Yin und Yang sind Sinnbild für gegensätzliche Kräfte, die einander bekämpfen und die doch zusammengehören. Sie müssen ein Gleichgewicht finden, denn sie können nicht ohne die andere existieren. Dieses Gleichgewicht ist nichts statisches, etwa schwarze und weiße Blöcke, die sich starr gegenüberstehen, sondern die Kräfte greifen ineinander und erzeugen auf diese Weise Dynamik. Außerdem tragen die Gegensätze ihr Pendant in Form eines Punktes in sich. Schwarz ist irgendwo auch weiß und umgekehrt. Insofern ist das Bild von Yin und Yang anschaulicher Ausdruck eines dialektischen Zusammenhangs. Für meinen Geschmack ist das Bild jedoch etwas zu „rund“. Wenn die in den Strukturen wirkenden Kräfte derart ausgeglichen wären, würden keine Veränderungen stattfinden. Jede Veränderung verlangt oder bewirkt wiederum die Aufnahme oder Abgabe von Energie, also eine Interaktion mit der Umwelt, mithin eine Öffnung nach außen.

Trotzdem ist das Gleichgewicht der Kräfte ein wichtiger Aspekt für das Verständnis der Welt. Natürlich interessiert uns an dieser Stelle nicht vorrangig das Verhältnis von hell und dunkel, hart und weich oder gut und böse, wie bei den Lehren von Yin und Yang, unser Thema ist das Verhältnis von Struktur und Bewegung respektive von Masse und Energie sowie die mit ihnen verbundenen Kräfte. Wir hatten gesehen, dass es zwei Kräfte sind, die die Bildung, Veränderung und Zerstörung von Strukturen bewirken – die Zentrifugalkraft und die Gravitationskraft. Sie resultieren aus den primären Bewegungsarten – die Zentrifugalkraft aus der Bewegung der Teilchen oder Körper um sich selbst und die Gravitationskraft aus der Verwirbelung von Energie in ihrem Inneren. Die Gravitationskraft bewirkt den Zusammenhalt einer Struktur respektive ihrer Teile, die Zentrifugalkraft bewirkt, dass deren Teile auf Abstand gehalten werden, so dass ihnen genügend Bewegungsraum bleibt. In einem Atom bindet die Anziehungskraft der Protonen die Elektronen an den Kern, sie ist gleichzeitig nicht so übermächtig, dass sie die Elektronen in den Kern hineinziehen könnte. Die Elektronen bleiben dank der Fliehkräfte auf einer Umlaufbahn und können auf diese Weise einen energetischen Gegenpol zu den Protonen bilden. Die Bewegung der Elektonen um den Kern herum kann man dabei als sekundäre Bewegungsform betrachten. Sobald die Elektronen von den im Atom wirkenden Kräften befreit werden, nutzen sie ihre Energie für die Ausbreitung im Raum, ihrer originären Daseinsweise.

Letztlich sind alle Strukturen, im Mikrokosmos wie auch im Makrokosmos, nach den gleichen Prinzipien aufgebaut. Sie besitzen einen Massemittelpunkt, der von Trabanten umrundet wird. In den Trabanten steckt der überwiegende Teil der Bewegungsenergie dieser Struktur, so dass ein Gleichgewicht von Masse und Energie entsteht, das in letzter Konsequenz ein energetisches Gleichgewicht ist. Aus diesem Gleichgewicht resultiert ein Gleichgewicht der Kräfte, das für Stabilität sorgt, die sich in relativ gleichförmigen Bewegungen der Struktur sowie ihrer Bestandteile äußert. Auf diese Weise entsteht der Eindruck, dass die Teile der Struktur „träge“ ihren Bahnen folgen. Diese „Trägheit“ ist Resultat der Kräfte, die in dieser Struktur gleichgewichtig wirken. Doch, nichts bleibt so, wie es ist. Es gibt Strukturen, die verschwenderisch mit Energie um sich werfen, wie unsere Sonne, und andere, die alles aufsaugen, was in ihre Nähe kommt. Außerdem gibt es noch Vagabunden, die sich aus Strukturen herausgelöst haben und nun wie Geisterfahrer durchs Weltall irren. Manche von ihnen sind harmlos, wie die Photonen und andere Minnis. Problematisch wird es, wenn größere Brocken auf Kollisionskurs reisen. Ein Zusammenstoß mit ihnen kann ungeahnte Folgen zeitigen. Die Dinosaurier könnten ein Lied davon singen.

