Absoluter Nullpunkt

Der absolute Nullpunkt liegt bei exakt 0 Kelvin, was -273,15 Grad Celsius entspricht. Bei dieser Temperatur besitzen Teilchen nur noch ihre quantenmechanische Nullpunktsenergie, die sich nicht entziehen lässt. Der Dritte Hauptsatz der Thermodynamik, formuliert von Walther Nernst zwischen 1906 und 1912, besagt, dass der absolute Nullpunkt in endlich vielen Schritten nicht erreichbar ist. Man kann sich ihm beliebig nähern, aber nie exakt ankommen.

In der Praxis haben Wissenschaftler Temperaturen im Bereich von Nanokelvins (Milliardstel Kelvin) erreicht. Bose-Einstein-Kondensate, bei denen Atome in einen kollektiven Quantenzustand übergehen, erfordern Temperaturen knapp über dem absoluten Nullpunkt. Das Verhalten von Materie in dieser Nähe ist exotisch: Helium wird superfluid und kriecht Gefäßwände hoch, Metalle werden supraleitend und leiten Strom ohne Widerstand.

In der Science-Fiction spielt der absolute Nullpunkt vor allem im Kontext von Kryonik und Kälteschlaf eine Rolle. Suspended Animation, also das Einfrieren von Menschen für interstellare Reisen, taucht in Werken wie Alien, 2001: Odyssee im Weltraum und The Expanse auf. Die reale Kryonik ist davon weit entfernt: Das Einfrieren und erfolgreiche Wiederbeleben ganzer Organismen ist bis heute nicht möglich, weil Eiskristalle Zellstrukturen zerstören. Forschung zu Vitrifikation (glasartiges Erstarren ohne Kristallbildung) und Kryoprotektoren macht langsam Fortschritte, aber ein funktionierender Kälteschlaf bleibt vorerst Science-Fiction.

In der Science Fiction ist der absolute Nullpunkt ein Schwellenwert, der bestimmte Technologien erst möglich macht. Supraleitung (Stromleitung ohne Widerstand) erfordert in klassischen Materialien extreme Kälte. Quantencomputer arbeiten bei Temperaturen nahe 0 Kelvin, um Quantenkoharenz zu erhalten. Wenn also in SF-Romanen Quantencomputer oder Supraleiter als selbstverständlich behandelt werden, steckt dahinter implizit die Frage, wie diese Kühlleistung im Weltraum oder auf Raumschiffen aufrechterhalten wird.

Interessant ist auch die Extremophilen-Forschung: Organismen wie der Bärtierchen (Tardigrad) überleben nicht den absoluten Nullpunkt, aber kurzzeitige Exposition gegenüber flüssigem Stickstoff (77 Kelvin). Das macht sie zum Studienobjekt für Kryobiologie. Wenn SF-Autoren von Kryoschlaf schreiben, orientieren sie sich manchmal an diesen realen Mechanismen, ohne die physikalischen Details zu benennen.

Der absolute Nullpunkt taucht als Metapher auf, wenn es darum geht, Extremzustände zu beschreiben: Eine Zivilisation, die sich auf den absoluten Nullpunkt zubewegt, erlischt. Eine Technologie, die nahe an 0 Kelvin arbeitet, nähert sich der Grenze des physikalisch Möglichen. Für Leser, die Thermodynamik in der SF erkunden wollen: Kim Stanley Robinsons Aurora behandelt die Energiepolitik eines Generationenschiffs mit erstaunlicher physikalischer Sorgfalt.