Diskussionen Dr. Oesterle ./. Prof. Bruhn über Wirbelphysik

(Kurzprotokoll)

(13.01.-09.02.2000)

Beobachtung und Experiment haben (bei Wirbelströmungen) höhere Priorität als Mathematik.

Das sind falsche Vorstellungen von den mathematischen Methoden der Strömungsmechanik: Strömungsmechanik allein auf Grund der Mathematik ist natürlich unmöglich.

Die Strömungsmechanik geht von experimentellen Grundtatsachen aus

- dem Massenerhaltungssatz,

- dem Impulssatz und

- dem Energiesatz.

Die mit mathematischen Methoden aus den experimentellen Grundtatsachen hergeleiteten Folgerungen sind zwingend gültig. Der Vergleich Theoretische Strömungsmechanik / Praxis, z.B. im modernen Flugzeugbau, zeigt ausgezeichnete Übereinstimmung.

Aus meinem Buch ist zu entnehmen, dass ich die Mathematik auch anwende, aber nur als Forschungsinstrument, nicht als Quelle des neuen Wissens über die Wirklichkeit.

Die Mathematik saugt sich nichts aus den Fingern. Die Naturgesetze sind als mathematische Regeln formuliert. Das ermöglicht, mit mathematischen Umformungen Schlüsse zu ziehen und Voraussagen zu machen.

Ein konkretes Beispiel zu den Rollen von Messung und Mathematik:

Mit Mess-Sonden wird in einem idealen Gases an einer Stelle Druck p und Temperatur T gemessen. Dann kann mit Mathematik, der Zustandsgleichung idealer Gase, die schwer direkt messbare Dichte r berechnet werden:

.

Die Entropie ist überhaupt nicht direkt messbar, sie ist nur mathematisch definiert. Aber man kann sie ausrechnen, wenn man Druck p und Dichte r bereits kennt:

.

Die Mathematik dient also nur dazu, Größen zu berechnen, die im Experiment nur sehr mühsam und aufwendig zu ermitteln wären. Dasselbe gilt, wenn auch auf einem höheren Schwierigkeitsniveau, z.B. für die Aussagen über Strömungen, die mit Hilfe der Navier-Stokes-Gleichungen über den Verlauf der Entropie s entlang der Teilchenbahnen in einem Gaswirbel gemacht werden können (s. meinen Artikel über die Dissipation): Die Entropie kann zeitlich nicht abnehmen.

- Wenn wir beobachten, wie eine Windhose oder ein Tornado entsteht, stellen wir fest, das die Umrisse des Wirbels zuerst verschwommen sind und dann immer schärfer werden.

- Aus der Thermodynamik wissen wir, dass die Zunahme der Entropie zur Homogenisierung führt, zu zunehmender Verschwommenheit von Grenzen.

- Verschärfung der Grenzen bedeutet - umgekehrt - Abnahme der Entropie.

Das ist keine Definition der Entropie.

Ohne Mathematik kann der jeweils gültige Wert der Entropie nicht ermittelt werden. Die Strömungsmechanik verwendet an Stelle Ihrer subjektiven und höchstens qualitativen Definition eine objektive quantitative Definition. Die verbale Behandlung von physikalischen Vorgängen ist Spekulation ohne Beweiskraft, z.B. die obige Definition von Entropie und Angaben über deren Änderung.

Wie kann das funktionieren? Im Wirbel existiert eine Grenze. An einer Seite dieser Grenze bewegen sich die Teilchen "normal", sie stoßen zufällig zusammen und bewegen sich in zufälligen Richtung bis zum nächsten Zusammenstoß. An der anderen Seite dieser Grenze bewegen sich die Teilchen in einer Strömung auf parallelen Bahnen und stoßen wesentlich seltener zusammen, d.h. sie haben eine niedrigere Temperatur und brauchen ein geringeres Volumen (auch die Viskosität des Mediums, das diese Teilchen bilden, ist wesentlich geringer). Dadurch entsteht ein Unterdruck, der die "normalen" Teilchen in die Strömung "einsaugt" und abkühlt. Der 2. Hauptsatz hat mit zusammenstoßenden zu tun, und nicht mit parallel sich bewegenden.

Zur Diskussion des 2. Hauptsatzes reichen verbale qualitative Überlegungen bei weitem nicht aus. Selbst der Physiker W.M. Bauer greift zum Hilfsmittel der Mathematik, allerdings mit kapitalen mathematischen Fehlern, so dass seine Ergebnisse falsch und unbrauchbar sind.

Annahme von Bruhn in "Der Dissipationsterm in der Navier-Stokes-Gleichungen" über Konstanz der Zähigkeitskoeffizienten bedeutet

Konstanz von Temperatur, Kompressibilität und Druck im Medium.

Nein! Bereits bei konstanter Zähigkeit Null sind kompressible Strömungen die Regel, in denen weder Druck, noch Dichte, noch Temperatur konstant bleiben.

Ihre Behauptung, dass konstante Viskositätskoeffizienten konstante Zustandsgrößen (Temperatur, Druck) nach sich ziehen, ist a b s u r d , der einfachst mögliche Fall Viskosität Null zeigt das schon. Auch W.M. Bauer arbeitete so.

