Helen Czerski
Mir fällt Einstein vom Herzen
Die Welt verstehen. Physik für alle
FISCHER E-Books

Helen Czerski, Jahrgang 1978, ist eine britische Physikerin und Ozeanografin. Ihre BBC-Dokumentationen und Zeitschriftenartikel, in denen sie Wetterphänomene, Wellengänge und Klimaveränderungen verständlich erklärt, sind legendär. Zudem unterrichtet sie am University College in London, der Stadt, in der sie auch lebt
Weitere Informationen finden Sie auf www.fischerverlage.de
Warum bekommen Enten keine kalten Füße? – Physikalische Alltagsphänomene genial und spannend erklärt
Ob Wärmelehre, Schwerkraft oder Beschleunigung, unser Alltag wird von physikalischen Gesetzmäßigkeiten bestimmt: Was haben Skorpione und Textmarker gemeinsam? Was hat ein Toaster mit dem Universum zu tun? Wieso dreht sich ein hartes Ei schneller als ein weiches? Wie macht man aus billiger Limonade und Rosinen eine Lavalampe? Wie funktioniert eigentlich ein Fahrstuhl? Und kennen Sie den Kaffeerandeffekt?
Mit viel Humor und für jeden verständlich erklärt die legendäre Physikerin Helen Czerski, wie und warum die Welt um uns herum eigentlich funktioniert.
Physik, die Spaß und schlauer macht!
Erschienen bei FISCHER E-Books
Die englische Originalausgabe erschien 2016 unter dem Titel »Storm in a Teacup. The Physics of Everyday Life« bei Bantam Press, an Imprint of Transworld Publishers
© Helen Czerski 2016
Für die deutschsprachige Ausgabe:
© 2017 S. Fischer Verlag GmbH, Hedderichstr. 114, D-60596 Frankfurt am Main
Coverabbildung: www.buerosued.de
Abhängig vom eingesetzten Lesegerät kann es zu unterschiedlichen Darstellungen des vom Verlag freigegebenen Textes kommen.
Dieses E-Book ist urheberrechtlich geschützt.
ISBN 978-3-10-403662-5
Zur Bedeutung der absoluten Temperaturkommen wir in Kapitel 6.
Eine Vorgehensweise, die in der heutigen Wissenschaftswelt nicht empfehlenswert ist.
Wir wissen nicht, wie viel Luft von Guerickes Pumpe entfernte. Es wird nicht alles gewesen sein, aber doch ein erheblicher Anteil.
Und auch beim Atmen. Bei jedem Einatmen gelangt Luft in die Lunge, weil sie durch den Luftdruck dorthin gepresst wird.
Wenn Sie sich je gefragt haben, was Thomas, der kleinen Lokomotive, seine Form gibt: Es ist das Wasser. Das Wasser kann gemeinsam mit der Kohle in einem separaten Waggon (einem Schlepptender) transportiert oder in einem Wassertank rund um die Lok aufbewahrt werden. Bei Thomas befindet sich der Wasservorrat auf der Lokomotive – deshalb ist er so eckig.
Etwa zur gleichen Zeit experimentierte die Indische Luftpostgesellschaft mit dem Konzept der Raketenpost. Dieser Versuch kam auf 270 Flüge, mit denen Päckchen und Briefe verschickt wurden, doch der langfristige Erfolg blieb dem Projekt verwehrt. Letzten Endes war die Raketenpost nie in der Lage, in Bezug auf Zuverlässigkeit und Kosten mit der regulären, am Boden operierenden Post mitzuhalten.
Zufälligerweise entspricht die Entfernung, die die Titanic bis zum Meeresgrund zurücklegte (14-mal ihre eigene Länge) ziemlich genau der, die eine Rosine in einer Zweiliterflasche hinabsinkt (eine große Rosine ist etwa zwei Zentimeter, die Flasche etwa 30 Zentimeter lang). Die Titanic maß 269 Meter und ging an einer Stelle unter, wo das Meer 3784 Meter tief ist.
Notiert wird es oft so: Kraft = Masse × Beschleunigung, oder F = ma.
Falls Sie sich je gefragt haben, was die allgemeine Relativitätstheorie besagt: Im Grunde geht es genau um diese Erkenntnis. Wenn Sie sich in einem geschlossenen Aufzug befinden, ganz egal, ob Sie dort stehen, Fangen spielen oder Sit-ups machen, können Sie nicht auseinanderhalten, welche Kräfte auf die »Schwerkraft« und welche auf die Beschleunigung des Lifts zurückzuführen sind. Einstein verstand, dass man die Auswirkung von Materie auf den Raum auf eine Weise betrachten kann, die darlegt, dass diese Kräfte ununterscheidbar sind, weil sie in Wahrheit ein und dasselbe sind.
Ja, ich weiß, die Geschichte ist nicht belegt, aber korrekt ist die Erkenntnis dennoch!
Drehimpuls, für die Puristen unter uns.
Später überquerte sie den Wasserfall auch mit Hand- und Fußfesseln sowie mit einer Augenbinde.
Als sich die Schwimmblase entwickelte, stellte sie einen enormen evolutionären Vorteil dar, weil durch sie weniger Energie nötig war, um auf einer Höhe zu bleiben. Doch in den letzten Jahren ist sie zu einem entscheidenden Nachteil geworden, da sie anhand von akustischen Signalen sehr leicht auszumachen ist. Zu den Technologien, die stark zur extremen Überfischung der Meere beigetragen haben, gehört der »Fishfinder«, ein Sonar, der Luftblasen und dadurch Fische aufspürt. So werden ganze Schwärme gejagt und vernichtet, nur weil ihre Schwimmblase sie verrät.
1826 etablierte Michael Faraday, der berühmte Experimentalforscher des 19. Jahrhunderts, dem viele praktische Entdeckungen zugeschrieben werden, eine an Kinder gerichtete Vorlesungsreihe an der Royal Institution in London, die bis heute fortgeführt wird – die »RI Christmas Lectures«. Zu Faradays Beiträgen gehörte eine Serie von sechs Vorträgen mit dem Titel »Die chemische Geschichte einer Kerze«, in denen er die wissenschaftlichen Vorgänge, die sich rund um die Kerze abspielten, erläuterte und dabei viele bedeutende naturwissenschaftliche Prinzipien erklärte, die auch in anderen Zusammenhängen Anwendung finden. Ich wette, es hätte ihn in Erstaunen versetzt, von den Nanodiamanten zu hören, und er wäre sicher erfreut gewesen, dass die einfache Kerze immer noch für Überraschungen sorgt.
Die Reiseflughöhe eines kommerziellen Flugzeugs beträgt etwa 10000 Meter, und das Challengertief, der tiefste Teil des Marianengrabens, ist 10994 Meter tief.
Und auch nahe der antarktischen Küste.
Tut mir leid. Wirklich. Falls es hilft: Was ich nun beschreibe, funktioniert genauso gut mit löslichem Kaffeepulver – Sie müssen also keinen edlen Kaffee für wissenschaftliche Zwecke verschwenden.
