Es gibt einen Moment in jedem naturwissenschaftlichen Klassenraum, in dem ein Lehrer seine Finger hebt und sagt: "Fest, flüssig, gasförmig – die drei Aggregatzustände." Und für die meisten von uns endet die Geschichte hier. Wir nicken, wir lernen auswendig, wir machen weiter.
Aber es gibt einen vierten Charakter in dieser Geschichte, der wilder, seltsamer und viel theatralischer ist als seine bekannteren Geschwister. Es heißt Plasma, und es beleuchtet seit Anbeginn der Zeit die größte Lichtshow des Universums.
Wenn die Aggregatzustände Geschwister wären, wäre Plasma derjenige, der in ein anderes Land gezogen ist, interessante Tattoos hat und nur an Feiertagen nach Hause anruft.
Fest ist zuverlässig - Moleküle sind an Ort und Stelle, erhalten Struktur, halten sich an die Regeln. Flüssig ist anpassungsfähig, fließt in jede Form, die Sie ihm geben, kooperativ, aber frei. Gas ist unabhängig, breitet sich aus, um jeden verfügbaren Raum zu füllen, und hält sich kaum an seine Identität.
Plasma ist das, was passiert, wenn man so viel Energie in Materie pumpt, dass sie im Wesentlichen eine Identitätskrise hat. Elektronen, diese winzigen negativ geladenen Teilchen, die normalerweise in ordentlichen kleinen Schalen um Atomkerne kreisen, werden so aufgeregt, dass sie einfach... verschwinden. Sie verlassen ihre Posten und wandern frei umher und schaffen eine chaotische Suppe geladener Teilchen, die nicht funktionieren sollte, aber es irgendwie tut.
Es ist Materie, die sich von sich selbst gelöst hat, und doch ist es der häufigste Zustand im Universum.
Hier ist, was mich beschäftigt: Wir leben auf einem Planeten, auf dem Plasma das Seltsame ist. Wir gehen davon aus, dass unser fester Boden und unsere flüssigen Ozeane und die atembare Luft normal sind, dass sie der Standardzustand der Dinge sind.
Aber treten Sie aus unserer kleinen blauen Blase heraus, und das Universum lacht über unseren Provinzialismus.
Die Sonne? Plasma. Jeder Stern, auf den Sie jemals gewünscht haben? Plasma. Die wirbelnden Nebel in den wunderschönen Hubble-Fotos? Plasma. Die Nordlichter, die die Menschen mitten im Satz stoppen und sie dazu bringen, nach ihren Handys zu greifen? Plasma, das in unserer oberen Atmosphäre tanzt.
Wissenschaftler schätzen, dass 99,9 % des sichtbaren Universums in diesem Zustand existieren, den wir kaum in Schulen lehren. Wir sind die Anomalie. Wir sind die Seltsamen, die in unserem kühlen, ruhigen, fest-flüssig-gasförmigen Terrarium leben, während der Kosmos um uns herum in ionisierter Pracht tobt. Es ist, als wäre man ein Fisch, der denkt, Wasser sei exotisch.
Aber die Menschen sind clever. Wir haben Plasma dort draußen im Universum gesehen, das sein Ding macht, und dachten: "Das könnten wir nutzen."
Schauen Sie von diesem Bildschirm auf. Irgendwo in der Nähe gibt es wahrscheinlich Plasma, das Sie ohne einen zweiten Gedanken in Ihr Leben eingeladen haben.
Diese alte fluoreszierende Glühbirne, die im Keller summt? In diesem Rohr wurde Quecksilberdampf in einen Plasma-Zustand angeregt, der mit ultraviolettem Licht leuchtet, das eine Phosphorbeschichtung trifft, um das weiße Licht zu erzeugen, das Sie sehen. Jedes Mal, wenn Sie diesen Schalter umlegen, schaffen Sie Bedingungen, die ähnlich sind wie die, die in der Sonne existieren, nur kleiner und etwas weniger apokalyptisch.
