Sieg der Ordnung

Björn Hofs Alltag besteht aus langen Röhren. Röhren, durch die Wasser fließt. Eine davon ist vor ihm aufgebaut, im ersten Stock des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen.

"Das ist ein Glasrohr, das wir hier haben, das ist ein bisschen eingepackt an manchen Stellen, damit die Raumtemperatur keine Auswirkung auf die Strömung an sich hat, das ist thermisch abisoliert."

Das ist wichtig, sonst wären die Messungen am Rohr nicht gut genug. Empfindliche Kameras nehmen auf, wie das Wasser in den Glasleitungen fließt.

"Man möchte gerne wissen, wann eine Strömung im Rohr gleichmäßig ist, und wann sie turbulent und verwirbelt ist."

Es geht darum, zwei Grundzustände der Welt zu verstehen: Die Ordnung und das Chaos. Beides gibt es auch in der Röhre im Labor: Es herrscht Ordnung, wenn das Wasser gleichmäßig fließt. Bildet es turbulente Wirbel und Strudel bedeutet das Chaos.

"Jetzt können wir mal schauen, ob wir hier was sehen können, ja."

Björn Hof hockt vor der Glasröhre und hält zwischen Daumen und Zeigefinger einen kurzen Plastikschlauch, der seitlich in das Rohr mündet.

"Ich drücke hier kurz auf den Schlauch, und dann bildet sich hier an der Stelle, wo wir das Wasser in die Röhre injizieren, bildet sich eine kleine Verwirbelung, die dann anwächst und Turbulenz bildet."

Hunderttausende solcher Strudel haben Björn Hof und seine Kollegen in ihren Röhren ausgelöst. Und wochenlang zugeschaut und gemessen, ob sich die ausgelösten Turbulenzen von selbst wieder auflösen. Bei der oft langweiligen Fleißarbeit geht es um die grundsätzliche Frage: Was ist letztlich stärker: Ordnung oder Chaos? Bisher dachte man: Das Chaos.

"Man ist davon ausgegangen, dass der turbulente Zustand, wenn man einmal Turbulenz im Rohr eingestellt hat, dass der dann immer erhalten bleibt."

Das erschien logisch: Schon durch kleine Störungen entstehen in gleichmäßig fließendem Wasser Wirbel, die sich hartnäckig halten. Auch die Alltagserfahrung scheint es zu bestätigen: Chaos entsteht wie von selbst. Und hat es erst einmal eingesetzt, ist es kaum wieder loszuwerden. Unordnung scheint in der Natur ein attraktiver Zustand zu sein.

"Dann haben wir überraschenderweise festgestellt, dass die Turbulenz, wenn auch nach sehr, sehr langer Zeit, doch zerfällt."

Selbst als die Forscher das Wasser mit extrem hohem Druck durch ihr Rohr pressten, und so vielfältige Wirbel erzeugten, lösten sich die Turbulenzen wieder auf und das Wasser floss ruhig. Bisher hatte das nur niemand lange und genau genug gemessen, um diesen Effekt zu sehen. Aus ihren Messdaten leiteten die Physiker ein Gesetz ab, dass ihrer Beobachtung fast philosophischen Charakter gibt: Turbulenzen in einem Rohr haben immer eine endliche Lebenszeit. Verallgemeinert heißt das: Es gibt immer einen Weg aus dem Chaos zurück in die Ordnung. Die Ordnung kann also immer siegen, das Chaos bleibt sterblich. Nun müssen die Wissenschaftler nur noch herausfinden, wie sich ihre neue Erkenntnis praktisch anwenden lässt, etwa in Ölpipelines. Bis zu 50mal weniger Energie wäre nötig, um das Öl hindurchzupressen, wenn man wüsste, wie man die notorisch auftretenden Turbulenzen in den Leitungen verhindern kann.

"Wir gucken uns im Moment mehrere verschiedene Möglichkeiten an, wie man so eine turbulente Strömung wieder ausschalten kann, und tatsächlich haben wir in den letzten Wochen – wenn auch bei relativ kleinen Strömungsgeschwindigkeiten, aber doch immerhin – haben wir eine Möglichkeit gefunden, hier die Turbulenz sofort in eine gleichmäßige Strömung zu überführen."

Der Trick ist, an der richtigen Stelle und zur richtigen Zeit Flüssigkeit ins Rohr zu spritzen. Mehr will Björn Hof nicht verraten. Die Forschung läuft ja noch, und so schnell lässt sich das Chaos eben nicht verstehen. Um Ordnung in die Unordnung zu bringen, werden die Physiker wohl noch eine ganze Weile in die Röhre gucken müssen.