0:00:06.842,0:00:11.668 Viele unbewegliche Objekte um uns,[br]scheinen vollkommen reglos zu sein. 0:00:11.668,0:00:15.663 Blickt man aber tief in den[br]atomaren Aufbau dieser Objekte, 0:00:15.663,0:00:18.333 wird man eine Welt in[br]ständigem Wandel erkennen: 0:00:18.333,0:00:19.138 sich dehnende, 0:00:19.138,0:00:20.267 sich zusammenziehende, 0:00:20.267,0:00:21.002 federnde, 0:00:21.002,0:00:21.977 zitternde, 0:00:21.977,0:00:25.068 wandernde Atome überall. 0:00:25.068,0:00:28.355 Und obwohl diese Bewegungen[br]wirr erscheinen, sind sie nicht zufällig. 0:00:28.355,0:00:30.180 Atome, die miteinander verbunden sind, 0:00:30.180,0:00:32.269 und das beschreibt fast alle Stoffe, 0:00:32.269,0:00:34.881 bewegen sich gemäß[br]einer Reihe von Grundsätzen. 0:00:34.881,0:00:39.776 Zum Beispiel: Moleküle; Atome, die eine[br]Elektronenpaarbindung zusammenhält, 0:00:39.776,0:00:42.322 können sich auf drei[br]grundsätzliche Arten bewegen: 0:00:42.322,0:00:43.214 Drehung, 0:00:43.214,0:00:44.337 Verschiebung 0:00:44.337,0:00:45.886 und Schwingung. 0:00:45.886,0:00:49.038 Drehungen und Verschiebungen[br]bewegen ein Molekül im Raum, 0:00:49.038,0:00:52.166 während die Atome[br]den selben Abstand behalten. 0:00:52.166,0:00:55.608 Schwingungen, andererseits,[br]verändern diese Abstände, 0:00:55.608,0:00:58.250 und wandeln wirklich[br]die Form des Moleküls. 0:00:58.250,0:01:02.688 Für jedes Molekül kann man die Anzahl[br]der Bewegungsmöglichkeiten abzählen. 0:01:02.688,0:01:05.304 Das entspricht den Freiheitsgraden, 0:01:05.304,0:01:06.941 die im Rahmen der Mechanik 0:01:06.941,0:01:10.450 die Anzahl der Variablen meint,[br]die wir berücksichtigen müssen, 0:01:10.450,0:01:13.345 um das ganze System zu verstehen. 0:01:13.345,0:01:18.019 Drei-dimensionaler Raum wird durch[br]die x-, y-, und z-Achse umrissen. 0:01:18.019,0:01:23.034 Die Verschiebung ermöglicht dem Molekül[br]sich auf jedes andere zuzubewegen. 0:01:23.034,0:01:25.098 Das sind drei Freiheitsgrade. 0:01:25.098,0:01:28.758 Es kann sich auch um jede[br]dieser drei Achsen drehen. 0:01:28.758,0:01:29.990 Das sind drei weitere, 0:01:29.990,0:01:33.042 außer es ist ein lineares Molekül,[br]wie Kohlendioxid. 0:01:33.042,0:01:37.457 Da wirbelt die Drehung das Molekül[br]nur um seine eigene Achse herum, 0:01:37.457,0:01:41.607 was nicht zählt, weil damit nicht[br]die Position des Atoms verändert wird. 0:01:41.607,0:01:44.596 Bei Schwingungen[br]wird es ein wenig heikel. 0:01:44.596,0:01:46.979 Nehmen wir ein einfaches[br]Molekül wie Wasserstoff. 0:01:46.979,0:01:51.682 Die Länge der Bindung, die die zwei[br]Atome zusammenhält, ändert sich ständig, 0:01:51.682,0:01:54.479 so als ob die Atome durch[br]eine Feder verbunden wären. 0:01:54.479,0:01:58.985 Diese Änderung des Abstands ist winzig,[br]weniger als ein einmillionstel Meter. 0:01:58.985,0:02:03.791 Je mehr Atome und Bindungen ein Molekül[br]hat, desto mehr Schwingungsformen hat es. 0:02:03.791,0:02:06.816 Beispielsweise hat ein[br]Wasseratom drei Atome: 0:02:06.816,0:02:10.164 Ein Sauerstoffatom, zwei[br]Wasserstoffatome und zwei Bindungen. 0:02:10.164,0:02:12.366 Das ergibt drei Schwingungsformen: 0:02:12.366,0:02:13.824 Symmetrische Streckschwingung, 0:02:13.824,0:02:15.408 Asymmetrische Streckschwingung 0:02:15.408,0:02:16.896 und Scher-Schwingung. 