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Teil 1  /  Die Apokalyptischen Reiter  /    K1   K2    K3    K4    K5     K6

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Kapitel 1  :  Der Krieg 

E = m c2 (20)  Der Zugang zum atomaren Feuer (25) Kernwaffen: Wie man Materie zur Explosion bringt (33) Eine Atomexplosion in Zeitlupe (40)

»Die Überlebenden werden die Toten beneiden« (45)  Die Büchse der Pandora (51)  Die Nacht danach (57) 

Stiefkind der Strategen: Die »biologische« Kriegführung (67)   Nervengase: Die lautlose Vernichtung (72) 

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   E = m · c² 

Am Montag, dem 6. August 1945, morgens um 9.15 Uhr, befand sich der amerikanische Bomber, dem sein Kommandant, Oberst Paul Tibbets, den Namen seiner Mutter <Enola Gay> gegeben hatte, in 5500 Meter Höhe exakt über dem Stadt­zentrum von Hiroshima. Der Bombenschütze, Major Thomas Ferebee, öffnete den Schacht und warf die einzige Bombe ab, welche die Maschine mit sich führte, ein vier Tonnen wiegendes tropfenförmiges Stahl-Ungetüm. 

Es verging einige Zeit, bis die Bombe auf jene Höhe von 600 Metern über dem Boden gefallen war, auf die man ihren automatischen Zünder eingestellt hatte. Als sie den Punkt erreichte, gab es einen Lichtblitz von so großer Helligkeit, daß jeder erblindete, der zufällig in seine Richtung geblickt hatte. In den anschließenden Minuten starben 70.000 Menschen (und mindestens die doppelte Anzahl folgte ihnen in den Wochen, Monaten und Jahren darauf auf qualvolle Weise). Die Stadt Hiroshima hatte - mit Ausnahme einiger Außenbezirke - aufgehört zu existieren.

Die Ursache der Katastrophe - die herbeizuführen außerordentliche Intelligenz erfordert hatte - bestand in dem Verschwinden von nicht ganz einem Gramm Materie. 

Im Inneren der Bombe hatten seine Erbauer eine aus­ge­klügelte technische Installation untergebracht, die im Augenblick der Zündung ein Zehntausendstel der Uran­menge von zehn Kilogramm verschwinden ließ, welche die "kritische Masse" der neuartigen Waffe bildeten.

Man könnte - durchaus zutreffend, wenn auch zynisch - sagen, daß der Abwurf ein physikalisches Experiment darstellte, mit dem, für jedermann unüber­sehbar, eine Entdeck­ung Albert Einsteins bewiesen wurde, die anschaulich zu verstehen keinem Menschen möglich ist: die Ent­deck­ung der grund­sätzlichen Identität von Materie und Energie. 

Materie sei, so behauptete der geniale Physik­er als erster Mensch, genaugenommen nichts anderes als eine besondere Zustandsform von Energie. (Von "geronnener" Energie haben manche Physiker später gesprochen.) Geglaubt hat ihm das anfangs außer seinen engsten Fachkollegen verständlicher­weise niemand. Aber seit Hiroshima sind auch die letzten Zweifel verstummt.

Was Energie "ist", weiß eigentümlicherweise niemand so recht. Auch von den Physikern bekommt man keine wirklich befriedigende Auskunft.

Der berühmte englische Astrophysiker Sir Arthur Eddington hat seinerzeit gesagt, daß er und seine Kollegen bei der Verwendung des Begriffs Energie von "etwas" sprächen, ohne im geringsten zu wissen, worum es sich dabei handele. Nun liegt das fast ein halbes Jahrhundert zurück. Die Aussagen zeitgenössischer Wissenschaftler aber sind auch nicht sehr viel erhellender. Der an der Technischen Universität München lehrende Experimentalphysiker Edgar Lüscher definierte Energie (in einem für Laien geschriebenen Physikbuch!) kürzlich zum Beispiel folgendermaßen: "Der Physiker versteht unter Energie ganz allgemein eine abstrakte Größe eines Systems, die sich nie verändert, was immer in dem System geschieht."(8)

Abgesehen davon, daß der Verweis auf eine "abstrakte Größe" inhaltlich nichts aussagt, ist diese Definition gerade in unserem Zusammenhang insofern auch noch irreführend, als sie die Möglichkeit auszuschließen scheint, um die es uns im Augenblick geht: die der Verwandlung von Materie in Energie und umgekehrt. Wir alle haben gelernt — und wir alle haben keine allzu großen Schwierigkeiten zu verstehen —, daß die "Fähigkeit, Arbeit zu leisten" (eine weitere Definition des so eigentümlich schwer faßbaren Energie­begriffs), in sehr verschiedenen Formen auftreten kann und daß sie die Formen ihres Auftretens wechselt:  

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Aus potentieller Energie wird kinetische und dann Wärme-Energie, wenn ein zu Boden fallender Gegenstand sich beim Aufprall verformt, aus kinetischer potentielle Energie, wenn Wind einen Baum sich biegen läßt und so weiter. Unsere Technik besteht bekanntlich zu wesentlichen Teilen aus der planmäßigen Anwendung dieser Umwandlungs­möglich­keiten: etwa dann, wenn wir Kohle oder Öl verfeuern, um elektrischen Strom zu erzeugen, der dann seinerseits wieder in Wärme oder Licht oder in die kinetische Energie eines Staubsaugers umgewandelt wird, und ebenso in zahllosen anderen Fällen.