Mit der konstanten Viskosität haben Sie Recht. Ich habe in meiner russischen physikalischen Enzyklopädie nachgelesen.

Bitte um zwei "verbale" Erklärungen zu folgenden Fragen:

1. Wie entsteht die scharfe Grenze in der Windhose ohne den 2. Hauptsatz zu verletzen?

2. Woher nimmt der Rauchwirbelring die Energie, um sich endlos weit fortzupflanzen?

Die "scharfe Grenze" kann alle möglichen Gründe haben, warum muss denn nun gerade die Entropie dafür herhalten? Das müssen S i e begründen, nicht ich!

Wer behauptet, hat die Beweislast.

Trotz Ihrer Behauptungen bleiben Sie in Ihrer virtuellen mathematischen Welt gefangen. Das beweist Ihr Vorschlag den Fall Viskosität gleich Null zu analysieren. In der realen Welt gibt es aber diesen Fall nicht, weil Parameterwerte Null und Unendlich in der Wirklichkeit nicht existieren.

Unendlich stammt von I h n e n ! Aber Null ist ein Wert, mit dem man viele Jahre sehr erfolgreich Aerodynamik betrieben hat.

Wirbelexperiment: In die Wand einer Trommel wird ein konzentrisches Loch geschnitten. In die Trommel wird eine vom Zentrum nach rechts oder nach links verschobene Rauchkerze hineingestellt. Dadurch entsteht Konvektion: die Luft mit dem Rauch rotiert in der Trommel. Wenn man jetzt auf die Mitte der zweiten Trommelwand mit der Hand kräftig schlägt, kommt aus dem Loch ein Rauch-Wirbelring heraus, der sich in warmer Luft fortpflanzt, bis er auf ein Hindernis stößt. In kalter Luft wird er sich überhaupt nicht bilden. Aus diesem Experiment folgt, dass der Wirbelring die Wärmeenergie "benutzt" um sich fortzupflanzen. Der Wirbelring ist also eine Maschine, die Wärmeenergie direkt in kinetische Energie umwandelt im Widerspruch zum 2. Hauptsatz der Thermodynamik.

Die Thermodynamik lehrt, dass die Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie überhaupt noch keinen Verstoß gegen den 2. Hauptsatz darstellt. (s. J. Watts Dampfmaschine) Bekanntlich wird der verlustfreie Idealfall, die Grenze des 2. Hauptsatzes, durch den Carnotschen Kreisprozess gegeben. Deswegen ist die obige Berufung auf den Wirbelring als Maschine, die Wärmeenergie direkt in kinetische Energie umwandelt im Widerspruch zum 2. Hauptsatz, nicht schlüssig. S i e müssen nachweisen, dass bei Ihrem Kerzen-Experiment tatsächlich die Entropie abnimmt. Denn:

Wer eine Behauptung aufstellt, hat auch die Beweislast.

Woher nimmt der Rauchwirbel-Ring, der sich fortpflanzt ohne die Geschwindigkeit zu verlieren, die Energie dazu? Dieses Experiment führen die Schaeffers ständig vor.

Zwei mögliche Gründe:

1) Die Viskositätskoeffizienten für Gase sind extrem kleine Zahlen, so dass ihre experimentelle Bestimmung sehr mühsam und ungenau ist. Die von Ihnen so verabscheute Zahl Null ist durchaus eine gute Näherung für die Koeffizienten.

2) Es gibt bestimmte Bewegungsformen von Gasen, bei welchen die Navier-Stokes-Reibung aus mathematischen Gründen exakt Null ist, egal wie groß die Koeffizienten sind. Dazu gehört die im Auge eines Hurricans dominierende Festkörperdrehung, aber auch sog. Potentialwirbel.

In beiden Fällen erleiden die Wirbel keine (nennenswerten) Verluste und können beliebig lange laufen.

Vorschlag vom Anfang der Diskussion, das Prinzip IRENA, wurde nicht beachtet: In der Wirklichkeit gibt es keine physikalischen Parameter gleich Null. Sie haben dieses Prinzip nicht widerlegt und verwenden trotzdem weiter mathematische Modelle (Newtonsches Fluid) mit Parametern (Dissipationsterm) gleich Null.

F a l s c h ! In meinem Dissipationsartikel werden Viskositätskoeffizienten u n g l e i c h N u l l verwendet. Ergebnis: Längs jeder Teilchenbahn kann die Entropie nur konstant bleiben oder zunehmen. Auch W.M. Bauer benutzt diese Koeffizienten u n g l e i c h Null, aber mit Rechenfehlern, deshalb sind seine Ergebnisse unbrauchbar und falsch.

Und dadurch "widerlegen" Sie Experimente von Schaeffer und Bauer, in welchen offensichtlich das Energieerhaltungsgesetz verletzt wird, wenn man nicht annimmt, dass der Wirbelring die Wärmeenergie zur seiner Fortpflanzung benutzt!

Irrtum! Schaeffer und Bauer stellen das Energieerhaltungsgesetz (= ersten Hauptsatz) nicht in Frage.