Wir können weit in die Welt der kleinen Dinge vordringen, ohne uns mit den Absurditäten der Quantenmechanik auseinandersetzen zu müssen. Die kommt erst zum Tragen, wenn man sich mit einzelnen Atomen und Molekülen befasst, und es gibt vieles, das größenmäßig eine Ebene darüber angesiedelt und trotzdem nicht mit bloßem Auge zu erkennen ist. Dieser mittlere Bereich ist interessant, weil wir ihn intuitiv verstehen können (was definitionsgemäß unmöglich ist, sobald es um die Gesetze der Quantenphysik geht), auch wenn wir die Vorgänge nicht sehen.
Als Mensch, der Vielfalt und Würze im Leben mag, stimmt mich dieses Wort immer ein bisschen traurig. Alles gleichzumachen hat sicherlich Vorteile, doch manchmal klingt es, als würde man dem Leben seine Freuden nehmen. Vor allem, wenn man eine Blaumeise ist.
Der Aufstieg wird zudem noch vom zusätzlichen Proteinmantel gebremst, der jedes der neuen, kleineren Tröpfchen umgibt; er macht sie schwerer und verringert dadurch die Auftriebskraft. Dazu gibt es sehr detaillierte Messungen. Sie wären überrascht, wenn Sie wüssten, wie viel Forschungsarbeit in einem Liter Milch steckt.
Wenn Sie gern mehr über dieses Thema erfahren möchten: Der Biologe J.B. S. Haldane schrieb in den 1920er Jahren einen berühmten Kurzessay mit dem Titel »On being the right size« (Über die richtige Größe). Man findet ihn unter folgender Internetadresse: http://irl.cs.ucla.edu/papers/right-size.html. Das einprägsamste Zitat aus diesem Text beschreibt eine schmerzhafte Wahrheit: »Für Mäuse und noch kleinere Tiere stellt [die Schwerkraft] quasi keine Gefahr dar. Man kann eine Maus in einen tausend Meter tiefen Minenschacht fallen lassen; wenn sie unten auftrifft, erlebt sie einen kleinen Schock und läuft davon, solange der Boden relativ weich ist. Eine Ratte stirbt, bei einem Menschen brechen alle Knochen, ein Pferd zerschellt.« Soweit ich weiß, hat niemand dieses Experiment je so durchgeführt. Bitte lassen auch Sie es bleiben.
Wenn Sie Milch stetig umrühren, steigt der Rahm nicht auf, weil er immer wieder mit dem Rest vermischt wird. Das gleiche Prinzip greift auch hier – Partikel sinken nicht weit ab, weil sie von Luftströmen, deren Geschwindigkeit höher ist als die der Tröpfchen Richtung Boden, wieder aufgewirbelt werden.
Das gilt vor allem für mich. Ich bin ja schließlich Blasenphysikerin.
Das können Sie sich selbst veranschaulichen, indem Sie einen Tropfen Wasser auf eine stark hydrophobe Oberfläche geben – etwa eine Tomate. Der Tropfen wird geschlossen auf der Schale sitzen, mit einer möglichst geringen Berührungsfläche. Benetzen Sie nun einen Cocktailspieß an einem Ende mit etwas Reinigungsmittel und stechen Sie damit in den Tropfen – er wird sofort zerfließen. Ich empfehle, das Reinigungsmittel vor dem Verzehr der Tomate abzuwaschen.
Dieses Gleichgewicht der Anziehungskraft zwischen Wasser und Oberfläche und der zwischen den Wassermolekülen selbst erklärt alle möglichen Probleme. Am wichtigsten für Briten ist die Frage, warum einige Teekannen nach dem Ausgießen aus der Tülle tropfen, so dass ein Teil des Tees über die Kanne hinabrinnt und auf dem Tisch statt in der Tasse landet. Die Antwort lautet, dass die Kanne einfach zu viel Anziehungskraft auf Wasser ausübt. Wenn die Flüssigkeit langsamer strömt, übersteigen die Kräfte, die zwischen Tee und Tülle wirken, den Bewegungsimpuls des Tees. Beheben ließe sich das Problem durch eine hydrophobe – wasserabweisende – Teekanne. Leider scheint zu dem Zeitpunkt, zu dem ich das hier schreibe, niemand eine solche Kanne im Sortiment zu haben.
Eigentlich war der Kuchen als Entschuldigung gedacht. Auf einem Ausflug nach Krakau hatte ich der Gruppe ein tolles Abendessen im jüdischen Viertel der Stadt versprochen, doch das war vor den Zeiten des Smartphones, und ich verlief mich hoffnungslos. Ich führte zwölf hungrige Menschen fröhlich durch ein Labyrinth aus dunklen, leeren Gassen und fand kein einziges Restaurant, erst recht nicht die exzellenten, die ich anvisiert hatte. Schließlich landeten wir bei McDonald’s. Der Apfelkuchen war meiner Meinung nach das mindeste, womit ich als Entschädigung aufwarten konnte.
Das Fett, die Proteine und der Zucker in der Milch verdunsten natürlich nicht, sie bleiben zurück, und das Handtuch muss gewaschen werden.
Der Uhrenturm des Westminster-Palasts, in dem die Big-Ben-Glocke hängt, ist 96 Meter hoch. Die Mammutbäume sind wirklich riesig.
Ein Nanometer ist verschwindend klein – eine Million Nanometer bilden einen Millimeter.
Zumindest bis zu einer bestimmten Grenze. Um die Spannung im Wasser zu erhöhen und es dadurch nach oben zu ziehen, müssen die Stomata immer kleiner werden. Und kleinere Stomata können weniger Kohlendioxid aufnehmen, was weniger Rohmaterial für die Photosynthese bedeutet. Laut einer Theorie können Bäume eine maximale Höhe von 122 bis 130 Metern erreichen, weil sie darüber hinaus nicht mehr genügend Kohlendioxid absorbieren, um weiter zu wachsen.
Es gibt auch Hinweise darauf, dass der Nebel eventuell nicht nur der Verdunstung vorbeugt, sondern auch in die andere Richtung arbeitet und in die Stomata eindringt, um sie mit Wasser zu füllen.
Diese Testkärtchen tragen den eingängigen Namen »mikro-fluidische papierbasierte elektrochemische Vorrichtung«, kurz uPADs. Die gemeinnützige Organisation Diagnostics for All ist gegründet worden, um diese Idee in die Realität umzusetzen.
Diese Eigenschaft nennt sich »Strukturviskosität« und kommt auch Schnecken zugute, wie wir in Kürze sehen werden.
Natürlich gibt es noch eine dritte Option: Die Schnecke konnte sich als Ei oder Jungtier in der Erde verborgen haben. Doch sie war ziemlich groß, und ich hielt es für unmöglich, dass sie in so kurzer Zeit derart gewachsen war.