Allen Störenfrieden zum Trotz ist Stabiltät ein wichtiges Merkmal der Welt. Wenn unser Sonnensystem nicht seit Jahrmillionen stabil existieren würde, dann würde es die Menschheit nicht geben. Unser Sonnensystem zeigt gleichzeitig, dass das erreichte Gleichgewicht nichts statisches ist. Die Sonne verballert Energie und damit Masse geradezu verschwenderisch, was zwangsläufig das energetische Gleichgewicht des gesamten Systems beeinflusst. Die damit verbundenen Schwankungen im Kraftgefüge kann die Struktur in bestimmten Grenzen aushalten. Wenn die Sonne allerdings so weitermacht, wird irgendwann ihr unerschöpflich erscheinendes Reservoir an Masse soweit dahingeschmolzen sein, dass ein Punkt erreicht ist, an dem die Struktur ihr Gleichgewicht verliert. Dann wird das System in mehr oder weniger spektakulärer Weise seine Existenz beenden. Die noch verbliebenen Bestandteile werden sich in die Weiten des Weltraums verflüchtigen oder sie finden sich in neuer Weise zu Strukturen zusammen. Aber keine Bange, die Erde wird es dann schon längst nicht mehr geben.

Innere Faktoren, die zu Veränderungen führen, gibt es jedoch nicht nur bei Himmelskörpern, auch auf atomarer Ebene wirken Kräfte, die Veränderungen hervorrufen. Elektronen haben zum Beispiel die Eigenart, dass sie nicht gern allein sind, denn sie stecken in einem Dilemma. Einerseits bilden sie den energetischen Gegenpart der Protonen, was zur Erlangung eines Gleichgewichts im Atom eine identische Anzahl von Protonen und Elektronen verlangt. Andererseits umrunden die Elektronen den Kern, so dass dieses Gleichgewicht in Ort und Zeit permanenten Schwankungen ausgesetzt wird. Um derartige Schwankungen zu minimieren, müssten mehrere Elektronen den Kern umrunden, was wiederum eine entsprechende Größe des dazugehörenden Kerns verlangt. Das Wasserstoffatom hat nun das Problem, dass es überhaupt nur ein Elektron binden kann. Um dieses Problem trotzdem zu lösen, bildet es mit einem anderen Wasserstoffatom eine gemeinsame Elektronenhülle. Auf diese Weise bleibt das energetische Gleichgewicht gesichert, gleichzeitig werden die störenden Schwankungen, die sich aus der Bewegung eines einzelnen Elektrons um den Kern ergeben, durch die gemeinsame Nutzung zweier Elektronen gemildert. Man könnte denken, größere Atome haben solche Probleme nicht. Da aber die Räume, in denen sich die Elektronen um den Kern herum bewegen, nur eine begrenzte Zahl von Elektronen aufnehmen können, müssen die jeweils verbleibenden in äußere Räume ausweichen. Dort sind sie womöglich wiederum Einzelgänger, die störende Schwankungen verursachen.

Das Gleichgewicht einer Struktur kann also sowohl durch innere wie durch äußere Faktoren beeinflusst werden. Und dann ist da noch das Universum als Ganzes, das sich wie ein überdimensionierter Luftballon aufbläst, so dass schon deswegen niemand und nichts von Veränderungen verschont bleibt. Insofern kann die so wichtige Stabilität nur ein zeitweiser, auf einzelne Strukturen beschränkter Zustand sein, während Veränderungen ihr permanenter Begleiter sind.

 zuletzt geändert: 04.07.2019

Die meisten kennen wahrscheinlich diesen Wahlspruch der drei Musketiere, die ja eigentlich vier waren. Warum er mir jetzt in den Sinn kommt, wo es doch um Kräfte geht? Nun, die Physiker unterscheiden vier Grundkräfte – die starke und die schwache Kraft sowie die elektromagnetische Kraft auf atomarer Ebene und die Gravitationskraft im Makrokosmos. Seit langem sucht man nach einem Erklärungsansatz, der alle vier Kräfte einschließt. Die Gravitationskraft will aber nicht so recht mitspielen. Vielleicht können wir mit unserer speziellen Sicht der Dinge weiterhelfen. Unser Ausgangspunkt sind die Gravitationskraft (Schwerkraft) sowie ihr Pendant, die Zentrifugalkraft (Fliehkraft). Sie wirken entgegengesetzt und sind doch beide für die Herausbildung und die Existenz der Strukturen unentbehrlich.

