Wie funktioniert dann die verspiegelte Sonnenbrille, deren Träger die Welt ungeniert betrachten kann, ohne daß man seine Augen sieht? Läßt die Licht nur von der Außenwelt zum Auge, aber nicht umgekehrt passieren?

Machen Sie die Probe und kehren Sie die Brille einfach um, d.h. halten Sie sie so vor Ihre Augen, daß die Bügel von Ihnen weggerichtet sind! Sehen Sie noch etwas? Ja? Sehen Sie, das Licht passiert die Brille auch in «verkehrter» Richtung!

Nehmen wir an, die verspiegelte Sonnenbrille reflektiere (in beide Richtungen!) 70% des einfallenden Lichtes, und 30% lasse sie durch. An einem sonnigen Tag sei die auf die Brille einfallende Lichtintensität 100 willkürliche Einheiten. 30 davon werden durchgelassen und 70 Einheiten werden reflektiert.

Von den dreißig durchgelassenen Einheiten fallen einige auf die Netzhaut und die meisten beleuchten die Umgebung des Auges. Die davon reflektierten machen das Auge und damit den «Blick» des Betrachters sichtbar. Das können höchstens 30 Einheiten sein, die von «innen» auf das Brillenglas fallen. 70% davon (21 Einheiten) werden zurück zum Auge reflektiert, dreißig Prozent davon, nämlich 7 Einheiten, werden durch das Brillenglas in die Umwelt entlassen.

Ein Beobachter in dieser Umwelt kann also nur aus diesen (maximal) sieben Einheiten der Lichtintensität entnehmen, wohin unser brillentragender Mensch blickt. 70 Intensitätseinheiten werden aber an der Oberfläche der Brille reflektiert. Von all dem Licht, das er sieht, vermitteln ihm 90% bloß sein Spiegelbild. Nur 10% des Lichtes enthalten die ihn interessierende Information.

Er sieht also den Blick des Brillenträgers deshalb nicht, weil er vom reflektierten Licht geblendet wird.

Eine verspiegelte Sonnenbrille oder ähnliche Vorrichtungen lassen Licht in beiden Richtungen durch. Um zu funktionieren, muß der eine Halbraum viel Licht und der andere wenig enthalten. Der Beobachter im hellen Halbraum sieht nichts vom dunklen Halbraum. Aber nicht, weil vom dunklen kein Licht herüberkommt, sondern weil viel weniger Licht vom dunklen Raum kommt als von der halbverspiegelten Scheibe reflektiert wird. Das reflektierte Licht blendet den Beobachter im hellen Halbraum.

Der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik kann auf unterschiedliche Weise (Entropie) formuliert werden. Für diesen Zusammenhang interessiert nur, was er über die Richtung des Wärmeflusses sagt:

Kommt ein heißer Körper in Kontakt mit einem kühleren, so fließt Wärme von alleineimmer nur vom Körper mit höherer Temperatur zu demjenigen mit niedrigerer Temperatur.

Es ist nicht verboten, daß das Coca Cola im Kühlschrank kühler wird, während dessen Wärme in die wärmere Küche transportiert wird. Bloß, das geht nicht «von allein», d.h. es braucht dazu eine Maschine – eben den Kühlschrank – der dazu aber Energie (meist elektrischen Strom) benötigt, und damit außer dem erwähnten Wärmetransport noch weitere Veränderungen im Universum verursacht.

Wärme fließt «von allein» immer vom heißen zum kalten Körper, nicht umgekehrt.

Mit einer Folie, die Licht nur in eine Richtung durchließe, könnte man einen Apparat bauen, in dem ein heißer Körper von einem kalten Wärme aufnimmt und dabei heißer wird, während der kalte kälter wird.

Betrachten wir ein perfekt isoliertes Gefäß (um uns allen Ärger mit dem übrigen Universum zu ersparen). Es sei perfekt verspiegelt (damit wir keine Strahlung an die Umgebung verlieren), und evakuiert, so daß sich Wärme nur in Form von Strahlung ausbreiten kann (damit unsere hypothetische Folie ihre Eigenschaften in voller Pracht entfalten kann). Dieses Gefäß wird mittels der Folie in zwei Abteile unterteilt.

