Energie: Maß für die Bewegung in einem physikalischen System (gr. ἐνέργεια = »Wirksamkeit«, zu gr. ἔργον = »Werk«, »Wirken«). Die ~ ist somit keine Substanz, sondern quantifiziert die in einem System enthaltene Bewegung. Die zentrale Bedeutung des ~begriffs in der Physik liegt im ~erhaltungssatz (»Erster Hauptsatz der Thermodynamik«) begründet, welcher besagt, daß sich die ~ in einem abgeschlossenen System, also einem, dem weder ~ noch Materie zugeführt oder entnommen wird, mit der Zeit nicht ändert, d.h. konstant bleibt. ~ kann also weder aus dem Nichts erzeugt noch vernichtet werden; es können lediglich verschiedene Formen der ~ ineinander umgewandelt werden oder, was damit meist zusammenhängt, von einem System auf ein anderes (z.B. zwischen zwei Körpern) übertragen werden.
In der klassischen Mechanik gibt es zwei Formen der ~: kinetische ~ oder Bewegungs~, bei der ein Körper eine faktische Bewegung, also eine Ortsveränderung, durchführt; und potentielle ~ oder Lage~, bei der dieser zwar in Ruhe ist, also keine Ortsveränderung erfährt, aber aufgrund seiner relativen Lage zu einem anderen Körper einer Wechselwirkung mit diesem ausgesetzt ist, die ihn potentiell in Bewegung versetzen kann (man spricht davon, die ~ sei in einem Kraftfeld »gespeichert«, so wie Bewegung in einem gespannten elastischen Band »gespeichert« wäre, weshalb für die potentielle ~ im 19. Jahrhundert noch Begriffe wie »Spannkraft« geläufig waren; nur in diesem Sinne ist sie auch ohne Ortsveränderung als Bewegungsform zu verstehen). Einfachstes Beispiel des Wechselspiels dieser beiden Energieformen ist ein von der Erdoberfläche senkrecht nach oben geworfener Stein: die Summe von potentieller und kinetischer ~ bleibt (unter Vernachlässigung von Reibungsverlusten) erhalten, deren Verhältnis verändert sich aber dergestalt, daß mit zunehmender Höhe (potentielle ~) seine Geschwindigkeit (kinetische ~) abnimmt, bis am Umkehrpunkt alle kinetische ~, die in der Abwurfgeschwindigkeit steckte, in potentielle ~, die nun in der maximalen Höhe steckt, umgewandelt wurde; der Fall zu Boden verläuft analog, so daß am Ende die Aufprallgeschwindigkeit gleich der Abwurfgeschwindigkeit ist. Dieses Wechselspiel scheinbar widersprüchlicher Bewegungsfacetten – Wechselwirkung und Ortsveränderung – weist sie als zwei Seiten einer Medaille aus (die Engels als »polaren Gegensatz von Attraktion und Repulsion« zum allgemeinen Grundsatz seiner Bewegungsdialektik erhebt).