Werfen wir in diesem Zusammenhang einen kurzen Blick auf unser Sonnensystem. Die Sonne, die den größten Teil der Masse des Systems versammelt, hält mit ihrer Gravitationskraft die Planeten fest. Gleichzeitig rotiert sie um sich selbst. Diese Rotation verursacht die in der Struktur wirkende Zentrifugalkraft, die die Planeten im Verein mit der Gravitationskraft in Umlaufbahnen um die Sonne zwingt. Beide Kräfte haben in diesem System zu einem Gleichgewicht gefunden, das auf der einen Seite das Ganze zusammenhält und das auf der anderen Seite verhindert, dass die Planeten in die Sonne stürzen. Während im Zentralgestirn der größte Teil der Masse des Systems steckt, ist dessen Energie in den Bahnbewegungen der Planeten konzentriert.(1)

Unser Sonnensystem war für die Menschen lange Zeit die größte denkbare Struktur. Tatsächlich ist es jedoch nur ein Tropfen im Meer der Milchstraße, unserer Galaxis. Die Galaxis ist wahrscheinlich nach den gleichen Prinzipien wie unser Sonnensystem aufgebaut. Es gibt ein Zentralgestirn, das sich um sich selbst dreht. Von ihm werden alle Sternensysteme, die zur Galaxis gehören, zusammengehalten und in, wie auch immer geartete, Umlaufbahnen gezwungen. Je größer ein solches System ist, umso massereicher muss sein Mittelpunkt sein, damit die entstehende Schwerkraft einen ausreichend großen Raum abdeckt. Gleichzeitig muss diese Struktur, um das dynamische Gleichgewicht des Systems zu gewährleisten, Fliehkräfte in vergleichbarer Dimension entfalten. Damit ist das Spiel aber noch nicht zu Ende, denn auch unsere Galaxis ist Bestandteil von etwas Größerem. Wir wissen, dass es weitere Galaxen gibt. Es wäre zu vermuten, dass sie alle von den Kräften, die von einer Zentralstruktur ausgehen, im Bann gehalten werden und so das Universum bilden. Allerdings scheint bei der Entstehung des Universums etwas schief gegangen zu sein, denn es dehnt sich immerfort aus. Der mit dem Urknall gesetzte Impuls wirkt offensichtlich ungebremst fort. Das kann nur heißen, dass ein Gleichgewicht der Kräfte nicht zustande kam. Dieser „Unfall“ wird irgendwann die Auflösung des Universums zur Folge haben. Vielleicht ist dieser „Unfall“ aber gar kein solcher, sondern ein Zeichen dafür, dass dem Gigantismus der Strukturen natürliche Grenzen gesetzt sind.

Wenden wir uns an dieser Stelle ab von den Weiten des Universums und blicken noch einmal in den Mikrokosmos. Die Frage ist, ob im Mikrokosmos die gleichen Grundsätze für den Aufbau und die Bewegung der Strukturen gelten wie im Makrokosmos. Derartige Analogien standen zu Beginn der systematischen Erforschung des Atoms übrigens hoch im Kurs. Man erinnere sich nur an die ersten Atommodelle mit dem runden Kern in der Mitte und den Elektronenbällchen, die in festen Bahnen um diesen Kern kreisten. Es war wohl nicht zufällig, dass dieses Modell starke Ähnlichkeiten mit dem Modell unseres Sonnensystems aufwies. Die weiteren Forschungen stellten solche Vorstellungen allerdings mehr und mehr in Frage. Da sind zum Beispiel die Elektronen, die keine Teilchen im herkömmlichen Sinne sind. Die Geschwindigkeit, mit der sie den Kern umrunden, wird auch nicht in Jahren oder Tagen gemessen, sie geben vielmehr einen kaum vorstellbar schnellen Takt vor. Außerdem sind die verschiedenen Kernkräfte deutlich größer als es eine Gravitationskraft, berechnet in Relation zur Masse des Kerns, sein würde. Sind die Atome doch eine Welt für sich?