In jedem Abteil befindet sich je ein perfekt schwarzer Körper; der im linken Abteil habe eine Temperatur von 300 K, der im rechten eine von 100 K. Die Folie lasse Strahlung vom rechten zum linken Abteil durch, aber nicht umgekehrt. So sammelt sich die Energie links an. Der wärmere Körper links wird auf Kosten des kühlen Körpers rechts wärmer. Im Widerspruch zur Erfahrung, die im Zweiten Hauptsatz formuliert ist.

In obigem Beispiel ist es nicht nötig, daß die beiden Körper schwarze Strahler (Plancksche Strahler) seien; das macht bloß die Rechnung einfacher. Jeder Körper, der eine endliche Temperatur hat, strahlt. Je höher die Temperatur, desto intensiver die Strahlung, und desto mehr verschiebt sie sich zu kurzen Wellenlängen.

So strahlt ein heißes Bügeleisen, wie wir durch Annähern der Hand oder der Wange leicht feststellen können. Wir können aber von Auge nichts erkennen, weil unser Auge für diese Strahlung nicht empfindlich ist.

Wird das Eisen heißer, beginnt es zu glühen; die Strahlung hat sich zu Wellenlängen verschoben, die unser Auge als rotes Licht wahrzunehmen vermag.

Das Bild zeigt drei Schwarze Strahler bei 830 °C, 750 °C und 600 °C; man sieht, wie die Intensität bei kurzen Wellenlängen (links der eingetragenen Senkrechten bei 250 nm) durch zwei Ursachen mit steigender Temperatur zunimmt:

• erstens weil die abgestrahlte Intensität insgesamt zunimmt (Kurve wird höher)
• zweitens weil die Kurve, vor allem deren Maximum, sich mit zunehmender Temperatur zu kürzeren Wellenlängen verschiebt.

Beispielsweise sei ein Körper von 600 °C und einer von 830 °C in einem gegen Außen isolierten, evakuierten Gefäß. Der kühlere strahlt pro Zeiteinheit die Energiemenge ab, die der Fläche unter der niedrigsten Kurve entspricht. Diese Energiemenge erreicht den heißeren Körper.

Dieser strahlt aber in der gleichen Zeit wesentlich mehr Energie ab, die – im isolierten System – den kühleren Körper erreicht. Es wird also mehr Energie vom heißen auf den kalten Körper übertragen als umgekehrt; die Temperatur des kalten Körpers nimmt zu, während sich der heiße abkühlt, in Übereinstimmung mit der täglichen Erfahrung.

Die Folie lässt, gemäß Behauptung, Photonen in einer Richtung durch und spiegelt sie in der anderen zurück. Orientiert man sie so, daß die spiegelnde Seite zum heißeren Körper und die durchlässige zum kühleren, dann fließen Photonen der Wärmestrahlung nur vom kühleren zum heißeren Körper. Letzterer wird also heißer, während der kühlere sich noch weiter abkühlt. Das steht im Widerspruch zum Zweiten Hauptsatz. Entweder gibt es eine solche Folie, oder der Zweite Hauptsatz gilt, aber nicht beides. Wir wissen aus sehr vielen Beobachtungen, daß der Zweite Hauptsatz gilt. Also sind wir gut beraten anzunehmen, daß es keine Folie der beschriebenen Art gibt.

Sollten wir aber glauben, daß ein solcher Prozess unmöglich sei? Könnte es nicht einfach sein, daß er bisher einfach nicht entdeckt wurde?

Gewiss erscheint eine Aussage der Art

Vorgang a gibt es nicht denn er wurde nie beobachtet

bloß vorläufig und wenig zuverlässig. Wesentlich vertrauenswürdiger erscheinen Naturgesetze, wenn man damit – beispielsweise – den Energieverbrauch eines Kühlschranks, der eine gegebene Menge Coca Cola von 27 °C auf 6 °C herunterkühlt, exakt vorausberechnen kann. Oder wenn wenn man mit ihnen neue, unerwartete Ereignisse voraussagen kann, beispielsweise, daß eine teilverspiegelte Folie in beide Richtungen genau gleich viel Licht durchlässt. Genau das leistet der Zweite Hauptsatz. Wir kommen daher wohl nicht darum herum, ihn für wahr zu halten.

Testen Sie den Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik! Sie benötigen die Folie, Sonne oder Elektronenblitz und einen Fotobelichtungsmesser. Und passen Sie auf Ihre Augen auf, falls Sie mit der Sonne arbeiten!