Alle anderen ~formen können prinzipiell aus diesen beiden Grundtypen der mechanischen ~ abgeleitet werden. Die Wärme ist eine ~form, die der regellosen thermischen Bewegung von Atomen und Molekülen entspringt, im einfachsten Fall eines einatomigen Gases ist sie gleich der Summe der kinetischen ~n aller darin befindlichen Atome, während für ein mehratomiges Gas Molekülvibrationen und -rotationen hinzukommen; bei einem Festkörper ist sie auf Gitterschwingungen zurückzuführen. Chemische Bindungs~ ist eine Kombination aus potentieller und kinetischer ~ aufgrund spezifischer Elektronenkonfigurationen und -bewegungen in einem Molekül; auch die Kern~ gehört in die Kategorie der Bindungs~n. Weitere bekannte Formen sind die elektrische ~ oder die Photonen~. Ihre gegenseitige Umwandlung erfolgt nach einem mathematisch bestimmbaren Schlüssel (quasi ihrem »Wechselkurs«), demzufolge die ~ jeder ~form aus dem für sie konstitutiven Bewegungsparameter berechnet werden kann: bei der kinetischen ~ eines starren Körpers aus dessen Geschwindigkeit, bei der potentiellen ~ in der Nähe der Erdoberfläche aus dessen Höhe, bei der Wärme aus der Temperatur, bei der Photonen~ aus dessen Schwingungsfrequenz usw. Je nach ~form sind deshalb auch unterschiedliche physikalische Einheiten nützlich. Die Einheit der ~ im Internationalen Einheitensystem ist das Joule (1 J = 1 m2kg/s2); gebräuchlich ist außerdem die Kilowattstunde (1 kWh = 3600 kJ) für elektrische Energie, die Kilokalorie (1 kcal = 4,18 kJ) für die Wärmemenge bzw. den physiologischen Brennwert von Lebensmitteln oder das Elektronenvolt (1 eV = 1,602∙10-19 J) in der Atom-, Kern- und Teilchenphysik. Ein Zahlenbeispiel zum Umwandlungsschlüssel: Ein 2 kg schwerer Körper, der sich mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s bewegt, besitzt 1 Joule kinetische Energie; wird er durch Reibung bis zum Stillstand abgebremst, wird dementsprechend eine Wärmemenge von 1 Joule freigesetzt; das ist ein ~betrag, mit dem sich 1 Gramm Wasser um 0,239 Kelvin erwärmen ließe; alternativ könnte der Körper mit dieser Anfangsgeschwindigkeit auf eine Höhe von 5 cm angehoben werden, wodurch ihm 1 Joule potentielle Energie zugefügt würde.
Die Umwandlungsmöglichkeit von ~formen unterliegt allerdings Einschränkungen, die durch die 
Entropie (Kunstwort im Sinne von »Umwandelbarkeit«) geregelt werden, und zwar durch den Entropiesatz (zweiter Hauptsatz der Thermodynamik). Auf mikroskopischer Ebene läßt sie sich als Maß für die Unordnung der Materie und ihrer Bewegung veranschaulichen, sie ergänzt dadurch die rein quantitative ~ um eine qualitative Seite. Der Entropiesatz besagt, daß sich ungeordnete Bewegung (= Wärme) niemals von selbst in geordnete Bewegung (gewissermaßen qualitativ »höherwertige« ~formen) verwandelt, wohl aber umgekehrt, weshalb die Entropie in einem abgeschlossenen System niemals abnehmen kann. Insofern ist die Entropie eines physikalischen Systems auch als ein Maß für die mechanische Nutzbarkeit der darin enthaltenen ~ zu verstehen, ist diese Erkenntnis doch Ergebnis der wirtschaftlich bedeutsamen Untersuchung von Wärmekraftmaschinen (Dampfmaschinen und Verbrennungsmotoren) in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Wegen des Entropiesatzes ist die Effizienz der ~umwandlung auch in idealisierten Maschinen ohne Reibungsverluste durch einen charakteristischen Wirkungsgrad begrenzt, der die maximale durch Nutzung von Wärme verrichtbare mechanische Arbeit bestimmt. Eine hypothetische Maschine, die einen der beiden Hauptsätze der Thermodynamik verletzt, nennt man deshalb Perpetuum mobile (lat. »sich ewig Bewegendes«).
Der Prototyp des physikalischen Arbeitsbegriffs war das Anheben von Gewichten durch Nutztiere, die für die Trockenlegung mancher Bergwerke bereits im 17. Jahrhundert durch dampfbetriebene Pumpmaschinen ersetzt wurden (noch heute gibt es die Leistungseinheit der Pferdestärke). Man spricht davon, daß an einem Körper Arbeit verrichtet wird, wenn er unter Kraftaufwand bewegt wird. Bei der Arbeit handelt es sich also um Übertragung von Bewegung von einem System auf ein anderes (deshalb wird die ~ üblicherweise – synonym mit der hier vorliegenden Definition, aber mehr mathematisch statt substantiell – als »Fähigkeit, Arbeit zu verrichten«, definiert), und Kraft ist dabei nötig, weil sich das Bewegung empfangende System dieser Bewegungszufuhr widersetzt. Je nachdem, in welcher Form dies geschieht, liegt die zugeführte ~ dann z.B. als kinetische ~ (Beschleunigungsarbeit gegen die Trägheit einer Masse) oder potentielle ~ (Hubarbeit gegen die Graviationskraft, die auf eine Masse wirkt) vor oder geht als Wärme an die Umgebung verloren (Reibungsarbeit gegen den Reibungswiderstand eines bewegten Körpers); Wärme kann unter geeigneten Umständen ebenfalls mechanische Arbeit leisten (Ausdehnungsarbeit eines Gases gegen den Kolben, also den Umgebungsdruck).