Die Unterschiede sind unbestreitbar, es gibt aber auch Gemeinsamkeiten. Genauso wie im Makrokosmos ist auch im Mikrokosmos die Masse im Zentralgestirn, hier im Atomkern, gebündelt, während sich die Bewegungsenergie in den Trabanten, hier in den Elektronen, konzentriert. Im Makrokosmos haben die Trabanten allerdings selbst Masse. Zudem sind sie häufig Mittelpunkt einer eigenen Struktur, wie jene Planeten, die einerseits eine Sonne umkreisen und andererseits selbst von Monden umrundet werden. Die Trabanten des Atomkerns, die Elektronen stellen hingegen pure Energie dar. Weder bestehen sie aus Bausteinen, noch sind sie selbst Mittelpunkt, um den andere kreisen. Trotzdem, müssen auch im Mikrokosmos die Strukturen irgendwie zusammengehalten werden. Darüber hinaus muss die Verklumpung, die jede Bewegung unmöglich machen würde, verhindert werden.

Die zwischen den Elektronen und dem Atomkern wirkenden Anziehungskräfte werden von den Physikern als elektromagnetische Kräfte bezeichnet. Sie werden von den unterschiedlichen Ladungen der Protonen und Elektronen hergeleitet. Nur was sind „Ladungen“ überhaupt? Welcher Eigenschaft der Strukturen sollen wir „Ladungen“ zuordnen? Das vorherrschende Charakteristikum des Kerns ist es, Masse zu sein; das dominierende Charakteristikum des Elektrons ist es, Energie zu verkörpern. Nur das Zusammenwirken beider Komponenten ermöglicht die Entstehung eines Atoms. Mehr noch, beide müssen sich auch in einem gewissen Gleichgewicht befinden, damit die Struktur, hier das Atom, dauerhaft existieren kann. Hat eine Struktur ein Manko hinsichtlich des energetischen Moments und eine andere einen Überschuss, dann könnten diese Strukturen zusammenkommen, denn miteinander würden sie ihr Problem lösen. Haben beide einen energetischen Überschuss oder beide ein energetisches Manko, dann können sie nichts füreinander tun. Sie stoßen sich ab. Aber, wie hängt das Ganze mit den Kräften und der Wirkungsrichtung der Kräfte zusammen? Ein Überschuss an Energie bedeutet, dass die nach außen weisenden Kraftwirkungen überwiegen. Ein Energiemanko hat zur Folge, dass die Anziehungskräfte, also die nach innen weisenden Kraftwirkungen dominieren. In beiden Fällen ist die Stabilität der Struktur gefährdet. Haben nun zwei Strukturen entgegengesetzte Überschusskräfte, dann wirken diese in die gleiche Richtung. Die potentiellen Partner ziehen sich magisch an. Haben sie dagegen gleichgerichtete Überschusskräfte, dann wirken diese gegeneinander. Diese Strukturen können nicht zueinander finden.

Damit hätten wir zwar eine Erklärung, warum sich einige Teilchen im atomaren Bereich anziehen und sich andere abstoßend finden, aber die Frage, woher sie die Kraft für den Annäherung– oder Abstoßungsprozess nehmen, ist noch offen. Wir wissen, dass der Atomkern einen Spin aufweist, aus dem Fliehkräfte erwachsen. Dass die Elektronen trotz der wirkenden Fliehkräfte den Atomverbund nicht verlassen, ist den ebenfalls vom Atomkern ausgehenden Anziehungskräften geschuldet. Soweit so gut. Doch, wo kommen die Anziehungskräfte her? Die Antwort muss im Atomkern, in den Protonen und Neutronen, zu finden sein. Nach dem Standardmodell der Teilchenphysik bestehen Neutronen aus jeweils zwei down- und einem up-Quark, Protonen umgekehrt aus einem down- und zwei up-Quarks. Freie, das heißt nicht in einem Atomkern gebundene, Neutronen zerfallen. Beim ß-Zerfall eines Neutrons wird ein down-Quark in ein up-Quark umgewandelt. Es entsteht ein Proton. Dabei werden ein Elektron und ein Anti-Neutrino, das heißt Energie, freigesetzt. Die Energie des Neutrinos ist darüber hinaus durch eine der Hauptrichtung entgegengesetzte Bewegung gekennzeichnet. Im Unterschied zum zerfallenden Neutron ist das entstehende Proton stabil. Diese Stabilität wird offensichtlich durch seine im Vergleich zum Neutron andersartige energetische Zusammensetzung bewirkt. Dann ist da noch der Umstand, dass das Neutron im Gegensatz zum Proton keine „Ladung“ besitzt. Von ihm geht also keine Wirkung nach außen aus. Demnach können es nur die Protonen sein, die den Kern beziehungsweise das Atom zusammenhalten.

