Ein indisches Forscherteam hat in einem Gedankenexperiment aufgezeigt, dass Wärme von einem Gasbehälter zu einem anderen fließen kann, selbst wenn keine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Gasen vorhanden ist. Diese scheinbare Verletzung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik ? der aussagt, dass Wärme nur von einem heißen zu einem kalten Körper fließt ? kann allerdings nur in Nichtgleichgewichtsystemen auftreten. Der Energieerhaltungssatz ist somit nicht verletzt. Die Forscher planen, ihr Gedankenexperiment schon bald in die Tat umzusetzen und somit vielleicht bisher unbekannte chemische Reaktionen in Gang setzen zu können.
Die bisher noch nicht in einem wissenschaftlichen Fachblatt veröffentlichte Arbeit der Forscher um Souvik Das vom Sankt Stephen?s College in Delhi beschäftigt sich mit der Thermodynamik von Nichtgleichgewichtssystemen. Derartigen Teilchensystemen lässt sich im Gegensatz zu Systemen im Gleichgewicht keine Temperatur zuordnen – die Geschwindigkeitsverteilung der Teilchen gehorcht nicht der so genannten Normalverteilung: Systeme mit einer Normalverteilung der Geschwindigkeit beinhalten wenige Teilchen mit einer sehr kleinen oder sehr großen Geschwindigkeit, während der Großteil der Teilchen mittlere Geschwindigkeiten aufweist. Einem derartigen System kann eine wohldefinierte Temperatur zugeordnet werden ? bei Nichtgleichgewichtssystemen wie zum Beispiel Lasern ist dies nicht möglich.
Die indischen Forscher untersuchten zwei derartige Nichtgleichgewichtssysteme, die eine zu hohe Anzahl sehr schneller Teilchen aufwiesen. Selbst wenn beide Systeme in genau dem gleichen physikalischen Zustand sind, so können sie Wärme in Form von Bewegungsenergie der Teilchen austauschen. Dieses überraschende Ergebnis des Gedankenexperiments scheint dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik zu widersprechen. Dies gilt allerdings strenggenommen nur für Gleichgewichtssysteme.
Die Forscher zeigten in ihrer Arbeit ebenfalls auf, dass dieser Wärmefluss mittels einer molekularen Verbindungskette bevorzugt in einer Richtung fließen kann. Wenn der “Durchmesser” der durch Kugeln modellierten Moleküle der Verbindungskette von einer Seite zur Seite des anderen Systems hin abnimmt, so fließt die Wärme bevorzugt in diese Richtung. Die Wissenschaftler glauben, auf diese Weise in Zukunft eine Reihe interessanter, bisher unbekannter chemischer Reaktionen in Gang setzen zu können.
Stefan Maier