Als philosophische Spekulation stellte schon Descartes die Behauptung auf, Bewegung sei unzerstörbar und unerzeugbar. Eine Präzisierung des ~begriffs war allerdings erst in der Mitte des 19. Jahrhunderts durch die Erkenntnis möglich, daß es sich bei der Wärme nicht um eine Substanz (Lavoisiers hypothetisches »Caloricum«), sondern um eine Form der Bewegung handelt. Gestützt auf einschlägige Experimente (Joule, Rumford) gelang dieser entscheidende Nachweis Rudolf Clausius. Kurz zuvor hatte Robert Mayer den Grundstein zum ~erhaltungssatz gelegt, indem er als erster versuchte, das mechanische Wärmeäquivalent, also den Umwandlungsschlüssel zwischen mechanischer Bewegung und Wärme, experimentell zu bestimmen, und zwar durch Messung der Wärmeentwicklung beim Schütteln von Wasser, woran heute die eingängigen Gedichtzeilen erinnern: »Wo Bewegung entsteht, / Wärme vergeht, / Wo Bewegung verschwindet, / Wärme sich findet. / Es bleiben erhalten / Des Weltalls Gewalten, / die Form nur vergeht, / Das Wesen besteht«. Helmholtz arbeitete den ~erhaltungssatz schließlich in allgemeiner Form aus. Ein halbes Jahrhundert später gelang Einstein die überraschende und berühmte Entdeckung der Äquivalenz von Masse und ~. Diese bedeutet quantitativ, daß die Gesetze der Massen- und ~erhaltung zu einem verallgemeinerten ~erhaltungssatz verschmelzen; die qualitative Konsequenz ist, daß ~ alle Wesensmerkmale der Masse besitzt (nämlich Trägheit und Schwere: eine heiße Tasse Tee ist aufgrund des höheren ~gehalts beispielsweise geringfügig, aber unmessbar schwerer ist als eine kalte; dagegen entstammt über 99% unserer Körpermasse der Bindungs~ der Quarks im Atomkern) und umgekehrt (die Masse der Elementarteilchen wäre demnach ebenfalls als Form der Bewegung aufzufassen, wie es der kollektive Wechselwirkungsmechanismus hinter dem Higgs-Boson durchaus nahelegt).
Von der ~ hingegen zu unterscheiden ist der Impuls, obwohl dieser ebenfalls als ein Maß der Bewegung gelten kann und einem Erhaltungssatz gehorcht. Im 19. Jahrhundert gab es eine langwierige Auseinandersetzung um das »richtige Maß der Bewegung«, im Zuge dessen sich ~ und Impuls als Maße zweier unterschiedlicher Aspekte der Bewegung herausstellten: Im Unterschied zur ~, welche den Betrag der Bewegung mißt, ist der Impuls nämlich die Quantifizierung der Bewegungsrichtung (er ist also eine vektorielle anstatt einer positiven skalaren Größe, die sich also auch gegenseitig aufheben anstatt nur aufaddieren kann). Diese Differenzierung kommt sogar im allgemeinen Sprachgebrauch zum Ausdruck: »jemandem einen Impuls geben« impliziert immer einen Stoß in eine bestimmte Richtung, »jemandem Energie geben« drückt etwas ausschließlich mengenmäßiges, also richtungsunspezifisches aus.
