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Nichts ist kälter als 0° Kelvin, somit kann es auch keine negativen Kelvin-Grade geben.

Forscher haben nun aber in einem Gas Eigenschaften gemessen, die nur mit einer negativen Kelvin-Temperatur erklärbar sind. Das Paradoxe: Diese negative Temperatur ist heißer als jede endliche positive Kelvin-Temperatur.

Besonders interessant ist diese Entdeckung auch für die Kosmologie, weil sie womöglich die sogenannte Dunkle Energie erklären hilft, wie pro physik berichtet:

Was für die meisten Menschen im Winter normal ist, war in der Physik bislang unmöglich: eine negative Temperatur. Auf der Celsius-Skala überraschen Minus-Grade nur im Sommer. Auf der absoluten Temperatur-Skala, die von Physikern verwendet wird und auch Kelvin-Skala heißt, kann der Nullpunkt jedoch nicht unterschritten werden – zumindest nicht in dem Sinne, dass etwas kälter als null Kelvin wird.

Physiker der Ludwig-Maximilians-Universität München und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik in Garching haben nun im Labor ein atomares Gas geschaffen, das trotzdem negative Kelvin-Werte annehmen kann. Diese negativen absoluten Temperaturen haben einige scheinbar absurde Konsequenzen: Obwohl die Atome in dem Gas sich anziehen und damit ein negativer Druck herrscht, kollabiert das Gas nicht – ein Verhalten, das auch für die dunkle Energie in der Kosmologie postuliert wird. Mit Hilfe von negativen absoluten Temperaturen lassen sich auch vermeintlich unmögliche Wärmekraftmaschinen realisieren, etwa ein Motor, der mit einer thermodynamischen Effizienz von über 100 Prozent arbeitet.

Die Physiker um Ulrich Schneider und Immanuel Bloch haben ein Gas realisiert, in dem die Boltzmann-Verteilung genau umgedreht ist: Viele Teilchen weisen darin eine hohe Energie auf und nur wenige eine niedrige. Diese Umkehrung der Verteilung der Energie bedeutet nun gerade, dass die Teilchen eine negative Temperatur angenommen haben.
„Die umgekehrte Boltzmann-Verteilung ist genau das, was eine negative absolute Temperatur ausmacht, und die haben wir erreicht“, sagt Ulrich Schneider. Das Gas sei dabei aber nicht kälter als null Kelvin, sondern heißer, wie der der Physiker erklärt: „Es ist sogar heißer als bei jeder beliebigen positiven Temperatur –die Temperaturskala hört bei unendlich einfach noch nicht auf, sondern springt zu negativen Werten.“

Materie bei negativer absoluter Temperatur hat eine ganze Reihe von verblüffenden Konsequenzen: Mit ihrer Hilfe könnte man Wärmekraftmaschinen wie zum Beispiel Motoren bauen, deren Effizienz über 100 Prozent beträgt. Das heißt jedoch nicht, dass der Energieerhaltungssatz verletzt wird. Vielmehr könnte die Maschine im Unterschied zum üblichen Fall nicht nur Energie aus einem heißen Medium ziehen und damit Arbeit verrichten, sondern auch aus dem kalten.

Bei rein positiven Temperaturen heizt sich im Gegensatz dazu das kältere Medium zwangsläufig auf, nimmt also einen Teil der Energie des heißen Mediums auf und limitiert dadurch die Effizienz. Ist das heiße Medium dagegen bei einer negativen Temperatur, so kann gleichzeitig aus beiden Medien Energie entnommen werden. Die Arbeit, die die Maschine verrichtet, ist somit größer als die Energie, die nur dem heißen Medium entnommen wird – die Effizienz liegt bei über 100 Prozent.

