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" Entartete Materie ! "


Anlaß dieses Schreibens war für mich, dass einige Zeitungsberichte nur unvollständige Darstellungen machten.

Sicherlich haben Sie schon viel über entartete Materie gelesen oder gehört. Dass ich diesen Begriff in Anführungsstriche gesetzt habe, hat eine besondere Bedeutung. Einmal gibt es die Ihnen wohlbekannte Entartete Materie in Form von Neutronensternen und den sogenannten "Schwarzen Löchern". Sodann gibt es noch die Entartete Materie eines Bose-Einstein-Kondensates. Grundsätzlich handelt es sich hierbei um gänzlich unterschiedliche Materiezustände. Dennoch ähneln sie sich sehr. Der größte Unterschied liegt jedoch in ihren Dichten!


Wir wollen nun die Unterschiede im einzelnen näher betrachten. Dazu ist es jedoch notwendig, mehr über ihre Entstehung zu erfahren.


Bei Neutronensternen und Schwarzen Löchern wissen wir, dass dieser Zustand der Materie durch die enormen Druckkräfte der Materie, ausgelöst durch die Gravitation, erzeugt wird und ganz sicher gibt es einen kurzen Augenblick, in dem diese Materie einem Bose-Einstein-Kondensat fast völlig gleicht. Doch es dürfte sich dabei nur um einige billionstel- bis milliardstel Sekunden handeln, dann ist durch den Kollaps der genannten Sternenreste dieser Zustand schon überschritten. Hierbei wird die Materiedichte ganz entscheidend beeinflußt. Der dabei entstehende Druck ist so groß, das die Dichte zwischen mal 1012 kg/dm3 bis mal 1019 kg/dm3 betragen kann.


Hierbei sind die Elektronen fest an Ihre Atomkerne gepreßt und ähneln schein-bar einem Bose-Einstein-Kondensat. Nur hier bewirkt die noch viel größere Dichte, dass nicht nur die Elektronen an die Kerne gepreßt, sondern sie selber und auch die Atomkerne zusammengepreßt werden. Hierdurch erhöht sich die Dichte gegenüber einem Bose-Einstein-Kondensat ganz erheblich, denn diese ist nur um den Faktor 1000mal dichter als bei normalem Gas.


Bei den hohen Dichten werden metallische Eigenschaften erreicht, wodurch die Materie sehr starke magnetische Kräfte entwickelt. Diese magnetischen Kräfte bewirken zusammen mit den sehr schnellen Rotationen dieser Objekte, unge-mein starke elektrische Felder. Diese Felder wiederum laden die Umgebung dieser Objekte ungemein stark elektrostatisch auf. Dadurch kann Rotationsimpuls abgegeben werden und so verlangsamen solche Objekte relativ rasch ihre Rota-tionsgeschwindigkeiten.