Alles, was wir dem noch hinzuzufügen haben, ist die allerdings sehr viel schwerer verständliche, wenn auch außer jedem Zweifel feststehende Möglichkeit, daß Energie auch "in der Form von Materie" auftreten kann, ja, daß alle Materie, die es gibt, einschließlich derer, aus der wir selbst bestehen, eine spezielle Form von Energie darstellt.

Es ist ganz sicher kein Zufall, daß wir angesichts dieser speziellen Umwandlungs­möglichkeiten Probleme mit unserer Vorstellungs­kraft haben. Unsere Anschauung ist schließlich während einer langen Stammes­geschichte in Anpassung an die alltäglich erfahrbaren Veränderungen und Abläufe in unserer Umwelt entstanden. Aber die Umwandlung von Energie in Materie oder - vice versa - von Materie in Energie gehört nicht zu diesen Alltags­erfahrungen.

Dies gilt, obwohl das Resultat eines solchen Umwandlungs­prozesses die primäre Energie­form darstellt, von der alle irdischen Lebensprozesse, Wind und Wetter und alle anderen energie­verbrauchenden Abläufe auf der Oberfläche unseres Planeten "angetrieben" werden. Gemeint ist die von der Sonne ausgehende Strahlung, genauer: der relativ winzige Teil dieser Strahlung, der auf die 150 Millionen Kilometer entfernte Erde entfällt.

Diese Strahlung entsteht, wie wohl jeder schon einmal gelesen hat, im Zentrum der Sonne durch die Verschmelzung von Wasserstoff­kernen zu Helium. Zwar handelt es sich hier nicht, wie bei der Hiroshima-Bombe, um eine Kern­spaltung ("Fission"), sondern um den Prozeß einer Kernverschmelzung ("Fusion"). 

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Das Entstehen von Energie ist aber auch in diesem Falle die Folge des Verschwindens von Materie. Das kommt daher, daß die vier Wasserstoffatome, die jeweils (über mehrere komplizierte Zwischenschritte) mit­ein­ander zu einem Heliumkern verschmelzen, zusammen um einen winzigen Betrag schwerer sind als das Verschmelzungs­produkt. Der neue Heliumkern weist folglich im Vergleich zu dem Ausgangsmaterial, aus dem er entstand, einen "Massen­defekt" auf.

Nun kann Materie nicht spurlos verschwinden. Das ist ein Naturgesetz, an dessen Gültigkeit nicht zu rütteln ist ("Erhaltungs­satz"). Für den Teil, der als Materie zu existieren aufgehört hat, taucht vielmehr gleichzeitig ein ihm präzise entsprechender Energie­betrag auf, das sogenannte Energie-Äquivalent.

Dieser Prozeß ist die Quelle der Sonnenstrahlung. Die Sonne verströmt sich also als Energiespender konkret physisch. Die Astrophysiker haben berechnet, daß sie in jeder Sekunde 4,5 Millionen Tonnen ihrer Materie durch "Massendefekt" verliert. Das ist ein gewaltiger Betrag. Dennoch hat die Sonne in ihrer ganzen bisherigen Lebensgeschichte (vier bis fünf Milliarden Jahre) dadurch erst weniger als ein Zehntausendstel ihrer Masse eingebüßt. Sie ist so unvorstellbar groß, daß man sie nur halb auszuhöhlen brauchte, wollte man den Mond in ihr in seinem natürlichen Abstand von 380.000 Kilometern um die Erde kreisen lassen.

So alltäglich die Erfahrung von Sonnenlicht auch immer ist, der Fusionsprozeß, dem es seine Entstehung verdankt, gehört gewiß nicht zu unserer Erfahrungs­welt. Die Wissenschaftler haben ihn vielmehr unter großen intellektuellen Anstrengungen, mit Hilfe der unsere Alltagssprache an Reichweite weit übertreffenden Formelsprache der Mathematik und auf höchst indirektem Wege — der Prozeß ist ja tief im Inneren der Sonne verborgen — erst rekonstruieren und beweisen müssen. Der Versuch wäre aussichtslos gewesen, wenn man nicht bereits gewußt hätte, daß die Umwandlung von Materie in Energie grundsätzlich möglich ist. Die Astrophysiker wußten sogar noch mehr: Sie kannten das genaue Energie-Äquivalent, sie wußten präzise, wie groß der Energie­betrag sein würde, der auftreten mußte, wenn eine bestimmte Materiemenge verschwand. 