Frosts Aufsatz enthält eine ziemlich lustige Passage, in der er beschreibt, was geschah, als die Forscher das Laufband versehentlich sehr langsam einstellten. Es kommt nicht oft vor, dass ich wissenschaftliche Texte zur Erheiterung zitiere, doch in diesem Fall ist es absolut berechtigt: »Nachdem die Aufnahmen eines bestimmten Vogels abgeschlossen waren, wurde das Laufbahn unbeabsichtigt auf eine sehr langsame Stufe gestellt, statt es wie geplant komplett abzuschalten. Nach kurzer Zeit fiel uns auf, dass das Tier den Kopf langsam und Stück für Stück nach vorn schob, bis es vornüber kippte. Weitere Beobachtungen ergaben, dass dieses Umfallen oder aber extreme Veränderungen der Körperhaltung auch erzeugt werden konnten, indem man das Laufband langsam vorwärts laufen ließ (also in die entgegengesetzte Richtung derer, die zu normalem Gehen führte). Anscheinend reichte die äußerst geringe (für uns nicht wahrnehmbare) Bewegung des Bandes nicht aus, damit das Tier zu laufen begann, aber doch dafür, dass es den Kopf stabilisierte, auch wenn es dadurch gelegentlich das Gleichgewicht verlor.«
Als ich das erste Mal in den Südwesten der USA zog, wollte ich unbedingt in Erfahrung bringen, woher das ganze Wasser in dieser trockenen Umgebung kam. Das Buch, das viele meiner Fragen beantwortete (und die faszinierende Geschichte der Kämpfe um die Wasserreserven in jener Gegend erzählt), ist Cadillac Desert von Marc Reisner, und ich kann es nur empfehlen. Während ich das hier schreibe, leidet Kalifornien an einer schlimmen Dürre, und die schwierigen Entscheidungen, wie damit umgegangen werden soll, können nicht länger vertagt werden.
Eine weitere Lösung gibt es allerdings doch: Auf Cappuccino umzusteigen. Eine Schaumschicht auf der Oberfläche wirkt sich stark dämpfend auf die Schwingungen aus, so dass schaumbedeckte Getränke weniger schnell überschwappen. Diese Erkenntnis kann sich auch im Pub als nützlich erweisen. Auch wenn Biersnobs etwas gegen zu dicke Schaumkronen haben – immerhin sorgen sie dafür, dass nichts verschüttet wird.
Unterstützt wird es dabei von zwei kleineren Pendeln, die direkt unter dem großen hängen.
Zu den unbeabsichtigten Entdeckungen während meiner Zeit am Meer gehörte die Erkenntnis, dass man Vogelliebhaber am besten in Rage bringt, indem man sich bei ihnen nach Seemöwen erkundigt. Möwen gibt es (viele verschiedene Arten), und manche von ihnen leben am oder auf dem Meer. Doch »Seemöwen« gibt es nicht. Die Vogelliebhaber setzen dann entweder zu einer ausführlichen Erklärung an, oder sie ziehen verärgert von dannen.
Wenn Sie die Gelegenheit haben, sie von der Seite zu betrachten, werden Sie bemerken, dass sie sich in Wahrheit in kleinen Kreisen bewegen. Entscheidend ist aber, dass sie nicht von den Wellen davongetragen werden.
Auch die Bewohner anderer pazifischer Inseln, insbesondere die Tahitianer, hatten Surfbretter. Doch anscheinend lagen oder saßen sie nur auf ihnen. Die Hawaiianer gelten als Pioniere des Surfens im Stehen, so wie wir es heute kennen.
Die Versuche, mit denen bewiesen wurde, dass Licht sich wie eine Welle verhält, waren relativ simpel. Doch es war ein extrem ausgeklügeltes Experiment von der Größe der Umlaufbahn der Erde rund um die Sonne nötig, um zur widersinnigsten Erkenntnis in Bezug auf Licht zu kommen: Es gibt keinen »Stoff«, der die Wellen bildet. Stattdessen breiten sich die Wellen in Form von Störungen in elektrischen und magnetischen Feldern aus. Der Versuch wurde unter dem Namen Michelson-Morley-Experiment bekannt, und er gehört zu meinen absoluten Lieblingsversuchen, weil er sowohl leicht verständlich als auch äußerst elegant ist und unseren gesamten Planeten als Testobjekt für die Hypothese verwendet.
Wie viele andere Materialien bremsen auch Diamanten bestimmte Farben des Lichts – verschiedene Wellenlängen – unterschiedlich stark ab. Ein Teil des Funkelns ist daher auf die Aufspaltung des Lichts in verschiedene Farben sowie auf Reflexionen zurückzuführen.
Es wäre interessant zu sehen, welche Farbe ein Kind aus einer Kultur, die keine großen Wasseransammlungen kennt, für Wasser auswählen würde. Ich glaube, dass wir Wasser für blau halten, weil wir mit Meeren und Luftaufnahmen von ihnen vertraut sind und sehr saubere Schwimmbecken haben. Doch das galt bis vor kurzem für nur sehr wenige Menschen. Ist die minimale Färbung kleiner Mengen stark genug, dass ein solches Kind Wasser unbewusst blau malen würde? Oder ist das erlernt?
Allerdings haben die Astronomen zu manchen Zeiten nicht geglaubt, dass es der Kosmos in seiner ganzen Pracht ist, den sie da betrachten. 1964 registrierten Robert Wilson und Arno Penzias Wellen im Mikrowellenbereich, die nicht hätten dort sein sollen. Sie verbrachten viel Zeit mit der Frage, welcher Teil des Himmels oder des Teleskops die Messwerte verfälschte, fest davon überzeugt, dass irgendetwas zusätzliche Mikrowellenstrahlung erzeugte. Dabei verjagten sie unter anderem ein paar nistende Tauben aus dem Teleskop und entfernten deren Kot (den sie im Aufsatz über das Thema euphemistisch als »weißes, nicht leitendes Material« bezeichneten). Die ungewollte Hintergrundstrahlung blieb. Schließlich stellte sich heraus, dass sie auf den Urknall zurückgeht und zu den ältesten Lichtstrahlen im Universum gehört. Ein Experiment, bei dem man nur durch genaues Hinschauen zwischen den Nachwirkungen von Taubenkot und den Nachwirkungen der Entstehung des Universums unterscheiden kann, hat doch was, oder?
Der nur sehr wenig mit den Vorgängen in einem echten Treibhaus zu tun hat.
Deshalb werden Handys in den USA »cell phones« genannt – das Netzwerk ist aus Zellen aufgebaut.
Ein Ion ist ein Atom, das Elektronen abgegeben oder dazugewonnen hat. In diesem Fall überlässt das Natriumatom dem Chloratom ein Elektron, so dass das Natrium positiv und das Chlor negativ geladen ist. Es klingt widersinnig, doch nun, da sie gegensätzlich geladen sind, ziehen sie einander an.
Der Grund dafür, dass der Raum, den das Eis unter der Wasseroberfläche eingenommen hat, genau dem entspricht, den das geschmolzene Wasser ausfüllt, hat mit dem Wesen der Auftriebskraft zu tun. Der Rest des Wassers muss das Gewicht dessen tragen, was sich in diesem Loch befindet. Diesem Rest ist es egal, worum es sich dabei handelt, solange es genau dieses Volumen einnimmt. Hat der Eiswürfel den freien Raum gefüllt, ragt das übrige Stück über die Oberfläche hinaus.