In anderen Worten: Die Materie, die sich in Akkretionsscheiben um solche Ob-jekte sammeln, ist sehr stark elektrostatisch aufgeladen, was dazu führt, dass an den Polen dieser Scheiben sogenannte Materiejets abgestrahlt werden. Dabei werden Jetgeschwindigkeiten erreicht, die manchmal den Eindruck erwecken, schneller als das Licht zu sein. Richtig ist mit Sicherheit, dass die Jetströme 10 - 15% der Lichtgeschwindigkeit erreichen können, wogegen die überlichtschnellen Effekte auf interne Stoßvorgänge beruhen. Eigengeschwindigkeit plus Emissionsgeschwindigkeit mit annähernd Lichtgeschwindigkeit ergibt dann scheinbar Überlichtgeschwindigkeit. Richtiggenommen handelt es sich hierbei um Relativgeschwindigkeiten.
Dies ist ganz ähnlich wie bei einem Objekt, welches mit fast Lichtgeschwindigkeit auf uns zu kommt. Fliegen wir diesem Objekt mit 20.000 km/s entgegen, so ist das Objekt scheinbar schneller als das Licht. Sie sehen, auch hierbei handelt es sich um eine Relativgeschwindigkeit, zusammengesetzt aus den beiden Eigengeschwindigkeiten, was durch das Additionstheorem verursacht wird. Tatsache ist nämlich, dass man jede Bewegung relativ zu ihrer Umgebung betrachten muss, sonst bekommt man falsche Ergebnisse und gerade die Rot- und Blau-verschiebungen von schnellen Objekten im Weltall, unterliegen alle diesen Bedingungen, weil niemand sagen kann, was sich wirklich wie schnell bewegt. Daher können Aussagen hierzu stets nur relativ zu Objekten der näheren Umgebung gemacht werden, weil diese sich überwiegend in gleicher Weise und Richtung bewegen.
Inzwischen sind wir etwas vom Thema abgekommen, doch nur so läßt sich ein vollständiges Bild unseres Universums erstellen.
Zur Erinnerung: Wir hatten also extreme Dichten, bei denen die Elektronen und Atomkerne selber zusammengedrückt wurden. Nur so lassen sich die großen Dichten der Entarteten Materie erklären.
Ganz anders liegt der Fall nun bei den Bose-Einstein-Kondensaten! Hierbei wird die hohe Dichte durch Abkühlung bis nahe an den absoluten Nullpunkt erreicht (-273,15OC = 0O Kelvin). Dabei kondensieren ganz offensichtlich die Elektronen und liegen nun als Flüssigkeit oder gar Eis an den Kernoberflächen an. Dies scheint merkwürdig zu sein, doch nehmen wir die Elektronen als kugelförmige Objekte an, so wären sie allesamt Schwarze Löcher mit Dichten von mal 1019 kg/dm3 . Dem ist wohl nicht so, denn wenn die Elektronen durch Ab-kühlung kondensieren, nimmt das Volumen des jeweiligen Atoms um etwa den Faktor 1000 ab. Dies entspricht aber genau der Verflüssigung von Gasen durch Abkühlung!
Wie ich schon früher beschrieben habe, muss es sich daher bei den Elektronen um gasförmige Objekte handeln. Um aber die notwendigen Tieftemperaturen von wenigen millionstel Graden oberhalb des absoluten Nullpunkts zu erreichen, sind einige Klimmzüge erforderlich. Bis auf 2 - 3 Kelvin läßt sich Materie durch verdampfendes, flüssiges Helium abkühlen, doch noch mehr kühlen kann man auf konventionelle Weise nicht. Man bedient sich deshalb eines Tricks.
Bestimmte angeregte Energieniveaus der Elektronen in der Materie lassen sich durch schwaches Laserlicht dazu verleiten, einen Lichtimpuls abzugeben, wo-durch das jeweilige Elektron auf ein niedrigeres Niveau absinkt. Weniger Bewegungsenergie bedeutet aber gleichzeitig auch eine Abkühlung. Werden in gleicher Weise ganz viele Elektronen in der Materie beeinflußt, so kühlt sie noch stärker ab. So erreicht man Temperaturen, die sich nur noch ganz gering oberhalb des absoluten Nullpunktes befinden.
Dass dabei nicht der absolute Nullpunkt erreicht werden kann, liegt daran, dass nicht alle Elektronen in der Materie auf diese Weise beeinflußt werden können. Außerdem haben die Kerne immer noch eine sogenannte Nullpunktenergie und schwingen noch ein klein wenig.
Sind also eine große Anzahl Elektronen kondensiert und liegen an ihren Atom-kernen an, bilden sie ein Bose-Einstein-Kondensat, welches sich durch ganz merkwürdige Eigenschaften auszeichnet. Plötzlich verhalten sich alle Kerne wie eine superfluide Flüssigkeit und nehmen das Verhalten eines einzigen Atomes an. Helium ist schon in normalem Zustand durch Metallgefäße kaum zu halten, weil es langsam durch die Wände diffundiert. Doch so abgekühlt, will es sogar aus einem Behälter über die senkrechte Umrandung klettern. Das was wir als Kapillarwirkung von Flüssigkeiten her kennen, ist dann offensichtlich so stark, dass es senkrechte Wände überwinden kann.
Dass dabei bei verschiedenen Materialien auch noch Supraleitung auftritt, ist schon lange bekannt. Erstaunlich ist hingegen, dass dieser Zustand sowohl durch Abkühlung, wie auch durch enormen Druck erzeugt werden kann.
Aber ist dies wirklich so erstaunlich? Machen wir dies nicht ständig, indem wir Gase verflüssigen? Hierbei gibt es ebenfalls die gleichen Verfahren. Wir können Gase verflüssigen, indem wir sie stark abkühlen oder komprimieren. So gesehen scheint es gar nichts so Besonderes zu sein, sondern nur die Rahmenbedingun-gen hierfür herzustellen, ist enorm schwieriger.
Denken wir nun an die Neutronensterne und Schwarzen Löcher zurück, so er-scheinen uns diese nun gar nicht mehr so extrem und wir können ihre elektrischen- und magnetischen Eigenschaften viel besser verstehen. Ebenso wissen wir nun, was bei so geringer Temperatur geschieht. Neuerdings äußerten Wissenschaftler sogar den Verdacht, dass in Schwarzen Löchern der Druck so hoch ist, dass selbst Atomkerne zusammengedrückt werden könnten und sozusagen Quarksterne daraus werden können. Tatsächlich wissen wir, dass selbst das In-nere der Atomkerne weiträumig leer sein muss und somit sind auch sie komprimierbar.


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