Das Neonzeichen, das "OFFEN" in Ihrer Lieblingsbar blinkt? Das ist Neon gas, das in Plasma gedrängt wurde, das mit seiner charakteristischen rot-orangefarbenen Wärme leuchtet. Verschiedene Gase geben verschiedene Farben – Argon leuchtet lila, Xenon gibt blau, Helium produziert gold. Jedes Atom hat seine eigene Plasma-Unterschrift, wie ein Fingerabdruck aus Licht.
Selbst dieser überraschende Zaps, wenn Sie einen Türknauf berühren, nachdem Sie über einen Teppich in trockener Winterluft geschlurft sind - dieser kurze Stich ist ein Miniatur-Plasma-Kanal, ein Bruchteil einer Sekunde, in dem Luft ionisiert wird und Elektrizität von Ihrem geladenen Körper auf das geerdete Metall leitet.
Wir haben Plasma domestiziert. Wir haben es alltäglich gemacht. Und es gibt etwas Schönes daran.
Aber unser größtes Plasma-Projekt dreht sich nicht um Licht oder Zeichen. Es geht darum, die Macht der Götter einzufangen.
Tief im Süden Frankreichs baut eine internationale Zusammenarbeit ITER – den Internationalen Thermonuklearen Experimentalreaktor. Es ist im Wesentlichen eine magnetische Flasche, die Plasma hält, das auf 150 Millionen Grad Celsius erhitzt wird, zehnmal heißer als der Kern der Sonne.
Das Ziel? Kernfusion. Der gleiche Prozess, der jeden Stern antreibt. Wasserstoffatome mit solch einer Kraft zusammenzuschlagen, dass sie zu Helium verschmelzen und enorme Mengen an Energie freisetzen.
Warum tun wir das? Weil Fusion einen Traum bietet, der fast zu schön ist, um wahr zu sein: fast unbegrenzte saubere Energie. Der Brennstoff ist Wasserstoff, den wir aus Meerwasser extrahieren können. Das Nebenprodukt ist Helium, das harmlos ist. Keine Kohlenstoffemissionen. Kein langlebiger radioaktiver Abfall. Nur saubere, reichhaltige Energie.
Der Haken? Plasma bei stellarer Temperatur zu halten, ist monumentale schwierig. Man kann keine physischen Wände verwenden - jedes bekannte Material würde sofort verdampfen. Also nutzen wir magnetische Felder, unsichtbare Kraftfeldkäfige, die das Plasma in der Luft halten, ohne die Reaktorwände zu berühren.
Es ist absurd schwierig. Wir arbeiten seit Jahrzehnten daran. Und wir kommen näher. Jüngste Experimente haben Fusion erreicht, die mehr Energie produziert, als sie verbraucht, wenn auch nur für Momente. Wir lehren uns selbst, Sterne in unseren Händen zu halten.
Wenn Sie Plasma in seiner dramatischsten, rohesten und mächtigsten Form sehen wollen, warten Sie auf ein Gewitter.
Blitze sind im Grunde der Himmel, der Plasma aus gewöhnlicher Luft erzeugt. Wenn elektrische Ladungen in Wolken über einen bestimmten Schwellenwert hinaus ansteigen, gibt die Luft selbst nach. Sie ionisiert. Für einen kurzen Moment verbindet ein Kanal von überhitztem Plasma – heißer als die Sonnenoberfläche – Wolke und Boden.
Dieser brillante weiß-blaue Blitz, den Sie sehen? Das ist Luft, die leuchtet, weil sie plötzlich auf 30.000 Grad Celsius erhitzt wurde. Der Donner, den Sie Sekunden später hören? Das ist die Druckwelle von Luft, die explosiv expandiert und dann kontrahiert, während der Plasma-Kanal in Mikrosekunden wieder auf normales Gas abkühlt.
