Massenerhaltungssatz und Spektrum: Unterschied zwischen den Seiten

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[[Datei:Mikhail Lomonosov2.jpg|mini|Michail Lomonossow]]
[[Datei:Farbspektrum1.jpg|mini|400px|Farbspektrum]]
[[Datei:David - Portrait of Monsieur Lavoisier and His Wife.jpg|miniatur|[[Antoine Laurent de Lavoisier]] und seine Frau [[Wikipedia:Marie Lavoisier|Marie]], Gemälde von [[Wikipedia:Jacques-Louis David|Jacques-Louis David]] (1788)]]
[[Datei:Visible spectrum of hydrogen.jpg|400px|mini|Emmisionsspektrum des [[Wasserstoff]]s im sichtbaren Bereich]]
[[Datei:Einstein 1921 portrait2.jpg|miniatur|Albert Einstein, 1921, Fotografie von [[Wikipedia:Ferdinand Schmutzer|Ferdinand Schmutzer]]]]
[[Datei:Fraunhofer lines DE.svg|400px|mini|Die wichtigsten [[Fraunhoferlinie]]n (Absorbtionslinien) im Spektrum der [[Sonne]].]]
[[Datei:Massenspektrum Tetrachlordibenzofuran.svg|thumb|400px|Massenspektrum von [[Wikipedia:Tetrachlordibenzofuran|Tetrachlordibenzofuran]]]]


Der '''Massenerhaltungssatz''', der besagt, dass bei [[Chemische Reaktion|chemischen Reaktionen]] in einem [[Abgeschlossenes System|abgeschlossenen System]] die Summe der [[Masse]] aller beteiligten [[Stoff]]e erhalten bleibt, wurde erstmals [[1748]] von dem [[Russland|russischen]] [[Naturforscher]], [[Dichter]] und [[Sprache|Sprachreformer]] [[Michail Wassiljewitsch Lomonossow]] (1711-1765) postuliert und [[1789]] von dem [[Frankreich|französischen]] [[Chemiker]] [[Antoine Laurent de Lavoisier]] (1743-1795) ausformuliert und [[Experiment|experimentell]] im Rahmen der ihm möglichen Messgenauigkeit bestätigt. Er ist daher auch als '''Lomonossow-Lavoisier-Gesetz''' bezeichnet.
Als '''Spektrum''' (von [[lat.]] ''spectrum''  „[[Bild]]“, „[[Erscheinung]], [[Gespenst]]“) wird in [[wissenschaft]]lichen Zusammenhängen ganz allgemein eine nach einer bestimmten Eigenschaft aufgefächerte, geordnete Intensitäts- bzw. Häufigkeitsverteilung innerhalb eines spezifischen Erscheinungsbereiches bezeichnet. Ein Gerät, mit dem eine derartige '''Spektralanalyse''' durchgeführt werden kann, wird '''Spektroskop''' genannt. Spektren und die darauf bezogene Spektralanalyse ('''Spektroskopie''') spielen aber auch in rein [[Mathematik|mathematischen]] Zusammenhängen eine wichtige Rolle.


Tatsächlich gilt der Massenerhaltungssatz zwar mit hoher Näherung, aber doch nicht völlig exakt. Bei allen chemischen Reaktionen wird nämlich [[Energie]] abgegeben oder verbraucht und diese Energie entspricht nach der von [[Albert Einstein]] [[1905]] im Rahmen seiner [[Spezielle Relativitätstheorie|speziellen Relativitätstheorie]] postulierten und mittlerweile [[Empirie|empirisch]] gut bestätigten [[Äquivalenz von Masse und Energie]] gemäß der bekannten Formel <math>E=m\,c^{2}</math> <ref>[[Wikipedia:Lichtgeschwindigkeit|Lichtgeschwindigkeit]] <math>c=299\,792\,458\;\mathrm{m/s}</math></ref> einer Masseänderung von <math>\Delta m \mathord=\Delta E/c^2</math>, die allerdings bei chemischen Reaktionen praktisch vernachlässigbar klein ist. Dazu ein Beispiel: [[Wikipedia:Steinkohle|Steinkohle]] hat einen maximalen [[Wikipedia:Heizwert|Heizwert]] von ca. 32,7 [[Joule|MJ]]/[[Kilogramm|kg]]; verbrennt man 1 kg Steinkohle, wozu etwa 2,664 kg [[Sauerstoff]] nötig sind, so ergibt sich aus der dabei freigesetzten Wärmeenergie ein winziger [[Massendefekt]] von nur etwa 3,64•10<sup>-10</sup> kg = 0,364 [[Mikrogramm|μg]] (Mikrogramm = Millionstel Gramm).
== Beispiele ==