0:02:16.896,0:02:21.142 Kompliziertere Moleküle haben sogar[br]noch ausgefallenere Schwingungsformen: 0:02:21.142,0:02:22.426 Schaukel-Schwingung, 0:02:22.426,0:02:23.607 Wipp-Schwingung, 0:02:23.607,0:02:25.195 und Dreh-Schwingung. 0:02:25.195,0:02:29.854 Weiß man, wie viele Atome ein Molekül hat,[br]kann man die Schwingungsformen zählen. 0:02:29.854,0:02:32.011 Man fängt mit den[br]Gesamt-Freiheitsgraden an, 0:02:32.011,0:02:35.427 indem man die Anzahl der Atome[br]im Molekül mal drei nimmt. 0:02:35.427,0:02:38.837 Und zwar deshalb, weil jedes Atom[br]sich in drei Richtungen bewegen kann. 0:02:38.837,0:02:41.393 Drei davon ergeben sich[br]aus der Verschiebung, 0:02:41.393,0:02:44.633 wenn sich alle Atome[br]in dieselbe Richtung bewegen. 0:02:44.633,0:02:49.430 Drei oder zwei bei linearen[br]Molekülen, ergeben sich aus der Drehung. 0:02:49.430,0:02:53.999 Der ganze Rest, 3N-6 oder[br]3N-5 für lineare Moleküle, 0:02:53.999,0:02:56.127 sind Schwingungen. 0:02:56.127,0:02:57.961 Was verursacht die ganzen Bewegungen? 0:02:57.961,0:03:02.053 Moleküle bewegen sich, da sie Energie[br]aus ihrer Umgebung aufnehmen, 0:03:02.053,0:03:05.748 hauptsächlich in Form von Wärme[br]oder elektromagnetischer Strahlung. 0:03:05.748,0:03:08.355 Wenn diese Energie auf[br]die Moleküle übertragen wird, 0:03:08.355,0:03:09.415 schwingen sie, 0:03:09.415,0:03:10.221 drehen sie sich, 0:03:10.221,0:03:12.507 oder verschieben sich schneller. 0:03:12.507,0:03:16.534 Schnellere Bewegung erhöht die[br]kinetische Energie der Moleküle und Atome. 0:03:16.534,0:03:20.792 Man definiert das als Anstieg von[br]Temperatur und thermischer Energie. 0:03:20.792,0:03:25.445 Die Mikrowelle nutzt dieses Phänomen,[br]um Mahlzeiten zu erhitzen. 0:03:25.445,0:03:29.247 Die Mikrowelle gibt Mikrowellen-[br]Strahlung ab, die Moleküle aufnimmt, 0:03:29.247,0:03:31.723 insbesondere die des Wassers. 0:03:31.723,0:03:33.659 Sie bewegen sich immer schneller, 0:03:33.659,0:03:38.101 stoßen ineinander und erhöhen die[br]Temperatur und die thermische Energie. 0:03:38.101,0:03:40.513 Der Treibhaus-Effekt[br]ist ein anderes Beispiel. 0:03:40.513,0:03:43.250 Etwas von der auf der Erde[br]auftreffenden Sonnenstrahlung 0:03:43.250,0:03:45.605 wird in die Atmosphäre zurückgeworfen. 0:03:45.605,0:03:51.006 Treibhausgase wie Wasserdampf und[br]Kohlendioxid nehmen diese Strahlung auf 0:03:51.006,0:03:52.491 und beschleunigen die Bewegung. 0:03:52.491,0:03:57.573 Diese heißeren, sich schneller bewegenden[br]Moleküle geben infrarote Strahlung ab, 0:03:57.573,0:04:00.346 die die Erdoberfläche aufheizt. 0:04:00.346,0:04:03.338 Hört diese Molekularbewegung[br]irgendwann auf? 0:04:03.338,0:04:05.940 Man könnte meinen, das geschehe[br]am absoluten Nullpunkt, 0:04:05.940,0:04:07.815 der tiefsten möglichen Temperatur. 0:04:07.815,0:04:10.597 Niemandem ist es jemals gelungen,[br]etwas soweit abzukühlen, 0:04:10.597,0:04:12.098 aber selbst wenn man es könnte, 0:04:12.098,0:04:16.213 würden die Moleküle sich weiter bewegen,[br]gemäß einem Prinzip der Quantenmechanik, 0:04:16.213,0:04:17.925 genannt Nullpunktsenergie. 0:04:17.925,0:04:23.078 Anders gesagt: Alles bewegt sich seit den[br]allerersten Augenblicken des Universums 0:04:23.078,0:04:27.121 und es wird so weitergehen,[br]lange nachdem wir verschwunden sind.