Man nennt dieses Fensterglas Butzenscheiben, falls Sie sich je gefragt haben, was das eigentlich ist. Der »Butzen« in der Mitte sehr alter Kneipenfenster ist die Stelle direkt an der Stange. Dieses Glas war am billigsten, weil es so ungleichmäßig war. Heute wird das natürlich als »Charakter«, als wertvolle Eigenart betrachtet. Wie meine aus dem Norden stammende Familie sagen würde: »In einem Nobelrestaurant zahlt man dafür extra.« Oder in diesem Fall in einer noblen Bar.
Das funktioniert auf der Basis der Gasgesetze aus Kapitel 1, die steuern, wie sich die Ausdehnung und die Kompression von Gasen auf ihre Temperatur auswirken. Jeder Kühlschrank hat einen Motor, der ein »Kältemittel« genanntes Fluid durch einen Kreislauf pumpt, der von außen in den Kühlschrank hinein- und wieder hinausführt. Zunächst dehnt sich das Kältemittel aus und kühlt sich deshalb ab. Durch die Rückwand wird es ins Innere des Geräts geleitet, wo die Wärmeenergie von der Luft auf das Fluid übergeht, was die Temperatur der Luft sinken lässt. Dann gelangt das Kältemittel wieder nach draußen, wo es mit Hilfe des Motors zusammengepresst wird und sich dadurch aufheizt. Die zusätzliche Wärme wird an die Luft abgegeben, das Fluid darf sich wieder ausdehnen, und der Kreislauf beginnt von neuem.
Ich sollte allerdings darauf hinweisen, dass es mir größtenteils viel Spaß gemacht hat; ich kann es nur empfehlen. Wenn Sie ein halbwegs fähiger Radfahrer sind, ist es eine tolle Möglichkeit, Rotationskräfte eindrücklich am eigenen Körper zu erfahren.
Ich bin mir sicher, dass alle Pizzafans dort draußen ihre eigenen Ansichten darüber haben, welches der beste Pizzateig ist und wie man ihn in Form bringt. Ich kann aus persönlicher Erfahrung sagen, dass die Pizza in diesem Restaurant köstlich war. Doch bitte schreiben Sie mir nicht, nur weil Sie anderer Meinung sind als dieser Pizzabäcker!
Es sei denn, man hat es mit einem derart kleinen Tropfen zu tun, dass die Oberflächenspannung die entsprechende Wirkung hat. Doch dafür muss es sich um ein wirklich winziges Tröpfchen handeln.
Wie bitte? Ob ich zehn Jahre später immer noch verbittert deswegen sei? Neeein … wie kommen Sie darauf?
Douglas Adams, Das Leben, das Universum und der ganze Rest, Heyne 2000, übers. v. Benjamin Schwarz, S. 77.
Sputniks Umlaufbahn war elliptisch, seine Entfernung zur Erdoberfläche schwankte zwischen 223 und 950 Kilometern. In dieser Höhe beträgt die Erdanziehungskraft zwischen 93 Prozent und 76 Prozent derer auf der Erdoberfläche.
Um den häuslichen Frieden zu wahren, ist es vermutlich besser, bei diesem Experiment auf die Butter zu verzichten. Wenn Sie unbedingt die reale Situation nachstellen wollen, legen Sie zumindest eine Zeitung dort auf den Boden, wo das Brot landen wird, oder was auch immer man in diesen papierlosen Zeiten zu dem Zweck benutzt. Schicke Tablets mögen Zeitungen aus Papier in vielerlei Hinsicht ersetzen, doch zum Schutz von Oberflächen sind sie nutzlos.
Vielleicht fragen Sie sich, warum der Gummistiefel in der Blide aufhören kann, sich zu drehen, und in einer geraden Linie davonfliegt, wenn sich die Schlaufe löst, das Brot hingegen immer weiter rotieren muss. Der Unterschied besteht darin, dass der Toast als zusammenhängender Gegenstand von inneren Kräften zusammengehalten wird und als solcher über einen bestimmten Drehimpuls verfügt, der erhalten bleiben muss. Löst sich ein Teil vom Rest (etwa ein Krümel an einer Seite), bewegt sich dieses Element in gerader Linie davon.
Es sei denn, Sie essen von nun an nur noch Brot in der Größe von Streichholzschachteln oder frühstücken an einem extrem niedrigen Couchtisch.
Das Schöne an in die Luft geschnippten Münzen ist: Sie zeigen, dass die eigentliche Bewegung eines Gegenstandes und seine Rotation unabhängig voneinander ablaufen können. Die Münze würde den gleichen Bogen beschreiben, wenn sie einfach in die Luft geworfen wird. Doch wenn man sie richtig mit dem Daumen trifft, löst das gleichzeitig die Drehbewegung wie auch den Flug nach oben aus. Die Rotation und die Bewegung des Massenmittelpunkts beeinflussen einander nicht.
Das ist etwas vereinfacht dargestellt, doch das Grundkonzept ist korrekt. Wer gern mehr erfahren möchte, kann unter dem Stichwort »Milanković-Zyklen« nachschlagen.
Obwohl die Erde sich seit ihrer Entstehung kontinuierlich dreht, verliert sie minimal an Geschwindigkeit, da die Anziehungskraft des Mondes sie ganz leicht bremst. Die Veränderung ist äußerst gering, alle hundert Jahre verlängert sich der Tag auf der Erde um 1,4 Millisekunden. Deshalb fügt man alle paar Jahre eine Schaltsekunde ein.
Die neueren Münzen sind minimal dicker, weil sie exakt dasselbe wiegen sollten wie die alten (Stahl hat bei gleicher Masse etwas mehr Volumen als Kupfer). Deshalb müssen Verkaufsautomaten umgerüstet werden, wenn die Münzprägeanstalt die Zusammensetzung der Münzen ändert – unterschiedliche Metalle nehmen bei gleichem Gewicht unterschiedlich viel Raum ein. Verkaufsautomaten prüfen zudem, ob die magnetischen Eigenschaften der eingeworfenen Münze stimmen.
Kein Scherz. Man ist dort sehr stolz darauf. Ich als Vegetarierin konnte mich dem Genuss entziehen, doch der Salat besteht wohl größtenteils aus großen Meeresschnecken und Knoblauch.
Moleküle entstehen, wenn sich mehrere Kerne die umherschwirrenden Elektronen teilen – dadurch sind die Kerne gezwungen, nahe beieinanderzubleiben und ein Molekül zu bilden, das sich aus verschiedenen Atomen zusammensetzt. Atome und Moleküle werden einzig durch die Anziehungskraft zwischen positiver und negativer Ladung zusammengehalten. Gelegentlich springen Elektronen zwischen den Molekülen hin und her und verändern so, welche Kerne zusammenhängen und was für ein Muster sie bilden. Das nennt sich »chemische Reaktion«. Die Wissenschaft, die sich mit diesem Tanz der Elektronen und den daraus entstehenden, unglaublich komplexen Gebilden beschäftigt, ist die Chemie.