Jeder Blitz ist ein momentaner Riss in der Realität, ein kurzer Fenster, in dem die normalen Regeln der Materie ausgesetzt sind und etwas Urzeitliches die Kontrolle übernimmt. Es ist erschreckend und schön und völlig gleichgültig gegenüber uns.
Ich habe während Stürmen draußen gestanden, wahrscheinlich unklug, nur um das zu beobachten. Es gibt etwas daran, Materie zu beobachten, die sich verwandelt, das dich sehr klein und sehr glücklich macht, in diesem besonderen kosmischen Moment bewusst zu sein.
Ihr Blut ist kein Plasma im physikalischen Sinne, aber es gibt einen Grund, warum das Wort für beides verwendet wird.
Blutplasma - die gelbliche Flüssigkeit, die Ihre roten Blutkörperchen, weißen Blutkörperchen und Thrombozyten transportiert - wurde nach elektrischem Plasma von dem tschechischen Wissenschaftler Jan Jánský in den 1920er Jahren benannt. Er bemerkte, dass beide Substanzen durchscheinend waren, beide Leiter waren (Blutplasma leitet Nährstoffe und Antikörper; physikalisches Plasma leitet Elektrizität) und beide als Medien dienten, durch die essentielle Dinge fließen.
Es ist eine Metapher, die haften bleibt, weil sie funktioniert. Beide Arten von Plasma sind die Räume zwischen Strukturen, die flüssigen Umgebungen, die Transport und Transformation ermöglichen.
Ihr Blutplasma transportiert gerade jetzt Sauerstoff und Nährstoffe zu Ihren Zellen und erhält Ihr Leben. In der Zwischenzeit fusioniert das Plasma in Sternen Wasserstoff zu Helium und schafft die schwereren Elemente, aus denen Ihr Körper besteht. Beide Prozesse, unterschiedliche Maßstäbe, dieselbe wesentliche Rolle: Ermöglicher des Daseins.
Das ist nicht nur kosmische Poesie. Plasma-Technologie gestaltet unsere Welt auf Weisen, die die meisten Menschen nie bemerken.
Plasma-Ätzen erzeugt die mikroskopischen Schaltungen in dem Smartphone, auf dem Sie wahrscheinlich gerade lesen. Medizinische "kalte Plasma"-Geräte sterilisieren chirurgische Instrumente und zeigen vielversprechende Ergebnisse für die Wundheilung und Krebsbehandlung. Plasma-Triebwerke treiben Raumfahrzeuge zu fernen Welten. Plasma-Displays revolutionierten kurz das Fernsehen, bevor sie durch LED-Technologie ersetzt wurden.
Und dann gibt es das Weltraumwetter. Die Sonne stößt ständig Plasma in Sonnenwinden und gelegentlichen gewalttätigen Ausbrüchen aus, die koronale Massenauswürfe genannt werden. Wenn dieses Plasma das Magnetfeld der Erde trifft, erzeugt es die Aurora, kann aber auch Satelliten, Stromnetze und GPS-Systeme stören. Plasma zu verstehen ist nicht nur akademisch – es ist entscheidend, um unsere zunehmend technologieabhängige Zivilisation zu schützen.
Es gibt etwas Tiefgründiges an Plasma, das über die Physik hinausgeht. Es repräsentiert Transformation auf der grundlegendsten Ebene.
Um Plasma zu werden, muss Materie so viel Energie absorbieren, dass sie die Strukturen, die sie definieren, auseinanderreißt. Elektronen fliehen ihren Kernen. Ordnung wird zu Chaos. Alles, was es erkennbar machte, löst sich auf.
Und doch, in diesem Zustand offensichtlicher Unordnung, entwickelt Plasma neue Eigenschaften. Es kann Elektrizität leiten und auf magnetische Felder in einer Weise reagieren, die neutrale Materie nicht kann. Es leuchtet mit eigenem Licht. Es wird fähig zu Dingen, die in seinen vorherigen Zuständen unmöglich waren.