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Sie wußten, daß er ungeheuer groß sein würde. Daß auch er menschliches Vorstellungs­vermögen übersteigt. Sie konnten ihn nämlich mit Einsteins berühmter Formel E = m c2 genau berechnen.

Mit dieser Formel hatte der große Physiker schon 1905 aufgrund komplizierter Rechnungen anhand der experimentellen Resultate sehr vieler seiner Physiker­kollegen den Energiebetrag beschrieben, der in jedem Stückchen Materie "drinstecken" mußte. 

Es ist eine Formel von unüberbietbarer Einfachheit. Eine Formel, die in ihrer formalen Schlichtheit einen Widerschein bildet der Eleganz und Schönheit, welche aus uns unbekannten Gründen die fundamentalen Strukturen der Natur auszeichnen. 

Eine Formel aber auch, die einen Sachverhalt ausdrückt, der inzwischen begonnen hat, unser Überleben in Frage zu stellen.

Die Formel ist so einfach, daß es möglich ist, sie in gewöhnliche Alltagssprache zu übersetzen. E = mc² bedeutet, daß das Energie-Äquivalent einer bestimmten Materiemenge — also das Ausmaß der "Fähigkeit, Arbeit zu leisten", das herauskommt, wenn ich ein bestimmtes Stückchen Materie in Energie "umtausche" — (in der Einheit "Wattsekunde" ausgedrückt) dem Betrag entspricht, der herauskommt, wenn ich die Masse des betreffenden Materiestücks (ausgedrückt in Kilogramm) mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit (ausgedrückt in Metern pro Sekunde) multipliziere. Auch ein Laie sieht sofort, daß dieser Betrag ungeheuer groß sein muß. Denn die von den Physikern abgekürzt "c" genannte Lichtgeschwindigkeit ist die größte naturgesetzlich mögliche Geschwindigkeit überhaupt, und hier soll sie ja sogar noch "im Quadrat", also mit sich selbst multipliziert (c2!), eingesetzt werden.

Das Licht legt im Vakuum in jeder Sekunde etwa 300.000 Kilometer zurück. Das sind 300 Millionen Meter pro Sekunde. Diese sind "hoch zwei" zu rechnen, was 90 Trillionen Meter zum Quadrat pro Sekunde zum Quadrat ergibt. Nehmen wir einmal an, die Materiemenge, deren Energie-Äquivalent uns interessiert, wöge genau ein tausendstel Kilogramm, das heißt also ein Gramm. 

Dann wären also 90 Billionen Wattsekunden der in dieser Materie steckende Energiebetrag. Umgerechnet auf die gewohntere Einheit der Kilowattstunde besagt Einsteins Formel, daß in jedem Gramm einer beliebigen Materiemenge der gewaltige Energiebetrag von rund 25 Millionen Kilowattstunden steckt.

Versuchen wir, diese Proportion zwischen Energie und ihrem "geronnenen Zustand" als Materie an einigen konkreten Beispielen anschaulich werden zu lassen. Die Aussage E = mc2 bedeutet, daß etwa 0,3 Gramm Wasser dann, wenn es gelänge, sie restlos in Energie "umzutauschen", ausreichen würden, um mehr als 10.000 Tonnen Wasser in Dampf zu verwandeln (und mit diesem dann zum Beispiel Kraftwerke zu betreiben). Zehn Kilogramm Materie würden genügen, um den Bedarf der USA an elektrischem Strom für ein ganzes Jahr zu decken. Die in diesem Buch enthaltene Materie würde genug Energie liefern, um einen großen Ozeandampfer ein ganzes Jahrhundert lang antreiben zu können.

Das alles ist allerdings bloße Theorie. Denn die restlose Umwandlung von Materie ist bisher gänzlich unmöglich. Der Nutzeffekt ist sehr viel geringer. Er beträgt sowohl bei der Kernspaltung als auch bei der Kernfusion kaum mehr als ein Zehntel Prozent. Das klingt nach nicht sehr viel. Die Fähigkeit, "etwas anzurichten", ist aber selbst bei diesem Bruchteil des theoretisch Möglichen noch immer so ungeheuerlich, daß wir uns vor den Folgen mit Recht fürchten.

Ehe wir auf diese Folgen näher eingehen, müssen wir das physikalische Prinzip kurz erläutern, das es dem Menschen möglich gemacht hat, sie auszulösen.

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Paul Tibbets vor dem Start am 6.8.45

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Hoimar von Ditfurth