Bauers Aussage lautet: Der z w e i t e Hauptsatz gilt nicht in Wirbeln.

Der zweite Hauptsatz besagt, grob formuliert, dass nie Wärme ohne äußeren Einfluss, "von allein", vom kälteren zum wärmeren Gegenstand fließt.

Das wollte Bauer mit seiner (fehlerhaften) Rechnung widerlegen. Aber die korrekte Rechnung zeigt, dass der zweite Hauptsatz im Fall der Gaswirbel immer gilt.

Dass der Wirbelring bei gewissen Bewegungsformen keine Energie verbraucht und infolge dessen sehr lange leben kann, wusste schon Helmholtz (1821-1894).

Vorschlag: Kooperation mit Herrn Schaeffer zur Entwicklung gemeinsamer Diskussionsbeiträge. Oder Beiziehung anderer Berater.

Ich gebe auf. Vorschlag neuer Diskussionspartner (gleichzeitig Mathematiker und Wirbelphysiker): R. Fehlmann, E. Lehmann, A. Waser, Dr. J. Huber, s. "Kompendium der Wirbelphysik" in www.safeswiss.org.

Zur Gruppe SAFE, insbes. zu Herrn Fehlmann, besteht bereits Kontakt. SAFE arbeitet z.Z. nach Einspruch an der Beseitigung der dort entdeckten Fehler.

Behauptung der SAFE-Autoren: Die Navier-Stokes-Gleichungen für REALE Medien sind nichtlinear und "außerordentlich schwer" zu integrieren.

Auch o h n e Integration können wichtige Aussagen über die Lösungen, also das Verhalten der damit beschriebenen Strömungen, gewonnen werden, z.B. über Energiedissipation und das Verhalten der Entropie.

Nachtrag: Eine Mail von Herrn R. Fehlmann, SAFE, an Herrn Dr. Oesterle

vom 22.04.01

Sehr geehrter Herr Dr. Oesterle

Sie haben in der Diskussion mit Herrn Bruhn mal auf die Arbeitgruppe Wirbelphysik von SAFE verwiesen. Als Initiator und Leiter dieser Gruppe möchte ich Sie daher gerne über unsere Haltung informieren.

Wir sind eine kleine Gruppe von interessierten Laien (Informatik, Elektrotechnik, Sanitär&Klima usw.), die sich aktiv mit der Grauzone zwischen Wissenschaft und Spiritualität befasst. Wir sind insbesondere keine geschulten Wirbelphysiker, sondern betrachten die Beschäftigung mit dem Thema Wirbel primär als einen Entwicklungsweg auf dem wir naturwissenschaftlich, geisteswissenschaftlich-philosphisch sowie sozial im Kontakt mit interessanten Menschen viel lernen und unsere Horizonte erweitern.

Insbesondere sind wir neutral, d.h. wir wollen und können keine Aussagen Anderer beurteilen, sondern bemühen uns lediglich, solche uns interessant erscheinenden Aussagen verständlich zu formulieren und evtl. zu verknüpfen.

So haben wir auch Bauer im Aspekt Spontane Wirbelbeschleunigung versucht zu verstehen und waren kurz davor, uns unser Scheitern einzugestehen, als Herr Bruhn sich einschaltete. Wir akzeptieren die Kompetenz von Herr Bruhn, verstehen sogar seine Gedankengänge und Argumentationsketten (obwohl wir nicht jeden Rechenschritt genau nachvollziehen können) und können nun die spontane Wirbelbeschleunigung als erledigt ansehen. Ob damit auch die anderen Ideen von Bauer erledigt sind, müssen wir offen lassen.

Obwohl wir seriöserweise im Kompendium der Wirbelphysik ganz unten, d.h. auf der naturwissenschaftlichen Stufe begonnen haben, uns ins Thema Wirbel einzuarbeiten, wollen wir uns nicht (wie anscheinend Herr Bruhn) auf diese Stufe beschränken, sondern lernend weiter nach „oben“ vorstossen, in die qualitativen Aspekte des Wirbels (Stichworte: Wasserqualität, Informationsspeicherung usw.) und dereinst auch in den feinstofflich-lebendigen Bereich. Im Gegensatz zu Herrn Bruhn glauben wir, dass im Wirbel noch fundamentale Geheimnisse stecken, die allerdings auf der untersten Stufe nicht zugänglich sind.

Wir sind froh, in Herrn Bruhn einem kompetenten Kenner auf der naturwissenschaftlichen Stufe begegnet zu sein, der uns Grenzgänger immer wieder (zugegeben, manchmal etwas forsch) darauf aufmerksam macht, die Bodenhaftung nicht zu vernachlässigen. Zudem ist uns wichtig, uns als eine Art Vermittler zwischen den eingefleischten Materialisten und den abgehobenen Esoteriker zu verstehen und zu einem fruchtbaren Dialog zwischen beiden Seiten beizutragen.

Damit betrachte ich von meiner Seite aus die Diskussion um Bauer als abgeschlossen und wir können uns weiteren Wirbel-Themen zuwenden.

Mit freundlichen Grüssen

Rudolf Fehlmann

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