Ben Wittorf

Das wichtigste Gesetz des Universums

Als ich ein Kind war, hatte mich kaum etwas mehr geflasht als das Wissen darüber, dass warm immer zu kalt geht. Wann immer ich konnte und auch noch immer kann, habe ich versucht, das überall in einer Annäherung zu beobachten. Und ohne damals wirklich zu verstehen, was genau dahinter steckt, bedeutete es für mich meine erste grundlegende Erkenntnis, die mich damals, wie auch noch heute, tiefe Ehrfurcht vor diesem Eckpfeiler des Universums empfinden lässt.


Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass die Entropie in einem geschlossenen System — also einem System, das keine Energie aufnimmt — niemals abnimmt.1

Das bedeutet, dass geschlossene Systeme unaufhaltsam weniger strukturiert werden, weniger organisiert und weniger fähig, geordnete und „nützliche“ Zustände zu erreichen. Irgendwann erreichen sie ein Gleichgewicht einer bildlich gesprochenen grauen und gar nicht mehr bildlich gesprochenen lauwarmen und homogenen Monotonie und verharren dort. Es passiert einfach nicht mehr viel.

Diese Besonderheit führt zu einer Asymmetrie, durch die sich der Zweite Hauptsatz grundlegend vom Ersten Hauptsatz der Thermodynamik und von vielen anderen physikalischen Gesetzen unterscheidet:

Während andere physikalische Gesetze Veränderungen zulassen, die zeitlich in beide Richtungen möglich sind, „funktioniert“ der Zweite Hauptsatz nur in eine Richtung — er ist nicht umkehrbar. Jeder Prozess, der anderen physikalischen Gesetzen folgt, ist zulässig, solange die Entropie nicht abnimmt.2

Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik gibt der Zeit also eine Richtung vor, weshalb einige Physiker:inen und Philosoph:innen ihn als Zeitpfeil bezeichnen.

In seiner ursprünglichen Formulierung bezog sich der Zweite Hauptsatz auf den Prozess, bei dem nutzbare Energie in Form eines Temperaturunterschieds zwischen zwei Körpern abgeführt wird, indem Wärme von dem wärmeren zu dem kühleren Körper fließt. Als schließlich erkannt wurde, dass es sich bei Wärme nicht um eine „unsichtbare Flüssigkeit“, sondern um die Bewegung von Molekülen handelt, nahm eine allgemeinere, statistische Version des Zweiten Hauptsatzes Gestalt an.

Nun konnte die Ordnung anhand der Menge aller mikroskopisch unterschiedlichen Zustände eines Systems charakterisiert werden: Von all diesen Zuständen machen die für uns „nützlichen“ einen winzigen Bruchteil der Möglichkeiten aus, während die ungeordneten oder „nutzlosen“ Zustände die große Mehrheit ausmachen. Daraus folgt, dass jede Störung eines Systems, sei es ein zufälliges Hin- und Herbewegen seiner Teile oder ein Schlag von außen, dieses System nach den Gesetzen der Wahrscheinlichkeit in Richtung Unordnung oder Nutzlosigkeit verschieben wird.

Wenn du aufhörst, an einer Sandburg zu bauen, wird sie morgen nicht mehr da sein, denn wenn Wind, Wellen, Möwen und kleine Kinder die Sandkörner umherwirbeln, ist es wahrscheinlicher, dass sie sich in einer der unzähligen Konfigurationen anordnen, die nicht wie eine Burg aussehen, als in den wenigen, die es tun.

Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik findet sich im Alltag auch in Sprichwörtern wie „Asche zu Asche“, „alles fällt früher oder später auseinander“ oder eben „was schiefgehen kann, wird schiefgehen“ wieder.

Wissenschaftler:innen wissen, dass der Zweite Hauptsatz weit mehr ist als eine Erklärung für alltägliche Ärgernisse. Er ist ein Grundpfeiler für unser Verständnis des Universums und unseres Platzes darin. Das Gesetz, dass die Entropie immer zunimmt, steht an oberster Stelle der Naturgesetze. Wenn dich also jemand darauf berechtigterweise hinweisen sollte, dass deine neue Lieblingstheorie rund ums Universum gegen den Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik verstößt, dann kann3 das zu einer Übung in tiefster Demut führen.

Technisch gesehen gilt der Zweite Hauptsatz für das Universum als Ganzes. Die Entropie des Universums kann nicht abnehmen, obwohl sie zunehmen kann, und das tut sie oft. Das Universum hat also eine ständig wachsende Entropielast. Wäre das Universum ewig, hätte es mehr als genug Zeit gehabt, einen Zustand maximaler Entropie zu erreichen. Wir können allerdings beobachten, dass das Universum weit von einem Zustand maximaler Entropie entfernt ist, also kann das Universum nicht ewig sein. Und dieser Punkt ist wichtig, denn bis vor noch ein paar Jahrzehnten haben viele Wissenschaftler:innen gedacht, dass das Universum ewig sei, obwohl der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik eindeutig das Gegenteil besagt.4