Die Geschichte der Biene ist damit noch nicht zu Ende erzählt. Forscher der Bristol University entdeckten 2013, dass jede Blume leicht negativ geladen ist, was die Biene bei ihrer Ankunft neutralisiert. Die Wissenschaftler demonstrierten, dass Bienen neutrale Blumen von negativ geladenen unterscheiden können, ohne auf ihnen zu landen. Ihrer Meinung nach meiden Bienen neutralisierte Pflanzen, weil das darauf hinweist, dass eine andere Biene ihnen zuvorgekommen ist und den Löwenanteil des Nektars erbeutet hat. Für weitere Informationen zu diesem Thema empfehle ich die Aufsätze von Clarke et al. sowie von Corbet et al., die in der Literaturliste am Ende des Buches aufgeführt sind.
So funktionieren auch elektrische Heizgeräte zu Hause. Elektronen werden durch einen enormen Widerstand gepresst, und ihre elektrische Energie wird in Wärme umgewandelt. Jede andere Energieumwandlung wäre ineffizient, da ein Teil der Energie immer in Form von Wärme verlorenginge. Doch wenn Wärme genau das ist, was man will, kann man eine Effizienz von 100 Prozent erreichen … perfekt!
Für die ganz Genauen unter Ihnen: Ja, es gibt Supraleiter. Doch das Abkühlen von Gegenständen auf Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt kostet enorm viel Energie und erzeugt große Mengen Wärme. Daher hilft uns das nicht weiter, wenn wir auf Energieeffizienz aus sind.
Er gelangt also 50-mal pro Sekunde zum Ausgangspunkt zurück – das ist gemeint, wenn es heißt, die Wechselstromfrequenz des europäischen Stromnetzes beträgt 50 Hz.
Für alle Freunde von Details: Das Netzteil erledigt seine Aufgabe in drei Schritten. Es reduziert die Spannung von 230 V auf 20 V oder wie viel der Laptop eben benötigt. Dann muss es die Hälfte jedes Kreislaufs abschalten, so dass es den Strom nur dann abgreift, wenn er in eine Richtung fließt, und nicht, wenn er sich auf dem Rückweg befindet. Dann stabilisiert es ihn noch ein bisschen, damit er genauso schön gleichmäßig fließt, wie man es von Batterien gewöhnt ist.
Diese Entdeckung sorgte für große Aufregung. Physiker hatten bemerkt, dass die Teilchen, aus denen unser Universum besteht, ein Muster bilden, das »Standardmodell der Elementarteilchenphysik«. Doch dieses Muster konnte nur zutreffen, wenn ein ganz bestimmtes Teilchen existierte: das Higgs-Boson. Es dauerte Jahrzehnte, es zu finden, und der Beweis seiner Existenz war von enormer Bedeutung für die Anerkennung dieser Erklärung unserer Welt.
Oder möglicherweise zwei Zahlen, die sich um 18 unterscheiden (beispielsweise 09/27). Das bedeutet, dass auf dieser Bahn in beide Richtungen gestartet und gelandet werden kann, und logischerweise unterscheidet sich die Richtung dann um 180 Grad.
Der Kanadier Lawrence Morley präsentierte zur gleichen Zeit die gleiche Überlegung, doch sein Aufsatz wurde von Fachzeitschriften mit der Begründung abgelehnt, der Inhalt sei lachhaft.
Es heißt oft, er wachse ungefähr so schnell wie unsere Fingernägel.
Nicht zu heiß, nicht zu kalt, sondern genau richtig.
Für meine Eltern, Jan und Susan
Als Studentin verbrachte ich einmal einige Zeit im Haus meiner Oma, um dort für eine Physikprüfung zu lernen. Oma, eine bodenständige Nordengländerin, war tief beeindruckt, als ich ihr erklärte, dass ich mich mit der Struktur von Atomen befasste.
»Oh!«, sagte sie. »Und was kannst du damit anfangen, wenn du sie kennst?«
Das ist eine sehr gute Frage.
Wir leben am äußersten Rand des Planeten Erde, am Übergang zwischen ihm und dem Rest des Universums. In klaren Nächten können wir Abertausende leuchtende Sterne bewundern, vertraut und beständig, einzigartige Orientierungspunkte für unsere Position im Kosmos. Jede menschliche Zivilisation hat die Sterne betrachtet, doch niemand hat sie je berührt. Unser Leben auf der Erde ist das Gegenteil: Chaotisch, unstet, ständig neu, und es wimmelt von Dingen, die wir jeden Tag in den Händen halten und benutzen. Darauf müssen wir den Blick richten, wenn wir die Funktionsweise des Universums verstehen möchten. Die Welt um uns herum ist erstaunlich abwechslungsreich, eine Reihe von Gesetzmäßigkeiten und verschiedene Kombinationen immer gleicher Atome bringen ganz unterschiedliche Ergebnisse hervor. Doch diese Vielfalt ist nicht beliebig. Unsere Welt ist von Mustern geprägt.
Wenn Sie Milch in Ihren Tee geben und umrühren, sehen Sie einen Strudel, eine Spirale von zwei Flüssigkeiten, die einander getrennt umkreisen. In der Tasse existiert diese Spirale nur wenige Sekunden, bevor sich die Flüssigkeiten vollständig vermischen. Doch diese Zeitspanne reicht, um sie wahrzunehmen, sie erinnert uns daran, dass Flüssigkeiten beim Zusammenfließen wunderschöne Muster bilden, statt direkt ineinander aufzugehen. Das gleiche Muster findet sich auch an anderen Stellen, aus dem gleichen Grund. Wenn man die Erde vom Weltraum aus betrachtet, sieht man solche Verwirbelungen oft in den Wolken, dort, wo warme und kalte Luft einander umtanzen, bevor sie sich vermischen. Solche Wirbel schieben sich regelmäßig von Westen über den Atlantik auf Großbritannien zu und erzeugen so unser notorisch unbeständiges Wetter. Sie entstehen an der Grenze zwischen kalter Polarluft im Norden und warmer tropischer Luft im Süden. Die kalte und warme Luft jagen einander im Kreis, wie man auf Satellitenbildern klar erkennen kann. Wir kennen diese Verwirbelungen als Tiefdruckgebiete oder Zyklonen, deren Ausläufer uns abrupte Wechsel zwischen Wind, Regen und Sonnenschein bescheren.
Ein solcher rotierender Sturm scheint wenig mit einer umgerührten Tasse Tee zu tun zu haben, doch die Ähnlichkeit der Muster ist kein Zufall. Sie weist auf etwas Grundlegenderes hin, eine systematische Struktur, die über Generationen hinweg von Menschen erforscht und in präzisen Experimenten überprüft wurde. Dieser Prozess – das kontinuierliche Erforschen und Überprüfen von vorhandenem Wissen sowie das Ergründen und Verstehen von neuen Zuständen – nennt sich Wissenschaft.