Aber, warum ist das Neutron instabil und vom Proton geht Zusammenhalt aus? Beide, Protonen und Neutronen, bestehen aus jeweils zwei Arten von Quarks. Quarks wiederum besitzen selbst keine Strukturelemente. Sie sind Energie pur. Energie ist Bewegung. Die Frage ist also, welche Bewegung kennzeichnet die Quarks? Die Bewegung der Quarks wird als Spin beschrieben, also als eine Drehung um sich selbst. Eine Drehung generiert Fliehkräfte. Von der Bewegung der Quarks muss jedoch noch eine zweite Wirkung, eine Anziehungskraft, ausgehen. Folglich kann die Bewegung der Quarks mit einer Drehung um sich selbst nicht ausreichend beschrieben sein. Es muss zu dieser „äußeren“ noch eine zweite, eine „innere“ Bewegung hinzukommen. Nehmen wir an, diese zweite Bewegung sei eine Verwirbelung. Die Verwirbelung von Energie kann einen Sog erzeugen. In unserem Fall hält dieser Sog die sich verwirbelnde Energie zusammen, so dass die Quarks eine Form erhalten. Die Form ist wiederum Voraussetzung dafür, dass eine Drehung des Gebildes um sich selbst möglich wird.

Sowohl das Proton als auch das Neutron bestehen aus drei Quarks. Beide Teilchen müssen wieder durch zwei Bewegungsdimensionen charakterisiert sein. Zum einen verwirbelt sich die Energie in ihrem Innern und erzeugt auf diese Weise einen Sog, zum anderen überträgt sich der Spin der Quarks auf das jeweilige Teilchen als Ganzes. Sind die auf diese Weise entstehenden Kräfte im Gleichgewicht, dann ist der stabile Bestand des Teilchens gesichert. Im Neutron scheinen die auseinandertreibenden Kräfte jedoch geringfügig größer zu sein, wodurch sich der ß-Zerfall erklären würde. In den Protonen sind offensichtlich die Sogkräfte größer, so dass sie nicht nur den Kern formen, sondern auch Elektronen in ihren Bann ziehen. Da die Kraft des Sogs, der vom Kern ausgeht, mit der Anzahl der Protonen wächst, können größere Atomkerne mehr Elektronen binden. Diese Elektronen sind gleichzeitig für die Herstellung des energetischen Gleichgewichts im Atom erforderlich.

Die Existenzgrundlagen der Strukturen, ein massereicher Mittelpunkt und dynamische Trabanten, die durch Anziehungs- und Fliehkräfte zusammen und in Bewegung gehalten werden, sind im Mikrokosmos also keine anderen als im Makrokosmos. Es bleibt die Frage, woraus die anziehenden Kräfte im Makrokosmos, das heißt die Gravitationskräfte der Gestirne, resultieren. Sie müssten, einen vergleichbaren Aufbau unterstellt, ebenfalls durch die Verwirbelung von Energie im Inneren entstehen. Und tatsächlich, ein gemeinsames Merkmal der Gestirne besteht darin, dass es in ihrem Inneren vor Energie nur so brodelt. Je größer die Energiemengen sind, die sich da verwirbeln, umso größer kann auch die daraus erwachsende Sogwirkung respektive Gravitationskraft werden. Da die Energie im Innern der Gestirne an Strukturen gebunden ist, ist eine größere Energie auch mit einer größeren Masse verbunden. Insofern hat die Gravitationskraft einen Bezug zur Masse des Gestirns. Es bedeutet aber auch, dass von Himmelskörpern, die im Inneren erloschen sind, keine Gravitationskraft ausgehen kann. Sie können auch keine Rotation aufweisen, denn diese hätte die jeweilige Struktur, ohne den Gegenpol der Gravitation, längst auseinandergesprengt.

Da die Entstehung der Gravitationskraft von der Energie im Innern der Struktur abhängig ist, kann die Masse jedoch nicht ihre unmittelbare Bezugsgröße sein. Außerdem haben wir noch nicht geklärt, warum die Anziehungskräfte im atomaren Bereich deutlich größer sind, als es der Bezug zur Masse erwarten ließe. Gar nicht zu reden davon, dass das Proton und das Neutron, die eine vergleichbare Masse besitzen, ganz unterschiedliche Kräfte entfalten. Das heißt, die Anziehungskraft einer Struktur, kann auch nicht nur von der Energiemenge, die sich in ihrem Innern verwirbelt, abhängen. Ein weiterer determinierender Faktor muss hinzukommen. Dieser weitere Faktor kann nur die Art und Weise, wie sich die Energie im Innern der Struktur verwirbelt, sein.