Wesesentlich größere Massenanteile werden bei [[Wikipedia:Kernreaktion|Kernreaktion]]en in Energie umgewandelt. Beispielsweise erzeugt unsere [[Sonne]] durch [[Wikipedia:Kernfusion|Kernfusion]] pro Sekunde aus 564 Millionen Tonnen Wasserstoff 560 Millionen Tonnen Helium; der Massendefekt von 4 Millionen Tonnen entspricht einer Energiemenge von etwa 3,6•10<sup>26</sup> [[Wikipedia:Joule|J]], die pro Sekunde freigesetzt wird.
=== [[Farbspektrum]] ===


Durch die Arbeiten Einsteins wurde der Massenerhaltungssatz in den umfassenderen [[Energieerhaltungssatz]] integriert, der aus [[physik]]alischer Sicht als [[Theorie|theoretisch]] und [[Empirie|empirisch]] unumstößlich gilt. [[Rudolf Steiner]] hat allerdings nachdrücklich vor einer Fehlinterpretation dieses Energieerhaltungssatzes gewarnt, ''wonach Energie weder erzeugt noch vernichtet werden könne''. Erhalten bliebe, übereinstimmend mit der physikalischen Sicht, sehr wohl die ''Maßzahl'' der Energie, nicht aber ihre konkrete wesenhafte Erscheinungsform. Durch die Tätigkeit des [[Geist]]es, beginnend mit dem [[Reines Denken|reinen Denken]], wird beständig Energie und auch [[Materie]] vollständig vernichtet - und in ''gleichem Maß'' schöpferisch neu erzeugt. Nur so sei auch die [[Freiheit]] des [[Mensch]]en denkbar.
Das bekannteste Beispiel ist das sich im [[Phänomen]] des [[Regenbogen]]s offenbarende [[Farbspektrum]], in dem die [[Regenbogenfarben]] aufgefächert und geordnet nach ihrer [[Farben|Farbqualität]] erscheinen, von den dunklen [[Rot]]tönen, über [[Orange]], [[Gelb]] und [[Grün]], bis hin zu den tiefen [[blau]]en und [[violett]]en Farben.  


{{GZ|Seit der Mitte des 15. Jahrhunderts, da der Mensch im schattenhaften
=== Elektromagnetisches Spektrum ===
Verstande lebt und eigentlich auch sein ganzes Seelendasein als
ein Schattenhaftes erlebt, seit dieser Zeit war der Mensch ganz angewiesen
auf die äußere Natur. Und so kam er allmählich dazu, die
äußeren Erscheinungen der Natur experimentell nicht nur so zu
untersuchen, wie sie ''Goethe'', der noch zugleich von antikem Geiste
durchseelt war, untersuchte, sondern hinter den Phänomenen etwas
zu suchen, was im Grunde genommen auch nur eine Art Phänomen
ist, was aber da nicht hineinversetzt werden darf. Der Mensch kam
zum Atomismus. Der Mensch kam dazu, hinter der Sinneswelt noch
eine andere, unsichtbare Sinneswelt, kleinere Wesen, dämonische
Wesen, die Atome zu denken. Statt zu einer geistigen Welt überzugehen,
ging er zu einem Duplikat der sinnlichen Welt, wiederum
zu einer sinnlichen, aber fiktiven Welt über, und dadurch erstarrte
sein Erkenntnisvermögen für die äußere Sinneswelt. Und dieses
brachte im Laufe des 19. Jahrhunderts immer mehr etwas hervor, was
schon immer gespukt hat, was aber eben aus diesem völligen Erstarren
des Erkenntnisvermögens für die äußere Sinneswelt im
19. Jahrhundert erst mit vollem Radikalismus hervortrat, und das
war die Ausspintisierung des Gesetzes von der Erhaltung der Energie,
von der Erhaltung der Kraft. Man sagte: Im Weltenall entstehen nicht
neue Kräfte, sondern die alten wandeln sich bloß um; die Summe
der Kräfte bleibt konstant. Wenn wir irgendeinen Augenblick ins
Auge fassen, gewissermaßen herausschneiden aus dem Weltgeschehen,
dann war bis zu diesem Augenblick eine gewisse Summe
von Energien da; im nächsten Augenblick haben sich diese Energien
etwas anders gruppiert, sie sind anders durcheinandergefahren, aber
die Energien sind dieselben; sie haben sich nur gewandelt. Die
Summe der Energien des Kosmos bleibt dieselbe. - Man konnte zwei
Dinge nicht mehr unterscheiden. Man hat ein völliges Recht gehabt,
zu sprechen davon, daß Maß, Zahl und Gewicht in den Energien
dieselben bleiben. Aber das verwechselt man mit den Energien selber.
Nun, wenn diese Energienlehre, dieses Gesetz von der Konstanz
der Energie, das heute die ganze Naturwissenschaft beherrscht, richtig
wäre, dann gäbe es keine Freiheit, dann wäre jede Idee von Freiheit
eine bloße Illusion. Daher wurde auch für die Anhänger des Gesetzes
von der Konstanz der Energie die Freiheit immer mehr eine Illusion.|325|158f}}