Manchmal ist es ganz leicht, ein Muster an verschiedenen Stellen zu entdecken. Doch gelegentlich liegt die Verbindung tiefer; dann ist es umso befriedigender, sie zu finden. Ein Beispiel: Es ist schwer vorstellbar, dass Skorpione und Radfahrer viel gemeinsam haben. Doch beide setzen auf den gleichen naturwissenschaftlichen Trick, um zu überleben, wenn auch auf entgegengesetzte Weise.
Eine mondlose Nacht in der nordamerikanischen Wüste ist eine kalte und stille Erfahrung. Es scheint nahezu unmöglich, hier draußen irgendetwas zu finden, da der Boden nur vom schwachen Licht der Sterne beleuchtet wird. Doch wer etwas ganz Besonderes sehen will, schnappt sich eine Spezialtaschenlampe und marschiert in die Dunkelheit hinaus. Die Taschenlampe muss in der Lage sein, für uns nicht wahrnehmbares Licht auszusenden: ultraviolettes Licht, auch »Schwarzlicht« genannt. Wenn ihr Strahl über den Boden gleitet, erkennt man nicht, worauf er gerichtet ist, da das Licht unsichtbar ist. Doch plötzlich blitzt etwas auf, und die Finsternis der Wüste wird durch einen überrascht umherkrabbelnden, seltsam blaugrün gefärbten Fleck durchbrochen. Ein Skorpion.
So suchen Enthusiasten nach Skorpionen. Der Panzer dieser schwarzen Arachniden enthält Pigmente, die das für uns unsichtbare ultraviolette Licht absorbieren und für uns sichtbares Licht abstrahlen. Das ist clever eingerichtet, auch wenn sich die Begeisterung aller, die Angst vor Skorpionen haben, vielleicht in Grenzen hält. Dieser Lichttrick trägt die Bezeichnung »Fluoreszenz«, und das blaugrüne Leuchten der Skorpione ist wohl eine Anpassung, die ihnen hilft, in der Abenddämmerung die besten Verstecke zu finden. Ultraviolette Strahlung umgibt uns immer, doch in der Dämmerung, wenn die Sonne gerade hinter dem Horizont abgetaucht ist, ist ein Großteil des sichtbaren Lichts verschwunden und nur das ultraviolette noch da. Jeder Skorpion, der sich nun im Freien aufhält, leuchtet und kann leicht entdeckt werden, weil es um ihn herum kaum blaues oder grünes Licht gibt. Wenn er nur ein kleines bisschen ungeschützt ist, bemerkt er sein eigenes Leuchten und erkennt daran, dass er sich besser verstecken muss. Es ist ein elegantes und effektives Warnsystem – zumindest war es das, bis die Menschen mit den Schwarzlicht-Taschenlampen auftauchten.
Glück für Arachnophobiker: Man muss nicht unbedingt nachts durch eine Wüste mit Skorpionen laufen, um etwas Fluoreszierendes zu sehen – auch an einem trüben Morgen in der Stadt ist es weit verbreitet. Schauen Sie sich die sicherheitsbewussten Radfahrer einmal genau an: Ihre Signalwesten erscheinen im Vergleich zur Umgebung auffällig farbenkräftig. Es sieht aus, als leuchteten sie – und das tun sie auch. An bewölkten Tagen blockieren die Wolken das sichtbare Licht, doch die ultravioletten Strahlen dringen trotzdem durch. Die Pigmente in der Signalkleidung nehmen sie auf und geben sichtbares Licht ab. Es ist das gleiche Verfahren wie bei den Skorpionen, doch aus dem entgegengesetzten Grund. Die Radfahrer wollen leuchten, dank dieses zusätzlichen Lichts sind sie leichter zu sehen und somit geschützter. Für Menschen ist diese Art der Fluoreszenz ein toller Tausch: Mit dem ultravioletten Licht verlieren wir etwas, das wir ohnehin nicht sehen, und gewinnen dafür etwas, das wir nutzen können.
Dieser Vorgang ist an sich schon faszinierend genug, doch besonders toll finde ich, dass eine physikalische Erkenntnis wie diese nicht nur grundsätzlich interessant ist, sondern auch an vielen Stellen als Werkzeug eingesetzt werden kann. In diesem Fall schützt das gleiche physikalische Prinzip Skorpione und Radfahrer. Außerdem sorgt es dafür, dass Tonic Water im Schwarzlicht aufleuchtet, weil das enthaltene Chinin fluoresziert. Und auch Textmarker und optische Aufheller in Waschmitteln funktionieren auf diese Weise. Wenn Sie das nächste Mal eine angestrichene Passage sehen, denken Sie daran, dass die Textmarkerfarbe auch als Indikator für ultraviolette Strahlung dient; obwohl man sie nicht sehen kann, verrät das Leuchten der Farbe, dass sie da ist.
Ich habe Physik studiert, da in diesem Fach Dinge erklärt werden, die mich interessieren. Die Physik gestattet mir einen Blick auf die Mechanismen, die unserem Alltag zugrunde liegen. Und das Beste ist: Ich kann einige von ihnen selbst erforschen. Auch heute, da ich hauptberufliche Physikerin bin, entspringen die meisten meiner Erkenntnisse nicht langen Laboraufenthalten, komplizierten Softwareprogrammen und teuren Experimenten. Die befriedigendsten Entdeckungen finden statt, wenn ich zufällig mit irgendetwas herumspiele und eigentlich gar nicht aktiv forsche. Wer ein paar Grundlagen der Physik kennt, für den ist die Welt eine Spielzeugkiste.
Oft werden die wissenschaftlichen Vorgänge, die sich in der Küche, im Garten oder auf der Straße beobachten lassen, ein bisschen herablassend betrachtet, als handle es sich um Kinderkram, triviale Ablenkungen, die den Kleinen viel bedeuten, für Erwachsene jedoch im Grunde nutzlos sind. Erwachsene kaufen sich lieber Bücher über den Aufbau des Universums; das ist ein angemessenes Thema für sie. Doch diese Einstellung missachtet eine sehr wichtige Tatsache: Überall wirken die gleichen physikalischen Gesetze. Jeder Toaster kann uns einige Grundgesetze der Physik nahebringen, und der Vorteil an einem Toaster ist, dass die meisten Leute einen zu Hause stehen haben und selbst untersuchen können, wie er funktioniert. Physik ist so spannend, gerade weil überall die gleichen Muster zu entdecken sind – sowohl in der Küche als auch in den entlegensten Teilen des Universums. Der Vorteil daran, sich zunächst den Toaster vorzunehmen, ist, dass man hinterher weiß, warum das Brot darin geröstet wird, auch wenn sich die Frage nach der Temperatur des Universums nie stellt. Sobald wir mit einem Muster vertraut sind, fällt es uns auch an anderen Stellen auf, sogar bei den beeindruckendsten Errungenschaften der Menschheit. Das Verständnis alltäglicher wissenschaftlicher Vorgänge verschafft uns ein Hintergrundwissen über die Welt, das jeder Bürger braucht, um voll und ganz am gesellschaftlichen Leben teilhaben zu können.