Für uns Menschen hat der Zweite Hauptsatz ebenfalls unmittelbare Relevanz. Die Evolutionspsychologen John Tooby, Leda Cosmides und Clark Barrett betitelten eine Arbeit über die Grundlagen der Geisteswissenschaften mit „Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik ist der erste Hauptsatz der Psychologie“:5

„Warum die Ehrfurcht vor dem Zweiten Hauptsatz? Der Zweite Hauptsatz definiert den ultimativen Zweck des Lebens, des Geistes und des menschlichen Strebens: den Einsatz von Energie und Information, um die Flut der Entropie zurückzudrängen und Zufluchtsorte für eine nützliche Ordnung zu schaffen. Die Unterschätzung der inhärenten Tendenz zur Unordnung und die mangelnde Wertschätzung der wertvollen Ordnungsnischen, die wir uns schaffen, sind eine der Hauptursachen für menschliche Dummheit.“

Auch meine eigene Interpretation beruht genau darauf.

Der Zweite Hauptsatz besagt zunächst einmal, dass niemand an Unglück schuld sein kann. Der größte Durchbruch der wissenschaftlichen Revolution war der Beweis gegen und die Aufhebung unserer Intuition, dass das Universum von einem Zweck durchwoben sei oder einem Ziel folgen würde; dass alles aus einem bestimmten Grund geschehen würde.

Denn nach diesem „primitiven“ Verständnis müssen schlimme Ereignisse — Unfälle, Krankheiten, Hungersnöte — von jemandem oder etwas gewollt sein. Das wiederum veranlasst Menschen, Schuldige, Dämonen, Sündenböcke oder sonst etwas zu suchen, um sie zu bestrafen. Galilei und Newton ersetzten dieses kosmische Moralspiel durch ein uhrwerkartiges Universum, in dem Ereignisse durch die Bedingungen in der Gegenwart und nicht durch Ziele für die Zukunft verursacht werden.

Der Zweite Hauptsatz vertieft diese Entdeckung: Das Universum kümmert sich nicht nur nicht um unsere Wünsche, sondern wird im natürlichen Lauf der Dinge den Anschein erwecken, als würde es sie durchkreuzen, weil es so viel mehr Möglichkeiten gibt, dass die Dinge schief gehen als dass sie richtig verlaufen. Häuser brennen ab, Schiffe sinken, Schlachten werden verloren, und so weiter.

Auch Armut bedarf in diesem Kontext keiner Erklärung. In einer Welt, die von Entropie und Evolution bestimmt wird, ist sie der Standardzustand der Menschheit. Materie lässt sich nicht einfach zu einer Unterkunft oder Kleidung verarbeiten, und Lebewesen tun alles, um nicht zu unserer Nahrung zu werden. Was erklärt werden muss, ist Reichtum. Doch die meisten Diskussionen über Armut bestehen aus Auseinandersetzungen darüber, wer die Schuld dafür trägt.

Ganz allgemein verleitet das Unterschätzen des Zweiten Hauptsatzes Menschen dazu, jedes ungelöste soziale Problem als ein Zeichen dafür zu sehen, dass ihr Land von einer Klippe gestürzt wird. Nur: Es liegt in der Natur des Universums, dass Leben Probleme beinhaltet.

Allerdings ist es besser, herauszufinden, wie die Probleme gelöst werden können — Informationen und Energie einzusetzen, um unser Refugium der nützlichen Ordnung zu erweitern — als einen Flächenbrand zu entfachen und auf das Beste zu hoffen.

Damals war ich ein Kind. Inzwischen sehe ich mich als ein Kind der Entropie. Und leben bedeutet daher vielleicht, mit allem, was uns zur Verfügung steht, gegen sie aufzulehnen und zu kämpfen, selbst wenn oder gerade weil wir letztlich verlieren müssen.

Randnotizen

Fußnoten

  1. Der erste Hauptsatz besagt, dass Energie erhalten bleibt; der dritte Hauptsatz, dass die Temperatur des absoluten Nullpunktes unerreichbar ist. 
  2. Ein paar vereinfachte Beispiele. Für Umkehrbarkeit: Die Erde umkreist die Sonne. In Richtung Vergangenheit würde das umgekehrt beobachtbar sein. Für Unumkehrbarkeit: Nimm ein Glas Wasser, füge ein paar Tropfen roter Farbe hinzu, rühr um, bis eine hellrote Flüssigkeit entsteht. Anders herum ist das nicht möglich, wenn du versuchst, durch Umrühren von helllrotem Wasser es wieder klar werden und sich die Tropfen herausbilden zu lassen. 
  3. Und natürlich „sollte“! 
  4. Es gibt den berechtigten Hinweis, dass wir nicht diese Schlussfolgerungen ziehen sollten, bis wir nicht mehr über die Funktionsweisen von Gravitation und Quantenmechanik wissen. 
  5. John Tooby, Leda Cosmides, H. Clark Barrett, „The Second Law of Thermodynamics Is the First Law of Psychology: Evolutionary Developmental Psychology and the Theory Of Tandem, Coordinated Inheritances: Comment on Lickliter and Honeycutt“ (2003)