Außerhalb des [[mensch]]lichen [[Organismus]] sind die Gesetze von der „Erhaltung des Stoffes“ und von der „Erhaltung der Kraft“ (Energie) weitgehend gültig, nicht aber im Inneren des Menschen. Im Menschen verschwinden beständig [[Materie]] und [[Energie]] und erstehen in einer durch die [[moral]]ischen Ideale [[qualitativ]] bereicherten und erneuerter Form wieder auf.
Ein abstrakteres Beispiel ist das [[Wikipedia:Elektromagnetische Spektrum|Elektromagnetische Spektrum]], in dem die [[Wikipedia:Elektromagnetische Wellen|elektromagnetischen Wellen]] nach ihrer [[Wikipedia:Frequenz|Frequenz]] oder [[Wikipedia:Wellenlänge|Wellenlänge]] aufgefächert werden. Da aus [[physik]]alischer Sicht elektromagnetische Wellen die physikalischen Träger auch aller [[Licht]]- bzw. [[Farben|Farberscheinungen]] sind, kann jeder Farbe auch eine bestimmte Wellenlänge oder Frequenz zugeordnet werden. So entspricht etwa den roten Farbtönen ein Wellenlängenbereich von ungefähr 790–630 [[Wikipedia:Nanometer|nm]], den violetten Farben ein Bereich von etwa 420–390 [[Wikipedia:Nanometer|nm]]. Nach der [[Wikipedia:1900|1900]] von [[Wikipedia:Max Planck|Max Planck]] aufgestellten [[Wikipedia:Quantenhypothese|Quantenhypothese]] wird die elektromagnetische Strahlung in einzelnen Energiepaketen, den [[Wikipedia:Quanten|Quanten]], ausgesendet, d.h. nicht [[kontinuierlich]], sondern in Form einzelner Strahlungsblitze ([[Wikipedia:Photon|Photon]]en). Dabei besteht folgender Zusammenhang zwischen der Strahlungsenergie <math>E</math> und der Frequenz <math>\nu</math>:


{{GZ|Anthroposophie lehrt uns gerade im menschlichen Organismus
:<math>E = h \nu </math> mit dem [[Wikipedia:Plancksches Wirkungsquantum|Planckschen Wirkungsquantum]] <math>h = 6{,}626\,069\,57 \cdot 10^{-34} \mathrm{J \cdot s}</math>
erkennen, daß nicht nur Materie vorhanden ist und
sich umwandelt, lehrt uns nicht nur Metamorphosen der Materie
erkennen. Außerhalb des menschlichen Organismus, in
der übrigen Natur, da gilt das Gesetz der Erhaltung der Kraft
und des Stoffes, im Menschen selber aber lehrt uns Anthroposophie
ein vollständiges Verschwinden der Materie und
ein Wiederauferstehen von neuer Materie aus dem bloßen
Raume. Und anthroposophische Geisteswissenschaft darf,
wenn ich einen trivialen Vergleich gebrauchen darf, darauf
hinweisen, daß es mit der gewöhnlichen Vorstellung von
Stoff und Kraft im menschlichen Organismus so ist, wie
wenn jemand etwa sagen würde, er habe abgezählt, wieviele
Banknoten man in eine Bank trage und wieviele man wieder
heraustrage, und wenn man genug große Zeiträume ins Auge
fasse, so seien es gleich viele. So verfährt man auch bei dem
Studium des Gesetzes von der Erhaltung des Stoffes und der
Kraft: Man sieht, daß ebensoviel Energien in den Stoff hineingehen
wie herausgehen. Aber wie man nicht annehmen
darf, daß in der Bank die Banknoten als solche umgewandelt
werden, sondern vielmehr dort selbständige Arbeit geleistet
werden muß - die Banknoten können sogar umgeprägt werden
und es können ganz neue herauskommen —, so ist es
auch im menschlichen Organismus: Es findet Stoff- und
Kraftvernichtung, Stoff- und Kraftschöpfung statt.