1) Kristen Rohlfs, Die Ordnung des Universums. Birkhäuser Verlag Basel 1992

zuletzt geändert: 05.07.2019

Unsere Zeit, unser Leben ist vollgepfropft mit Technik. Sie bringt uns immer schneller an jeden Ort dieser Welt. Sie hilft uns immer größere Mengen von mehr oder weniger nützlichen Dingen herzustellen oder Unmengen von Daten zu verwalten. Darüber hinaus ermöglicht sie Kommunikation über fast alle Grenzen hinweg. Und doch scheint unsere Zeit ebenso geprägt zu sein von einer Sehnsucht nach Zauberei, nach Fabelwesen, nach Geheimnisvollem und Unerklärlichem. Man braucht nur das Fernseh- oder Kinoprogramm, die Spielzeuggeschäfte oder Buchläden anzuschauen. Es wimmelt dort von Zauberern, Hexen, Drachen, Monstern, Feen, von außerirdischen oder vorgeschichtlichen Fabelwesen, von übersinnlichen Kräften und Helden mit unglaublichen Fähigkeiten. Woran mag das liegen?

Zum einen waren Mystik und Magie immer eine der möglichen Antworten auf die ungelösten Fragen, die die Menschen bewegten. Wenn man nicht weiß, woher Blitz und Donner kommen, dann ist es immerhin denkbar, dass da einer in den Wolken sitzt, der zornig über das Treiben der Menschen seiner Wut freien Lauf lässt. Man weiß längst, wie Blitz und Donner wirklich entstehen, trotzdem erfreuen sich viele Menschen an den Geschichten über Götter, ihre Heldentaten und Intrigen. Diese Geschichten werden heute eher als eine Art Märchen verstanden, die mit dem Geschehen in einer Fantasiewelt ein Stück Lebensweisheit transportieren. Die Fantasiewelt fasziniert, weil ihre Gestalten manchen Zwängen, die das Leben kennzeichnen, nicht unterliegen oder diese abstreifen können. Das reale Leben kennt dagegen viele Einschränkungen, es ist oft anstrengend und voller Gefahren. Die erträumte Freiheit in einer Fantasiewelt überwindet solche Begrenzungen, trennt meist sauber zwischen gut und böse und verhilft dem Helden zum Sieg. Das tut gut!

Aber was hat das Ganze mit unserem Thema zu tun? Nun, wir müssen noch eine brauchbare Erklärung dafür finden, was Kräfte eigentlich sind und wie sie entstehen. Wenn man als interessierter Laie liest, was die Physik dazu vorlegt, dann ist man per Saldo höchst erstaunt und wohl auch irritiert. Die Statements reichen von „wissen wir nicht“, zum Beispiel in Bezug auf die Gravitationskraft, über Erklärungen unter Hinzuziehung virtueller Teilchen, die für die Kernkräfte verantwortlich sein sollen, bis hin zur Postulierung von „Scheinkräften“. Wenn man das zusammenfasst, dann sind Kräfte also unerklärlich, sie resultieren aus unwirklichen Teilchen oder sie sind überhaupt nur scheinbar vorhanden. Mystik und Magie halt. Nun gibt es zwei Möglichkeiten. Man könnte sich zum Wirken von Göttern, zu Wundern der Natur oder dem magischen Treiben von Zauberern und Elfen bekennen oder man könnte versuchen, trotz aller Widernisse, doch noch eine halbwegs plausible Erklärung zu finden.

Bleiben wir bei dem, was wir schon herausgearbeitet haben, nämlich dass unsere Welt aus Strukturen und Bewegungen besteht. Kräfte können sich demnach nur auf Strukturen und Bewegungen beziehen. Als Strukturen werden hier Atome samt ihrer Bausteine sowie jedwede Art der von ihnen gebildeten Verbindungen bezeichnet. Das können einzelne Moleküle genauso sein wie komplexe Strukturen. Als komplexe Strukturen kann alles, was um uns herum existiert, aufgefasst werden. In dieser Betrachtung sind selbst die Erde, unser Sonnensystem, die Galaxis oder das Universum als Ganzes komplexe Strukturen. Allen Strukturen ist gemeinsam, dass sie eine äußere Form besitzen, durch die sie sich gleichzeitig unterscheiden. Außerdem sind alle Strukturen aus Teilen aufgebaut, die jeweils spezifische Bindungen zueinander eingehen. Die Teile der Strukturen wie auch die Strukturen als Ganzes sind in Bewegung, wodurch sie sich verändern und gleichzeitig mit anderen in Kontakt treten. Nicht zu vergessen, dass alle Strukturen in einem bestimmten Raum und für eine bestimmte Zeit existieren.