Die Arbeit der Münchner Physiker könnte zudem für die Kosmologie interessant sein. Denn die negative Temperatur weist in ihrem thermodynamischen Verhalten Parallelen zur „dunklen Energie“ auf. Diese postulieren Kosmologen als jene rätselhafte Kraft, die den Kosmos dazu bringt, sich immer schneller auszudehnen, obwohl er sich aufgrund der anziehenden Gravitation der Materie im Universum eigentlich kontrahieren sollte. In der Atomwolke des Münchner Labors gibt es ein ähnliches Phänomen: Das Experiment beruht unter anderem darauf, dass sich die Atome des Gases nicht abstoßen, wie in einem gewöhnlichen Gas, sondern anziehen. Das heißt, sie üben einen negativen und keinen positiven Druck aus; die Atomwolke will sich also zusammenziehen und sollte eigentlich kollabieren – genauso wie man das vom Universum unter dem Einfluss der Schwerkraft erwarten würde. Doch wegen ihrer negativen Temperatur tut sie dies gerade nicht. Sie bleibt ebenso vor dem Kollaps bewahrt wie das Universum.



Wer mehr mathematischen Hintergrund möchte: Die Boltzmann-Verteilung ist im Wiki unter dem Begriff Boltzmann-Statistik zu finden!

Das evolutionistische Paradigma hat ja mittlerweile in allen Gebieten Einzug gehalten, so auch in der Astrophysik: So soll unser Sonnensystem aus den Überresten einer Supernova entstanden sein. Dies wurde bislang als Fakt publik gemacht. Und man hatte dafür auch Gründe, die man in Zerfallsreihen radioaktiver Isotope meinte gefunden zu haben.

Doch den bisherigen Befunden wird nun klar widersprochen, das Sonnensystem entstand ohne das vorherige Feuerwerk - um den frühen Jahresanfang als Bild zu gebrauchen -, was eine senstionelle Erkenntnis wäre. Würde man diesen Widerspruch auf das gesamte Universum übertragen, dann wäre die Tragweite in etwa so, als ob man nun handfeste Belege aufzeigte, dass der Urknall niemals stattgefunden hätte.

Die neuen Ergebnisse haben bezpgen auf unser Sonnensystem und überhaupt der Entwicklungsmodelle aller Sternensysteme enormen Einfluss.

Welt der Physik berichtet, wenn auch noch sehr vorsichtig, wozu es keinen sachlichen Grund gibt:

„Wenn es einen hohen Anteil an Eisen-60 gab, so wäre das ein Beweis für eine Supernova“, erläutert Nicolas Dauphas von der University of Chicago. Denn dieses mit einer Halbwertszeit von 2,6 Millionen Jahren zerfallende Isotop kann nur durch die Explosion eines nahen Sterns in die Gaswolke gelangt sein, aus der das Sonnensystem sich gebildet hat. Mehrere Untersuchungen haben in der Vergangenheit Hinweise auf einen solchen erhöhten Anteil an Zerfallsprodukten von Eisen-60 in Meteoriten geliefert. Doch die früheren Studien sind nach Ansicht von Dauphas und seinem Kollegen Haolan Tang durch Verunreinigungen in dem untersuchten Material mit großen Unsicherheiten behaftet: „Die Ergebnisse klaffen um mehr als das Hundertfache auseinander.“

Die beiden Forscher haben deshalb eine große Zahl unterschiedlicher meteoritischer Materialien mit verbesserten Methoden untersucht. Sie kommen dabei auf einen deutlich niedrigeren Wert für den ursprünglichen Anteil an Eisen-60 als die früheren Analysen. „Dieser neue, niedrige Wert ist in Einklang mit der Aufnahme des Isotops aus dem interstellaren Medium“, so Tang und Dauphas. Es stamme also nicht von einer einzigen, nahen Supernova, sondern von einer Vielzahl explodierter Sterne, die das Gas zwischen den Sternen im Verlauf von Jahrmilliarden mit ihren Elementen angereichert haben. Für dieses Szenario spricht auch der Befund, dass das Eisen-60 gleichmäßig im jungen Sonnensystem verteilt war. Denn Tang und Dauphas fanden keine Differenzen zwischen Meteoriten unterschiedlicher Herkunft.

