Woher kommt das alles eigentlich?
Dieser Felsbrocken?
Diese Kuh?
Dein Herz?
Natürlich nicht die Dinge selbst, sondern ihre Bausteine:
Atome -- die Teilchen, aus denen die Welt besteht.
Die Antwort auf diese Frage steckt im Massenerhaltungssatz.
Er gilt für ein abgeschlossenes System,
dessen Grenze Masse und Energie nicht überwinden können.
In diesem System ist Masse, also Materie und Energie, konstant.
Sie kann weder erzeugt noch vernichtet werden.
Das Universum ist, soweit wir wissen,
so ein abgeschlossenes System.
Schauen wir uns zunächst ein kleineres, einfaches Beispiel an.
Hier haben wir 6 Kohlenstoffatome, 12 Wasserstoffatome
und 18 Sauerstoffatome.
Mit etwas Energie werden unsere Moleküle ganz schön aktiv.
Diese Atome können sich zu bekannten Molekülen verbinden.
Das ist Wasser
und das ist Kohlendioxyd.
Wir können Masse weder erzeugen noch vernichten.
Wir haben nur das, was da ist. Was können wir also damit machen?
Ah, sie sind eigenwillig.
Mal sehen. Sie haben mehr Kohlendioxyd und Wasser gebildet, je sechs Moleküle.
Mit etwas mehr Energie können wir daraus ein einfaches Zuckermolekül
und etwas Sauerstoff machen.
Die Atome sind dieselben: 6 Kohlenstoff, 12 Wasserstoff und 18 Sauerstoff.
Die zugeführte Energie ist nun in den Atomverbindungen gespeichert.
Wir können diese Energie wieder freigeben,
indem wir den Zucker wieder in Wasser und Kohlendioxyd zerlegen.
Immer noch dieselben Atome.
Legen wir einige Atome zur Seite und probieren etwas Explosiveres.
Das hier ist Methan. Oft wird es mit pupsenden Kühen in Verbindung gebracht.
Es wird aber auch als Raketentreibstoff genutzt.
Führen wir etwas Sauerstoff und ein wenig Energie zu,
zum Beispiel mit einem Streichholz,
dann verbrennt es zu Kohlendioxyd, Wasser und noch mehr Energie.
Beachte, dass unser Methan 4 Wasserstoffatome enthielt.
Am Ende ist immer noch 4-mal Wasserstoff in den 2 Wassermolekülen enthalten.
Zum großen Finale kommt jetzt Propan, ein weiteres brennbares Gas.
Wir führen Sauerstoff zu, zünden es an und -- BUMM!
Mehr Wasser und Kohlendioxyd.
Jetzt sind es 3 CO2-Moleküle,
weil das Propanmolekül 3 Kohlenstoffatome enthielt
und diese nirgendwo anders hin können.
Es gibt noch viele Reaktionen, die mit diesen paar Atomen möglich sind.
Der Massenerhaltungssatz würde bei jedem Versuch gelten.
Die Energie und Materie zu Beginn einer chemischen Reaktion
bleiben nach der Reaktion erhalten und nachweisbar.
Wenn die Masse immer gleich bleibt,
wo kamen diese Atome dann überhaupt her?
Sehen wir in der Geschichte nach.
Weiter, weiter, weiter, zu weit.
Okay, hier ist er.
Der Urknall.
Unser Wasserstoff bildete sich aus einer hochenergetischen Partikelsuppe
in den ersten drei Minuten nach der Enstehung unseres Universums.
Schließlich bildeten sich Atomwolken, aus denen Sterne entstanden.
In den Sternen entstanden durch Kernreaktionen leichte Elemente
wie Wasserstoff und Helium,
aus denen schwerere Elemente wie Kohlenstoff und Sauerstoff entstanden.
Auf den ersten Blick brechen diese Reaktionen das Gesetz,
weil sie extrem viel Energie freisetzen,
scheinbar aus dem Nichts.
Dank Einsteins berühmter Formel wissen wir jedoch,
dass Energie gleich Masse ist.
Die Gesamtmasse der Atome zu Beginn der Reaktion
war aber ein klein wenig größer als die Masse der Produkte,
und dieser Masseverlust entspricht genau der zusätzlichen Energie,
die der Stern in Form von Licht, Wärme und geladenen Teilchen ausstrahlt.
Am Ende wurde der Stern zur Supernova
und seine Elemente verteilten sich im All.
Kurz gesagt verbanden sie sich neu und mit Atomen von anderen Supernovas
formten sie die Erde.
4,6 Milliarden Jahre später wurden sie Teile
unseres kleinen, abgeschlossenen Systems.
Aber sie sind nicht halb so spannend wie die Atome, aus denen du bist.
Oder diese Kuh.
Oder dieser Felsbrocken.
Und deswegen, wie Carl Sagan so treffend sagte:
"Wir sind alle Sternenstaub."