Der Massenerhaltungssatz - Todd Ramsey

Die komplette Lektion unter: http://ed.ted.com/lessons/the-law-of-conservation-of-mass-todd-ramsey

Alles in unserem Universum hat Masse -- vom kleinsten Atom bis zum größten Stern. Aber die Masse ist stets konstant geblieben, obwohl Sterne, Planeten und Menschen entstanden und vergangen sind. Wie kann das Universum wachsen, ohne dabei seine Masse zu verändern? Todd Ramsey beantwortet diese Frage mit dem Massenerhaltungssatz.

Lektion von Todd Ramsey, Animation von Vegso/Banyai.

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."