Bewegung ist somit das Wesen der ~ und stellt den Begriff auf eine solide materialistische Grundlage, da es keine Bewegung ohne Materie geben kann, sowie im Umkehrschluss auch keine Materie ohne Bewegung (im weitesten Sinne der o.g. ~definition). Ideologische Einfallspforten kennzeichnen sich infolgedessen stets durch die Negation mindestens einer dieser beiden materialistischen Grundsätze, was meist durch mathematische Abstraktion von Elementarteilchen und deren Bewegung geschieht. Beispielsweise leugnete Ostwalds im 19. Jahrhundert verbreitete Lehre der »Energetik« die Existenz der Atome indem sie kurzerhand durch materielose, also »reine« Energie ersetzt werden. Diese Sichtweise ist in der heutigen Teilchenphysik zumindest implizit immer noch verbreitet. Konsequenter ist dagegen die heute in Lehr- und populärwissenschaftlichen Büchern dominierende Quantentheologie, welche den Materialismus m.o.w. deutlich ausgesprochen von beiden Seiten in die Zange nimmt, indem sie dem im Atom gebundenen Elektron wechselweise die Existenz (das Elektron als bloße Wahrscheinlichkeit) oder dessen Bewegung als Grundlage seiner ~ abspricht (kinetische Energie ohne zurückgelegte Bahn). Zweifellos ist ~ eine Abstraktion, indem sie als rein quantitativer Begriff von den konkreten physikalischen Eigenschaften der verschiedenen Bewegungsformen absieht (völlig analog zum Wert der Waren sensu Marx); wird diese Verbindung jedoch verschleiert oder gar gekappt, gewinnt die Darstellung einen ideologischen Charakter.
Das dadurch im Volk weitgehende Fehlen einer klaren materiellen Vorstellung von ~ macht sich vor allem in ökonomischen Zusammenhängen bemerkbar und für die gesellschaftlichen Vorteilsnehmer nutzbar. Die flächendeckende Versorgung mit günstiger ~ ist die unabdingbare Voraussetzung entwickelter Industrieproduktion und breit gestreuten Lebensstandards. Mit Ausnahme der Kern~ (und der globalwirtschaftlich völlig unbedeutenden Gezeiten~ und Erdwärme) gehen alle wirtschaftlich nutzbaren ~quellen auf umgewandelte Sonnen~ zurück (also die aufsummierte ~ der auf die Erde treffenden Photonen). Aus der Perspektive der ~versorgung sind dabei zwei Kategorien zu unterscheiden: die über einen millionenjährigen Zeitraum der Vergangenheit in chemischen Bindungen gespeicherte ~ der Sonnenstrahlung (= fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl, Ergas) und die aus der gegenwärtigen Sonnenstrahlung laufend gewonnene ~ (= sog. »Erneuerbare bzw. Alternative ~quellen« wie Photovoltaik, Windkraft, »Biosprit«, Wasserkraft; aber auch unsere Nahrung). Die Bezeichnung als »Alternative ~quellen« suggeriert realitätswidrig, sie seien eine quantitativ wie qualitativ (wetterabhängig statt bedarfsorientiert und grundlastdeckend) vollwertige Alternative zu den wegen der Übervölkerung des Planeten längst zur Neige gehenden fossilen Brennstoffen, daß also ein Umstieg von diesen auf jene bei der gegenwärtigen Bevölkerungszahl ohne massiven Einbruch des Lebensstandards möglich sei. Lediglich eine deutlich geringere Weltbevölkerungszahl könnte durch die Versorgung mit »Erneuerbarer ~« (ebenfalls ein widersprüchlicher Begriff mit suggestiver Wirkung) einen menschenwürdigen Lebensstandard erhalten, und mindestens auf dem Weg dorthin, wenn nicht überhaupt, wäre Kern~ unverzichtbar. Vordergründig gestützt auf die Behauptung, die Verbrennungsprodukte fossiler ~träger bewirkten eine Erhöhung der durchschnittlichen Erdtemperatur, ist die sog. »~wende« somit ein Hüllwort für die künstliche Verknappung der ~versorgung, noch bevor die natürliche Verknappung der fossilen Brennstoffe jene unausweichlich macht. Der bevorstehende bzw. fortschreitende Einbruch des Lebensstandards in den Industriestaaten ist deshalb keine bloß spekulative politische Prognose, sondern eine durch den ~erhaltungssatz vorgegebene und anhand der bestehenden Bevölkerungszahl berechenbare physikalische Unvermeidlichkeit.
zurück
