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STUDIUM

Im Universum regiert die Quantenphysik über die Chemie

Im Universum gibt es fernab von Energiequellen organische Verbindungen, die es nach der Chemie gar nicht geben dürfte. Hierfür verantwortlich ist die Quantenphysik. Mit Hilfe von Tunneleffekten stellt sie die klassische Lehrmeinung buchstäblich auf den Kopf.

von Rolf Froböse

 

Quantenphysik 1 Chemie 0

Forscher der britischen Universität Leeds gelang eine sensationelle Entdeckung. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Chemistry“ berichteten, existieren im Weltall organische Moleküle als Bausteine des Lebens, die es bei den dort herrschenden Temperaturen von  minus 200 Grad Celsius und darunter überhaupt nicht geben dürfte. 

„Die klassische Chemie besagt, dass chemische Reaktionen mit abnehmender Temperatur immer langsamer ablaufen und in der Nähe des absoluten Nullpunktes zum Erliegen kommen“, erklärt Teamleiter Dwayne Heard. Die Entdeckung komplexer organischer Moleküle stellte die Forscher vor die Frage, wie diese Substanzen entstanden sind. Bisher glaubte man, dass kosmischer Staub als eine Art Katalysator fungieren könnte. Bei nachfolgen Laborexperimenten konnte indessen gezeigt werden, dass das aus einem Kohlenstoff- einem Sauerstoff und drei Wasserstoff-Atomen bestehende Radikal Methoxy auf diese Weise nicht gebildet werden kann. Die Methoxygruppe ist ein essentieller Baustein der organischen Chemie und findet sich im Universum unter anderem in einer rund 600 Lichtjahre entfernten Molekülwolke im Sternbild des Perseus. 

„Die Lösung des Rätsels liefert die Quantenphysik“, erläutert Heard. Während „klassische“ chemische Reaktionen zur Überwindung einer Barriere auf die Zufuhr externer Energie angewiesen sind, ist es in der Quantenwelt möglich, dieses Hindernis einfach zu unterwandern. Bildlich betrachtet kann man diesen Effekt mit einem Autofahrer vergleichen, der sich bei der Überquerung der Alpen nicht für eine steile Passstrasse sondern für einen bequemeren Tunnel entscheidet.

Heard und seine Kollegen sind davon überzeugt, dass derartige Tunneleffekte im Universum allgegenwärtig sind und die Quantenphysik in der Kälte des Universums über die Chemie dominiert. Wie weit diese Art der chemischen Evolution als Vorstufe der biologischen Evolution einen Beitrag zum Aufbau komplexer organischer Verbindungen leistet, ist zurzeit noch völlig offen. Ein natürliches Labor gibt es vergleichsweise vor unserer Haustür. Der Saturnmond Titan besitzt eine dichte Atmosphäre, die der Uratmosphäre unserer Erde ähnelt. Auf seiner Oberfläche warten zahlreiche organische Verbindungen auf ihre Entdeckung. Auch unter den dort herrschenden Bedingungen dürfte die Quantenphysik die Regie führen, denn bei Temperaturen von rund – 180 °C verharrt die klassische Chemie in einem Dornröschenschlaf. 

                                                                                                                       

Der Verfasser ist promovierter Chemiker und Verfasser zahlreicher populärwissenschaftlicher Bücher. In seinem Werk „Die geheime Physik des Zufalls“ (Editon BoD) beschreibt er, wie sich bizarre Quantenphänomene im täglichen Leben bemerkbar machen. 




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