Neue MIT-Studie: Wasser mit Licht verdampfen?

Das MIT hat zum photomolekularen Effekt geforscht. Das ist ja auch in den Medien ziemlich rumgegangen. Angeblich könne der Effekt ein 80 Jahre altes Mysterium der Klimaforschung lösen, nämlich: warum können Wolken mehr Sonnenlicht absorbieren, als die konventionelle Physik zulässt? Dazu haben viele von euch mir ein Video auf Insta geschickt, was ein bisschen problematisch ist und mittlerweile in der Kritik steht. Ich war deshalb in der physikalischen Chemie der Uni Köln.

Dieses Video ist in meinem Breaking Lab-Team entstanden. Verantwortlich aus der Redaktion: Carlotta Mevert, Florian Krupka, Jacob Beautemps; Editing: Aron Kamenz, Sören Rensch, Neo Sanjuan Thiele; Kamera: Maximilian Latz

Kapitel:
00:00 Einleitung
00:42 Worum geht's überhaupt?
01:40 Grundlagen: Wasserverdampfung
04:00 Interview mit Prof. Dr. Anette Schmidt
05:02 Voraussetzungen
07:16 Stärke des Effekts
09:07 Das große ABER

Ich bin Jacob Beautemps und mache gerade meinen Doktor an der Universität zu Köln. Vor vier Jahren habe ich zusammen mit Philip Häusser diesen YouTube Kanal gegründet und seit 2018 stehe ich nun selbst vor der Kamera. In meiner Forschung an der Uni geht es um das Thema "What comprises a successful educational YouTube video?: the optimization of YouTube videos’ educational value through the analysis of viewer behavior and development via machine learning." Oder kurzgesagt: Wie lernt man auf YouTube und wie können wir das mit künstlicher Intelligenz optimieren. Dies fließt natürlich stark in meine YouTube Videos mit ein, denn hier geht es auch darum möglichst viel über Physik, Chemie, Technik und andere naturwissenschaftliche Themen zu lernen.

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Quellen:

[sousa]

Moin, wollte eben nur mal Lob aussprechen dafür, wie regelmäßig gut ausgearbeiteter, interessanter content hochgeladen wird!
Besten Gruß

[leyonardo]

Es wär schon sehr verwunderlich, wenn man heutzutage noch einen physikalischen Effekt entdecken würde, der sich bei normalen Umgebungsbedingungen bewegt und sich trotzdem gravierend auswirkt.
Aber faszinierend ist dieser Lichteffekt und vielleicht entdeckt doch jemand eine sinnvolle Anwendung.
Mir zeigt das immer wieder, dass unser Physikweltbild noch lange nicht vollständig ist.

[o-o_pingu]

Chlorophyll a und b haben bei 520nm einen Minimum in ihrer Absorption. Ein Zufall? Vielleicht wird der photomolekulare Effekt von Pflanzen genutzt, um stärkeren Transpirationssog (Kohäsionstheorie) zu erzeugen, um Wasser entgegen der Schwerkraft höher transportieren zu können. Ist nur Spekulation an der Stelle aber vllt denkt ja mal jemand drüber nach :)

[SithNazgul]

Richtig starker Content! Es gibt zu diesem Thema auch englisch-sprachige Videos. Und deshalb finde ich deine Arbeit sehr wertvoll, weil du den, leider zu kleinen, deutsch-sprachigen Wissenschafts-Content mit diesem Video sehr bereicherst. Vielen Dank für deine

[brunohadlich]

Vielen Dank für die Info! Das Universum und seine Geheimnisse, im großen wie im kleinen ist immer voll interessant!