Ist das nicht eine Metapher für Wachstum? Manchmal erfordert es, das zu werden, was man kann, dass man zuerst komplett auseinanderbricht. Manchmal sieht Transformation wie Auflösung aus. Manchmal muss man seine Elektronen verlieren, um sein Licht zu finden.
Carl Sagan sagte berühmt: "Wir sind aus Sternenstaub gemacht," und es ist wahr im wörtlichsten Sinne.
Jedes Atom in Ihrem Körper, das schwerer als Wasserstoff ist, wurde im Plasma-Kern eines Sterns geschmiedet. Das Calcium in Ihren Knochen, das Eisen in Ihrem Blut, der Kohlenstoff in Ihrer DNA – all das wurde erschaffen, als alte Sterne Wasserstoff in schwerere Elemente durch Fusion komprimierten und dann diese Elemente im Weltraum verstreuten, als sie explodierten.
Sie sind die Überreste von stellar Plasma. Sie sind abgekühlte Sternenmaterie, die bei Raumtemperatur umhergeht und über ihre Ursprünge nachdenkt.
Und jetzt versuchen wir, diesen stellar Prozess hier auf der Erde nachzubilden. Wir versuchen, unsere eigenen Sterne zu schaffen, kontrolliert und nützlich. Wir versuchen, den Kreis zu schließen, die gleichen Plasma-Prozesse zu nutzen, die uns erschaffen haben, um unsere Zukunft zu betreiben.
Es gibt etwas fast mythologisches an diesem Ehrgeiz. Wir sind Prometheus, der Feuer nicht von den Göttern stiehlt, sondern vom Universum selbst.
Ich denke an Plasma, wann immer ich mich zu sicher fühle, wie die Welt funktioniert. Es erinnert mich daran, dass unsere täglichen Erfahrungen ein winziger, nicht repräsentativer Ausschnitt der Realität sind.
Wir sind in dem 1 % des Universums entstanden, das kühl und ruhig genug für komplexe Chemie und Leben ist. Wir sind an feste, flüssige und gasförmige Stoffe angepasst. Unsere Intuitionen basieren auf Materie, die sich vorhersehbar verhält. Aber das ist nicht das Universum. Das ist nur unsere Ecke davon.
Das Universum ist Plasma. Es ist energetisch, ionisiert, elektrisch aktiv und völlig anders als die Materie, die wir für normal halten. Und das ist demütigend. Es deutet darauf hin, dass viele unserer Annahmen darüber, "wie die Dinge sind", nur lokale Eigenheiten unserer besonderen Umgebung sein könnten.
Was bekommen wir noch falsch, weil wir von dem Außergewöhnlichen und nicht vom Typischen extrapolieren?
Plasma interessiert sich nicht dafür, verstanden zu werden. Es interessiert sich nicht dafür, ob es häufig oder selten, nützlich oder dekorativ ist. Es ist einfach – eine natürliche Konsequenz dessen, was passiert, wenn Materie ausreichend Energie begegnet.
Aber es interessiert uns. Wir sind die Weise des Universums, sich selbst zu erkennen, und Plasma ist Teil dessen, was wir versuchen zu erkennen. Jedes fluoreszierende Licht ist ein kleiner Akt des Verstehens. Jedes Fusionsexperiment ist unser Streben nach Verständnis. Jeder Moment, den wir damit verbringen, die Nordlichter zu beobachten, ist das Universum, das seine eigene Schönheit durch unsere Augen schätzt.
Fest, flüssig, gasförmig, Plasma. Vier Zustände, vier Möglichkeiten, wie sich Materie anordnen kann. Aber nur einer von ihnen betreibt die Sterne, nur einer von ihnen macht den Großteil von allem aus, und nur einer von ihnen erinnert uns daran, dass das Vertraute nicht das Fundamentale ist.
Das ist Plasma. Der vierte Zustand. Der, den wir in der Grundschule vergessen haben zu erwähnen.
Derjenige, der die ganze Zeit die Show geleitet hat.
