Four Laws that Drive the Universe

Von Peter Atkins.Oxford UniversityPress, Oxford 2007.130 S., geb.,19.95 $.—ISBN978-0-19-923236-9

Zu meiner �berraschung hat mir dieLekt�re dieses B�chleins gefallen. Daich mich sowohl als Lehrer wie auch alsStudent mit den Grundlagen der Ther-modynamik herumschlagen musste,weiß ich die Anstrengungen des Autors,ein stimmiges Konzept f�r dieses Themazu finden, nur zu w�rdigen. Peter Atkinsist es sehr gut gelungen, dieses komple-xe Thema zu entmystifizieren und (fast)allgemeinverst+ndlich darzustellen. Voneinem erfolgreichen Autor, dessen aka-demische Lehrb�cher im Grundstudiumder physikalischen Chemie erste Wahlsind, war dies durchaus zu erwarten.

Der Ansatz in Four Laws that Drivethe Universe ist nahezu klassisch, unddie vier Haupts+tze der Thermodyna-mik werden nacheinander in einem ei-genen Kapitel besprochen. Dabei wirdgezeigt, wie aus jedem Hauptsatz in lo-gischer Weise die notwendige Existenzvon Gr2ßen wie Temperatur (0. Haupt-satz), Energie (1. Hauptsatz) und En-tropie (2. Hauptsatz) abgeleitet werdenkann, w+hrend der 3. Hauptsatzschließlich aussagt, wann Temperaturund Entropie an ihre Grenzen stoßen.Auf freie Energien (Gibbs, Helmholtz)wird in einem eigenen Kapitel einge-gangen, obwohl sie auf S. 103 (nur?) als

„… just convenient accounting quanti-ties, not new fundamental concepts“ be-zeichnet werden. Nicht jeder wird mitdieser Meinung �bereinstimmen, aberinnerhalb des klassischen Ansatzesmacht sie durchaus Sinn. Die Beziehungzwischen freier Energie und Arbeit wirdjedenfalls ausgezeichnet erkl+rt. Esspiegelt wohl das Potential und dieEleganz der Thermodynamik wider,dass man ausgehend von unterschiedli-chen Postulaten zu gleichen Schlussfol-gerungen kommen kann.

Nat�rlich enth+lt das Buch einigeAusf�hrungen, denen ein genauer (undals Fachmann bestellter!) Rezensentwidersprechen kann. Der Stoff wird fastohne Mathematik abgehandelt, washinsichtlich der Zielgruppe des Buchskein Nachteil ist – andererseits k2nntedie Einf�hrung einer zumal gar nichtnotwendigen Exponentialfunktion be-reits auf S. 13 den Nichtspezialisten ab-schrecken. Einige Argumente erschei-nen etwas kleinlich und hindern denLesefluss. Beispielsweise k2nnte dieBemerkung zur W+rme auf S. 30 – „…heat is not an entity or even a form ofenergy: heat is a mode of transfer ofenergy. It is not a form of energy …“ –manchen Leser verwirren, wenn dann inder Folge der Begriff W+rme wieder im�blichen Sinn verwendet wird. Es istnett, an Emmy Noethers Theorem �berdie Beziehung zwischen Erhaltungsgr2-ßen und Symmetrie erinnert zu werden(und außerdem herauszufinden, dass sieeine Frau war), aber geht es wirklich um„… the shape of the universe we inhabit.In the particular case of the conservationof energy, the symmetry is that of theshape of time.“? Nach meinem Ver-st+ndnis schreibt die Invarianz (d. h. dieSymmetrie) der physikalischen Gesetzebez�glich der Zeit die Energieerhaltungvor (in gleicher Weise wie die Transla-tions- und die Rotationsinvarianzen dieImpuls- bzw. Drehimpulserhaltung be-stimmen). Mit anderen Worten: Es istdie Form der Gesetze, nicht die desUniversums, die hier maßgeblich ist.Chnlich verwirrend k2nnten die Ver-weise auf thermodynamische Fluktua-tionen und das Fluktuations-Dissipa-tions-Theorem auf S. 42 sein, die denm2glicherweise �berzeugenderen An-satz der statistischen Mechanik ins Spielbringen. Molekulare Interpretationenbringen hier nicht allzu viel. Warum hat

gerade Wasser eine so große W+rme-kapazit+t (S. 44)? Woher kommt dieseVerbindung zwischen Entropie undUnordnung (S. 66)? Sicher: Die meistenvon uns Fachleuten und (hoffentlich)unserer Studenten wissen woher, abertun andere dies auch?

Und hier sind wir beim wichtigenThema Zielgruppe angelangt. PeterAtkins ruft uns C. P. Snows ber�hmtenAusspruch aus dem Jahr 1950 ins Ge-d+chtnis (in The Two Cultures), der dieUnkenntnis des 2. Hauptsatzes derThermodynamik damit gleichsetzt, nie-mals ein Werk Shakespeares gelesen zuhaben – ein Beispiel f�r die Trennungvon Kunst und Wissenschaft, die sichauch 50 Jahre sp+ter noch h+lt. Indiesem Fall kann ich f�r die Nichtwis-senschaftler jedoch Verst+ndnis auf-bringen. Die Thermodynamik ist zumOpfer ihrer eigenen Geschichte gewor-den: Sie war ein bemerkenswert erfolg-reiches Produkt der Naturwissenschaf-ten des 19. Jahrhunderts, logisch aufge-baut und vollst+ndig, ohne sich aufAtom- oder Molek�ltheorien berufenzu m�ssen. Ihr traditioneller Lehran-satz, wie er in diesem Buch auch �ber-wiegend verwendet wird, basiert jedochauf abstrakten Beschreibungen, die ausFunktionsweisen von Dampfmaschinenund +hnlichen Vorrichtungen abgeleitetwurden. Das Wissen �ber derartigeMaschinen nahm und nimmt von Ge-neration zu Generation ab. Da wirAtome und Molek�le nicht „verlernen“,k2nnte heutzutage ein offenerer, mole-kularer Ansatz der Thermodynamik f�rNichtspezialisten n�tzlicher sein.

Trotz dieser Einlassungen ist FourLaws that Drive the Universe eine un-terhaltsame und erhellende Lekt�re f�ralle, die sich einmal mit klassischerThermodynamik abgem�ht haben, undeine angemessene Einf�hrung f�rNichtspezialisten, die einen Einblick indieses sehr schwierige Thema gewinnenwollen.

Alan CooperWestCham Department of ChemistryUniversity of Glasgow (Großbritannien)

DOI: 10.1002/ange.200785577

B�cher

3132 2 2008 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Angew. Chem. 2008, 120, 3132 – 3133