Nun zu den Bewegungen. Welche Arten von Bewegungen gibt es? Wenn man von allen Besonderheiten absieht, dann kann man drei Arten von Bewegungen unterscheiden – die Bewegungen innerhalb einer Struktur, die Bewegungen der Struktur um sich selbst und ihre Bewegung im Raum. Wenn sich eine Struktur auflöst, entweder, weil das innere Gleichgewicht abhanden kam, oder, weil äußere Einflüsse zerstörerisch wirkten, dann werden deren Bestandteile freigesetzt. Sie können sich nun samt ihrer Energie im Raum verbreiten. Die Eigenbewegung dieser Bestandteile, das heißt, ihre Bewegung um sich selbst wie auch ihre „innere“ Bewegung, bleiben jedoch erhalten. Treffen sie bei ihrer Ausbreitung im Raum auf eine andere Struktur, dann kann es sein, dass sie mit ihrer Energie in dieser aufgehen. Die Photonen, die auf die Erde treffen, werden dort größtenteils absorbiert. Ein Teil der auf diese Weise von der Erde aufgenommenen Energie geht durch Abstrahlung in den Weltraum wieder verloren. Der andere Teil wird mehr oder weniger dauerhaft in bestehende Strukturen, wie zum Beispiel Pflanzen, eingebaut. Viele Strukturen können zusätzliche Energie aber gar nicht brauchen, sie stört nur ihr inneres Gleichgewicht. Diese Strukturen wollen die überschüssige Energie wieder loswerden, um ihr eigenes „stabiles“ Dasein fortzusetzen. Nur, was geschieht, wenn die Energieabgabe unter den gegebenen Bedingungen nicht möglich ist?

Führt man einem Gas Energie zu, dann werden die Bewegungen der Gasmoleküle hektischer, das Gas dehnt sich aus. Befindet sich dieses Gas in einem Behälter, dann stoßen die Moleküle an die Behälterwand, je mehr Energie zugeführt wird umso heftiger. Sie wollen raus oder wenigstens ihre Energie an den Behälter abgeben. Beides gelingt nicht. Druck entsteht, der irgendwann den Behälter sprengen wird. Druck ist hier also eine Kraft, die aus der Bewegung der Gasmoleküle resultiert. Nehmen wir ein anderes Beispiel. Ich drücke einen Bleistift mit der stumpfen Seite auf einen Radiergummi. Und nun? Ich habe dem Bleistift durch mein Drücken einen Bewegungsimpuls gegeben. Wenn da kein Hindernis wäre, würde dieser Impuls zu einer Bewegung des Radiergummis führen. Da ist aber ein Hindernis – die Tischplatte. Mein Impuls reicht nicht aus, um den Radiergummi und dann auch noch die Tischplatte in Bewegung zu setzen, zumal diese nicht im Raum schwebt, sondern mit vier Beinen auf der Erde steht. Der Radiergummi kann die Energie, die ich ihm zuführe, also weder in Bewegung umsetzen noch an andere weitergeben. Er verformt sich. Das heißt, die Kraft, die zur Verformung des Radiergummis führt, ist auch hier Resultat einer Bewegung, nämlich des Bewegungsimpulses, den ich dem Bleistift gegeben habe.

Druck entsteht aber nicht nur aus Bewegung, auch Masse kann Druck ausüben. Wenn ich mich in mein Bett lege, dann sinke ich in die Matratze. Meistens springe ich nicht ins Bett und übe deshalb Druck aus, ich lege mich einfach langsam und müde hin. Es ist mein Gewicht, das Druck auf die Matratze ausübt und sie verformt. Mein Gewicht ist nicht ursächlich dem guten Essen geschuldet, wie man meinen könnte, sondern der Gravitation der Erde. Die Gravitationskraft verleiht den Dingen Gewicht. Druck kann also das Ergebnis von Bewegungsimpulsen sein oder er kann durch das Wirken der Gravitationskraft entstehen. Genau genommen ist auch das Gewicht eine durch die Gravitationskraft hervorgerufene, jedoch nicht realisierbare Bewegung. Die Gravitationskraft beschleunigt eine Masse, sie gibt ihr einen Bewegungsimpuls hin zur Mitte des Planeten. In dem Moment, wo die so initierte, respektive beschleunigte Bewegung auf ein Hindernis trifft, in dem Moment übt diese Masse einen Druck auf das Hindernis aus. Diesen Druck bezeichnet man als Gewicht. Unter dem Strich ist also die „Kraft“, die einen Druck erzeugt, immer eine unter den gegebenen Bedingungen nicht realisierbare Bewegung.