Haben Sie jemals ein rohes von einem gekochten Ei unterscheiden müssen, ohne die Schale zu knacken? Es gibt einen einfachen Trick. Legen Sie das Ei auf eine glatte, harte Oberfläche und drehen Sie es im Kreis. Legen Sie nach wenigen Sekunden kurz einen Finger auf die Schale, so dass die Drehung gestoppt wird. Nun liegt das Ei unbewegt da. Doch nach ein oder zwei Sekunden nimmt es möglicherweise wieder Schwung auf. Von außen betrachtet sehen rohe und gekochte Eier gleich aus, doch ihr Inneres unterscheidet sich – und das ist die Erklärung dieses Tricks. Wenn Sie ein gekochtes Ei stoppen, bremsen Sie damit einen kompletten Festkörper. Doch wenn Sie ein rohes Ei anhalten, wirkt sich das nur auf die Schale aus. Die Flüssigkeit im Inneren dreht sich weiter und zieht die Schale nach ein oder zwei Sekunden wieder mit sich, so dass das Ei erneut zu kreisen beginnt. Wenn Sie mir nicht glauben, nehmen Sie ein Ei und probieren Sie es aus. Dahinter steckt das physikalische Prinzip, dass Objekte eine Bewegung grundsätzlich fortführen, wenn nichts auf sie einwirkt. In diesem Fall bleibt das Eiweiß in Bewegung, weil es keinen Anlass für eine Veränderung gibt. Das nennt sich Drehimpulserhaltung und gilt nicht nur für Eier.
Das Hubble-Weltraumteleskop, das seit 1990 seine Runden um unseren Planeten dreht, hat viele Tausend spektakuläre Fotos des Kosmos gemacht. Ihm verdanken wir Bilder vom Mars, der Uranusringe, der ältesten Sterne der Milchstraße, einer Galaxie mit dem wundervollen Namen Sombrerogalaxie, und des gigantischen Krebsnebels. Doch wie hält ein frei durchs All schwebender Gegenstand eigentlich die Position, wenn er auf solche winzigen Lichtpunkte gerichtet ist? Woher weiß man genau, in welche Richtung man gerade schaut? Das Hubble-Teleskop verfügt über sechs Gyroskope, von denen sich jedes 19200 Mal pro Sekunde um die eigene Achse dreht. Aufgrund der Drehimpulserhaltung werden sich diese Rädchen immer gleich schnell weiterdrehen, da nichts da ist, was sie bremst. Und an der Ausrichtung der Drehachse wird sich ohne triftigen Grund ebenfalls nichts ändern. Diese Gyroskope geben dem Teleskop eine Referenzrichtung vor, so dass das optische System so lange wie nötig auf ein entferntes Objekt gerichtet werden kann. Das physikalische Gesetz, auf dem die Lageregelung eines der komplexesten Instrumente unserer Zivilisation basiert, lässt sich anhand eines Eies in der Küche demonstrieren.
Deshalb finde ich Physik so wunderbar. Alles, was man lernt, erweist sich auch an anderer Stelle als nützlich, und es ist ein einziges großes Abenteuer, weil man nie weiß, wohin die Reise als Nächstes führt. Soweit wir wissen, gelten die physikalischen Gesetze, die wir hier auf der Erde beobachten können, im gesamten Universum. Viele der entscheidenden Vorgänge im Kosmos sind für jeden erforschbar. Sie können sie selbst überprüfen. Aus einem Experiment mit einem Ei schlüpft ein Prinzip, das überall Anwendung findet. Wenn Sie mit diesem Küken in der Hand vor die Tür gehen, sieht die Welt plötzlich anders aus.
In der Vergangenheit haben wir solche Erkenntnisse mehr zu schätzen gewusst. Früher war jeder Krumen Wissen hart erarbeitet und wertvoll. Heutzutage leben wir an der Küste eines ganzen Ozeans an Informationen, aus dem sich regelmäßig Tsunamis erheben und uns zu überrollen drohen. Wenn Sie mit Ihrem Leben so zurechtkommen, wie es ist, warum sollten Sie dann nach mehr Wissen und damit nach weiteren Komplikationen streben? Das Hubble-Weltraumteleskop ist ja eine nette Sache, doch bringt es uns irgendetwas, solange es seine Linsen nicht hin und wieder auf die Erde richtet und uns zeigt, wo wir den Schlüssel hingelegt haben, wenn wir zu spät dran sind?
Menschen sind wissbegierige Wesen, und es macht uns Spaß, unsere Neugier zu befriedigen. Noch erfüllender ist es, wenn man selbst herausfindet, wie etwas funktioniert, oder gemeinsam mit anderen auf Entdeckungsreise geht. Und die physikalischen Prinzipien, die Sie spielerisch entdecken können, sind darüber hinaus maßgeblich für neue Verfahren der Medizintechnik, für das Wetter, Mobiltelefone, selbstreinigende Kleidung und Kernfusionsreaktoren. Das moderne Leben steckt voller komplexer Entscheidungen: Lohnt es sich, die teurere Energiesparlampe zu kaufen? Ist es unbedenklich, mit dem Handy neben dem Bett zu schlafen? Kann ich mich auf den Wetterbericht verlassen? Was nützen mir polarisierende Sonnenbrillengläser? Die Grundprinzipien allein verhelfen uns oft noch nicht zu konkreten Antworten, doch sie liefern uns den Kontext, um die richtigen Fragen zu stellen. Und wenn wir daran gewöhnt sind, den Dingen selbst auf den Grund zu gehen, fühlen wir uns nicht so hilflos, wenn sich eine Antwort nicht auf den ersten Blick erschließt. Wir wissen dann, dass wir mit ein bisschen Nachdenken Licht ins Dunkel bringen können. Kritisches Denken ist unerlässlich, um die Welt zu verstehen, vor allem in Zeiten, in denen Werbetreibende und Politiker uns lauthals erklären, sie wüssten es am besten. Wir müssen in der Lage sein, uns mit den Fragen auseinanderzusetzen und zu entscheiden, ob wir den Schreihälsen zustimmen. Und dabei geht es um mehr als nur um unser Alltagsleben. Wir sind für unsere Zivilisation verantwortlich. Wir wählen, wir entscheiden, was wir kaufen und wie wir leben – wir alle tragen dazu bei, wohin die Reise der Menschheit führt. Niemand kann jedes Detail unserer komplexen Welt durchdringen, doch die Grundprinzipien sind tolle Werkzeuge, die sich als nützliches Gepäck erweisen können.