Als weiteres Indiz für das Supernovaszenario wurde bislang ein hoher Anteil an Zerfallsprodukten des Isotops Aluminium-26 in Meteoriten angesehen. Tang und Dauphas sehen aber auch hier einen anderen Prozess am Werk: Dieses Isotop kann, da es erheblich leichter als Eisen-60 ist, bereits durch starke Sternwinde großer, massereicher Sterne ins Weltall und damit auch in die Urwolke des Sonnensystems transportiert werden. „Es besteht also keine Notwendigkeit, eine nahe Sternexplosion anzunehmen“, so Dauphas.

Allen Lesern wünsche ich einen guten Rutsch und ein Gutes Jahr 2013, das sicherlich sehr spannend wird und dies in vielerlei Hinsicht...!

Zur Zeit habe ich viele Durchbrüche im Rahmen meiner Arbeiten zur theoretischen Physik (Urwort- Heim-Theorie) und durch mathematische Konstrukte daraus auch auf dem Gebiet meiner Primzahlenforschung.

Wenn man insbesondere meine Arbeiten utsusy_v1 (pdf, 290 KB) und utstophiggs_v1 (pdf, 15 KB) aufmerksam gelesen hat, dann kann es nicht verwundern, dass ich eine sehr genaue Abschätzung für das Gluino gefunden habe.

Zwar kommt das Gluino nicht direkt in der Heim-Theorie vor, sondern es gibt dafür indirekte Zustandsströme im Atomkern, doch lässt sich dies als acht Teilchen darstellen.

Für die supersymmetrischen Partner ergibt sich daher für ein Gluino eine Masse von

Gluon_Masse + 2^6 + 2^5 + 2^3 = 104 + 2 GeV/c^2

Selbstverständlich gilt das nur, sofern das Higgs-Teilchen kein reines Standard-Higgs ist.

Leider hat mich die Nachricht erreicht, dass Jesco von Puttkamer gestorben ist. Möge er in Frieden ruhen.

Er war mit Wernher von Braun für das Apollo-Programm zuständig und später im HQ der NASA für weitere langfristige Planungen der bemannten Raumfahrt eingesetzt.

So war er noch beteiligt an Skylab, das erste Treffen der Sowjetunion und der USA im Weltraum, ferner an den Space Shuttle Flügen.

Als Visionär und Planer beschäftigte er sich auch für die ersten Schritte zur Realisierung eines bemannten Mars-Fluges...

Update: Nachruf auf raumfahrer.net

Zum Jahresschluss darf ich mitteilen, dass ich endlich mein lang gesuchtes additives Primzahlkriterium gefunden habe. Vor einiger Zeit hatte ich ja gesagt, dass ich an einer neuen Primzahlarbeit schreibe. Im Zuge der Analysen hat sich nun ein Kriterium gefunden, dass auf additiver Ebene einen Unterschied von Primzahlen zu allen anderen natürlichen Zahlen macht.

Natürlich ist dieses Kriterium sehr hilfreich,der lang gesuchte Hebel, um das Primzahlzwillingsproblem - oder allgemeiner das Problem von Primzahllücken der Form 2^n - anzugehen.

Ich werde später mehr dazu berichten...

Allen Lesern wünsche ich eine gesegnete Weihnachten.

Wer noch ein kleines Weihnachtsgeschenk sucht, dem kann ich nur das kleine Band von Papst Benedikt XVI. empfehlen, dass den beiden Bändern Jesus von Nazareth vorausgeht und die Geburt und Kindheit behandelt.

Das Büchlein - als Prolog der besagten Bände gedacht - ist zwar recht schmal, hat aber sehr viel Tiefgang und die Lektüre lohnt sich wirklich...