Es könnte sinnvoll sein, auch andere Kräfte unter diesem Aspekt zu betrachten. Da wäre zum Beispiel die Reibungskraft. Hinsichtlich der Reibung werden zwei Arten unterschieden – die Haftreibung und die Gleitreibung. Die Haftreibung beschreibt den Umstand, dass ein Tisch dort stehen bleibt, wo man ihn hinstellt. Er rutscht nicht etwa weg oder kullert durch den Raum. Ursache für seine Haftung ist sein Gewicht, das einen Druck auf den Untergrund ausübt und damit dessen Struktur in bestimmten Maße verformt. Auf diese Weise wird das Wegrutschen verhindert. Allerdings hatten wir bereits festgestellt, dass das Gewicht keine eigenständige Kraft ist, sondern dass dessen Wirkung aus einer unterdrückten Bewegung resultiert. Bei der Gleitreibung ist als erstes ebenfalls das Gewicht zu nennen, das den Tisch in den Untergrund drückt. Außerdem wirkt noch eine Kraft, die den Tisch auf diesem Untergrund verschieben will. Sie sollte, muss aber nicht, parallel zum Untergrund gerichtet sein. Natürlich handelt es sich auch hier nicht wirklich um eine Kraft, sondern um einen Bewegungsimpuls, den man dem Tisch zuführt. Der Tisch kann diesen Bewegungsimpuls jedoch nicht vollständig in eine horizontale Bewegung umsetzen, denn er „haftet“ ja am Untergrund. Um diese Haftung zu überwinden, muss er auf seinem Weg ständig Strukturen verändern. Teile der Energie fließen auf diese Weise in die Strukturen, die an der Kontaktfläche des Tisches zum Untergrund liegen. Diese Strukturen wollen die ihnen zufließende Energie wieder abgeben, was zum Beispiel in Form von Wärme geschieht. Demnach sind Reibungskräfte keine eigenständige Wirkungsursache. Sie resultieren, ebenso wie der Druck, aus der Energie von Bewegungen.

Wie ist das mit der Federkraft? Wenn man eine Spiralfeder auseinanderzieht, dann hat sie das Bestreben in ihre ursprüngliche Form zurückzuschnellen. Die Schaummatratze macht im übrigen nichts anderes, nur viel langsamer. Auch andere Stoffe respektive Strukturen haben das Bestreben, in ihre ursprüngliche, stabile Form zurückzukehren. Wieviel Energie eine Struktur aufnehmen kann, indem sie sich verformt, ohne völlig zerstört zu werden, hängt von der Spezifik des jeweiligen Materials ab. Was hat dies aber mit der Federkraft zu tun? Noch einmal, ich ziehe an einer Spiralfeder. Damit gebe ich der Feder einen Bewegungsimpuls, hier nicht als Stoß sondern als Zug. Die Spiralfeder muss diese Energie aufnehmen, da sie am Ort verankert ist und sich nicht mitziehen lassen kann. Die Energie verformt die Feder, sie wird länger. Das Bestreben der Feder ist es, diese für sie unnötige Energie wieder loszuwerden, um in die alte, stabile Form zurückzukehren zu können. Wenn man nicht mehr an der Feder zieht und sie loslässt, dann springt sie in ihr altes Dasein zurück. In diesem Prozess gibt sie die überschüssige Energie ab. Nach dem gleichen Prinzip funktioniert auch ein Stoßdämpfer, allerdings mit entgegengesetzter Bewegungsrichtung. Es wird Energie, die durch den Stoß auf das Material wirkt, in die Struktur aufgenommen, was zu deren Verformung führt. Diese Energie wird bei nächster Gelegenheit, das heißt dann, wenn kein Druck mehr auf die Struktur wirkt, wieder abgegeben, so dass der Stoßdämpfer in seine alte Form zurückkehren kann. Wieder ist ein Bewegungsimpuls die Wirkungsursache. Letztlich kann man alle Alltagskräfte auf externe Energieimpulse oder das Wirken der Gravitation zurückführen. Ach ja, die Gravitation, die unerklärliche, sie ist wohl tatsächlich eine Kraft.

zuletzt geändert: 22.06.2019