Das ist etwas, was nicht in leichtsinniger Weise phantasiert
=== Massenspektrum ===
wird, sondern was durchaus innerhalb strenger anthroposophischer
Forschung erkannt wird. Nun gilt zwar dasjenige,
was für die Außenwelt das Gesetz der Erhaltung des Stoffes
und der Kraft ist, allerdings für die mittlere Entwickelungsetappe;
wenn wir aber an das Erdenende gehen und mit einer
gewissen Berechtigung den Wärmetod annehmen dürfen,
dann sehen wir nicht einen großen Friedhof, sondern wir
sehen, daß alles das, was der Mensch ausgebildet hat an sittlich-ethischen Idealen, an göttlich-geistigen Überzeugungen,
sich in ihm wirklich vereinigen kann mit dem neu entstehenden
Stofflichen, und daß folglich man es zu tun hat mit einem
realen Keim der Fortbildung. Es wird durch das, was gerade
im Menschen entsteht, der Tod des äußeren Stoffes überwunden.|79|211f}}


== Literatur ==
In einem [[Wikipedia:Massenspektrometer|Massenspektrometer]], einem wichtigen Hilfsmittel für die [[Wikipedia:Analytische Chemie|chemische Analyse]], werden winzige [[Materie|Substanzmengen]] nach ihrer [[Masse]] aufgetrennt.


*Rudolf Steiner: ''Die Wirklichkeit der höheren Welten'', [[GA 79]] (1988), ISBN 3-7274-0790-5 {{Vorträge|079}}
[[Datei:Electromagnetic spectrum c.svg|mini|900px|center|Das elektromagnetische Spektrum mit dem Spektrum der sichtbaren Farben im Detail]]
*Rudolf Steiner: ''Die Naturwissenschaft und die weltgeschichtliche Entwickelung der Menschheit seit dem Altertum'', [[GA 325]] (1989), ISBN 3-7274-3250-0 {{Vorträge|325}}


{{GA}}
== Weblinks ==
{{Commonscat|Spectroscopy|Spektroskopie}}


== Einzelnachweise ==
[[Kategorie:Wissenschaft]] [[Kategorie:Naturwissenschaft]] [[Kategorie:Physik]] [[Kategorie:Optik]] [[Kategorie:Spektrum]]
<references/>
 
[[Kategorie:Naturwissenschaften]] [[Kategorie:Chemie]] [[Kategorie:Physik]] [[Kategorie:Geschichte der Physik]] [[Kategorie:Überholte  Theorie]]

Version vom 26. Juni 2015, 09:08 Uhr

Farbspektrum
Emmisionsspektrum des Wasserstoffs im sichtbaren Bereich
Die wichtigsten Fraunhoferlinien (Absorbtionslinien) im Spektrum der Sonne.
Massenspektrum von Tetrachlordibenzofuran

Als Spektrum (von lat. spectrumBild“, „Erscheinung“, „Gespenst“) wird in wissenschaftlichen Zusammenhängen ganz allgemein eine nach einer bestimmten Eigenschaft aufgefächerte, geordnete Intensitäts- bzw. Häufigkeitsverteilung innerhalb eines spezifischen Erscheinungsbereiches bezeichnet. Ein Gerät, mit dem eine derartige Spektralanalyse durchgeführt werden kann, wird Spektroskop genannt. Spektren und die darauf bezogene Spektralanalyse (Spektroskopie) spielen aber auch in rein mathematischen Zusammenhängen eine wichtige Rolle.

Beispiele

Farbspektrum

Das bekannteste Beispiel ist das sich im Phänomen des Regenbogens offenbarende Farbspektrum, in dem die Regenbogenfarben aufgefächert und geordnet nach ihrer Farbqualität erscheinen, von den dunklen Rottönen, über Orange, Gelb und Grün, bis hin zu den tiefen blauen und violetten Farben.

Elektromagnetisches Spektrum

Ein abstrakteres Beispiel ist das Elektromagnetische Spektrum, in dem die elektromagnetischen Wellen nach ihrer Frequenz oder Wellenlänge aufgefächert werden. Da aus physikalischer Sicht elektromagnetische Wellen die physikalischen Träger auch aller Licht- bzw. Farberscheinungen sind, kann jeder Farbe auch eine bestimmte Wellenlänge oder Frequenz zugeordnet werden. So entspricht etwa den roten Farbtönen ein Wellenlängenbereich von ungefähr 790–630 nm, den violetten Farben ein Bereich von etwa 420–390 nm. Nach der 1900 von Max Planck aufgestellten Quantenhypothese wird die elektromagnetische Strahlung in einzelnen Energiepaketen, den Quanten, ausgesendet, d.h. nicht kontinuierlich, sondern in Form einzelner Strahlungsblitze (Photonen). Dabei besteht folgender Zusammenhang zwischen der Strahlungsenergie und der Frequenz :

mit dem Planckschen Wirkungsquantum

Massenspektrum

In einem Massenspektrometer, einem wichtigen Hilfsmittel für die chemische Analyse, werden winzige Substanzmengen nach ihrer Masse aufgetrennt.

Das elektromagnetische Spektrum mit dem Spektrum der sichtbaren Farben im Detail

Weblinks

Commons: Spektroskopie - Weitere Bilder oder Audiodateien zum Thema