Deshalb halte ich das Herumspielen mit den physikalischen Spielzeugen in unserer Umgebung für mehr als nur »Spaß«, auch wenn ich ein großer Freund von Vergnügen um seiner selbst willen bin. In der Wissenschaft geht es nicht nur darum, Fakten zu sammeln; sie ist ein logischer Prozess, um Dingen auf den Grund zu gehen. Das Entscheidende ist, dass sich jeder die Daten anschauen und zu einer begründeten Schlussfolgerung gelangen kann. Anfangs weichen diese Schlüsse vielleicht noch voneinander ab, doch wenn man mehr Daten zusammenträgt, kristallisiert sich schließlich eine Beschreibung der Welt als die richtige heraus. Das ist es, was die Naturwissenschaften von anderen Fachrichtungen unterscheidet – hier muss eine Hypothese konkrete, nachprüfbare Vorhersagen machen. Das bedeutet: Wenn man eine Idee hat, wie etwas funktioniert, überlegt man als Nächstes, welche Auswirkungen das hätte. Besonders interessant sind dabei Auswirkungen, die überprüfbar sind, vor allem solche, die sich widerlegen lassen. Wenn eine Hypothese jeden Test besteht, der uns einfällt, gehen wir vorsichtig davon aus, dass dies wahrscheinlich ein gutes Modell dafür ist, wie etwas abläuft. Die Naturwissenschaft versucht ständig, sich selbst zu widerlegen, da das der schnellste Weg ist, um herauszufinden, was eigentlich los ist.
Man muss kein professioneller Forscher sein, um zu experimentieren. Die Kenntnis einiger grundlegender Prinzipien ermöglicht jedem, eine Menge herauszufinden. Manchmal ist dafür nicht einmal eine strukturierte Vorgehensweise nötig – die Puzzleteile schieben sich fast von selbst auf ihren Platz.
Eine meiner Lieblingsentdeckungen begann mit einer Enttäuschung: Ich wollte Blaubeermarmelade machen, doch sie wurde rot. Magentarot. Das ereignete sich vor ein paar Jahren, als ich in Rhode Island lebte und gerade die letzten Vorbereitungen für meine Rückkehr nach Großbritannien traf. Das meiste hatte ich erledigt, doch ein Projekt wollte ich unbedingt noch vor der Abreise in Angriff nehmen. Ich hatte immer schon gern Blaubeeren gemocht – diese leicht exotischen, köstlichen und wunderbar und skurril blauen Früchte. An den meisten Orten, an denen ich gewohnt hatte, kamen sie nur in frustrierend geringer Menge vor, doch in Rhode Island wuchsen sie überall. Ich wollte einen Teil dieser sommerlichen Fülle zu blauer Marmelade verarbeiten und nach Großbritannien mitnehmen. Also verbrachte ich einen meiner letzten Vormittage damit, Blaubeeren zu pflücken.
Das Aufregendste an Blaubeermarmelade ist sicherlich ihre blaue Farbe. Dachte ich jedenfalls. Doch die Natur machte mir einen Strich durch die Rechnung. Die im Topf blubbernde Masse war vieles, aber nicht blau. Ich füllte die Marmelade in Gläser, und sie war wirklich lecker. Doch die Enttäuschung und Verwirrung verfolgten mich und meine rote Marmelade bis nach England.
Sechs Monate später bat mich ein Freund, ihm bei der Lösung eines historischen Rätsels zu helfen. Er arbeitete gerade an einer Fernsehsendung über Hexen und sagte, es gebe Aufzeichnungen über »weise Frauen«, die Eisenkraut-Blütenblätter ausgekocht und die entstehende Flüssigkeit auf die Haut anderer Leute aufgetragen hätten, um so zu ermitteln, ob sie verhext worden waren. Der Freund fragte sich, ob sie auf diesem Weg vielleicht tatsächlich etwas gemessen haben konnten, wenn auch unbeabsichtigt. Ich forschte nach und fand heraus, dass das durchaus möglich war.
Die violetten Blüten des Eisenkrauts enthalten, wie Rotkohl, Blutorangen und viele andere rote und violette Pflanzen, Farbstoffe namens Anthocyane. Dieser chemischen Verbindung verdanken die Pflanzen ihre leuchtende Färbung. Sie kommt in unterschiedlichen Formen vor, daher variiert die Farbe ein wenig, doch die Molekülstruktur ist immer ähnlich. Doch das ist noch nicht alles. Die Farbe hängt zudem vom Säuregehalt der Flüssigkeit ab, in der das Molekül gelöst ist – dem sogenannten pH-Wert. Wird die Umgebung saurer oder basischer, verändert das Molekül geringfügig seine Form und damit auch die Farbe. Anthocyane sind also chemische Indikatoren und funktionieren wie ein natürlicher Lackmustest.
Auf der Basis dieses Wissens lassen sich in der Küche viele lustige Dinge veranstalten. Man muss die Pflanze auskochen, um den Farbstoff zu gewinnen – kochen Sie daher ein Blatt Rotkohl in Wasser und bewahren Sie diesen Sud (der nun violett gefärbt ist) auf. Geben Sie etwas Essig hinein, und er wird rot. Etwas Waschpulver (eine starke Lauge) färbt ihn gelb oder grün. So können Sie nur mit dem, was sich in der Küche findet, Wasser in allen Regenbogenfarben erzeugen. Das weiß ich, weil ich es selbst ausprobiert habe. Es war eine tolle Entdeckung, denn Anthocyane sind überall und für jeden zugänglich. Ganz ohne Chemiekasten!
Möglicherweise haben die weisen Frauen mit den Eisenkrautblüten also den pH-Wert überprüft, nicht, ob jemand verhext wurde. Der pH-Wert der Haut schwankt von Natur aus, was die unterschiedliche Färbung der Eisenkrauttinktur auf der Haut erklären könnte. Ich habe es geschafft, das Rotkohlwasser von violett zu blau umschlagen zu lassen, als ich verschwitzt von einer Joggingrunde zurückkam, doch es veränderte sich nicht, wenn ich vorher keinen Sport getrieben hatte. Vielleicht bemerkten die weisen Frauen, dass die Farbstoffmoleküle sich bei verschiedenen Menschen unterschiedlich verhielten, und zogen daraus ihre eigenen Schlüsse. Sicher werden wir es nie wissen, doch es erscheint mir plausibel.
So viel zur Geschichte. Und da fielen mir die Blaubeeren und die Marmelade wieder ein. Blaubeeren sind blau, weil sie Anthocyane enthalten. Marmelade besteht nur aus vier Zutaten: Früchten, Zucker, Wasser und Zitronensaft. Der Zitronensaft trägt dazu bei, dass das natürlich in den Früchten vorkommende Pektin die Marmelade eindickt. Das funktioniert, weil er … Säure enthält. Meine Blaubeermarmelade war rot, weil die eingekochten Blaubeeren wie ein den ganzen Topf füllender Lackmustest wirkten. Die Masse musste rot sein, damit die Marmelade richtig eindicken konnte. Die Freude über diese Erkenntnis machte fast die Enttäuschung wett, keine blaue Marmelade gekocht zu haben. Fast. Doch die Entdeckung, dass eine einzelne Frucht einen ganzen Regenbogen von Farben hervorbringen kann, ist so kostbar, dass sie dieses Opfer wert ist.