[ScruffR]

2:05 ähm, nein! Wenn man zwei Moleküle aus dem Verbund löst, hat man nicht ein einzelnes Molekül, sondern einen losgelösten "Moleküle-Mini-Cluster" bestehend aus zwei Molekülen😉

[ScruffR]

6:07 ich bezweifle, dass die Einschränkung des Begriffs "Transversalwelle" auf polarisiertes Licht zulässig ist.
Ist nicht vielmehr Licht jeglicher Polarisation eine Transversalwelle? (im Gegensatz zu Longitudinalwellen, bei denen die Schwingung "entlang" der Ausbreitungsrichtung erfolgt)
Egal in welchen beiden Ebenen das "Elektromagnetische Wellenpaar" schwingt, die Ausbreitung der Welle erfolgt immer im rechten Winkel zu beiden - sozusagen in die dritte Dimension.
Man kann sagen: "Transversalwellen können (i.Ggs. zu Longitudinalwellen) polarisiert werden", aber die Andeutung erst durch Polarisation würde aus einer "Nicht-Transversalwelle" eine Transversalwelle ist einfach falsch.

Allerdings gibt es "Sonderformen" elektromagnetischer Wellen, in denen das elektrische und/oder das magnetische Feld in Ausbreitungsrichtung "verschwindet" (Feldstärke in dieser Richtung gegen Null geht) - allerdings werden solche Wellen explizit als (TM)" bezeichnet, um eine Verwechslung mit der allgemeinen Bedeutung von "Transversalwelle" zu vermeiden.

[dscmaker]

Bisher gehörte zu einer gewissen Wassermenge von 100 Grad eine gewisse, festliegende Wärmemenge, um es in Wasserdampf von 100 Grad zu überführen.
Soll das heißen, dass diese Wärmemenge bei Grünlicht sich verringert? Da umgekehrt diese Wärmemenge bei thermischer Abkühlung wieder frei wird, würde ja dann die Energieerhaltung nicht mehr stimmen.

[MissMueslie]

💚 Vielen Dank. Ich schätze eure Arbeit sehr wert. Ihr seid toll!

[NightwaIkr]

Respekt, deine Videos und Aktionen haben ein Tolles Format

[harrysonford]

Wie so oft eine tolle Recherche und Mega vorgetragen 👍

[Trancer]

also ich konnte nur zuhören, bzw zugucken, mein physikalisches wissen reicht bei weitem nicht aus um da was zum inhalt sagen zu können. spannend finde ich es schon. und jau, geilomato dass die beiden sich zeit genommen haben! feine sache das!

[pascalfranke]

Hallo,

danke für das interessante und gute Video. Bitte weiter so.

[greenpalm_]

Ihr macht echt coolen content, schätze das sehr und verfolge den Kanal schon lange. So ne Rubrik Rückblick auf bereits vorgestellte Projekte wie sie nach Monaten oder Jahren verlaufen wäre der i-Punkt für diesen Kanal. Ansonsten weiter so 😊 und besten Dank!

[Analytikus]

Der Einwand man kann einfach die Verdunstungsoberfläche vergrößern, läuft insoweit fehlt, als das man genau dort ebenfalls mit grünem Licht arbeiten könnte. Das schließt sich ja nicht gegenseitig aus. Wichtig ist allein der wirtschaftlich vertretbare konstruktive Aufwand und notwendige Energieeinsatz im Vergleich.

[cjaus]

In den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts habe ich in der Papierindustrie Trocknungsversuche an gestrichenem Papier durchgeführt. Zuerst wurde die nasse Papierbahn mit Elektro- oder Gas-IR-Strahlern aufgeheizt und danach mit Heißlufttrocknern weiter getrocknet. Bei Strahlertemperaturen von 900 bis 1050 °C konnten wir signifikante Unterschiede in der Trocknungseffizienz und der Qualität des Papiers feststellen.

Die hohen Temperaturen führten dazu, dass die Feuchtigkeit schnell entzogen wurde, was die Trocknungszeit verkürzte. Allerdings mussten wir auch darauf achten, dass die Papierstruktur nicht beschädigt wurde, um eine gleichmäßige Oberfläche und die gewünschten Eigenschaften des Endprodukts zu gewährleisten.

Bei Strahlertemperaturen von 900 bis 1050 °C war die Wasserverdunstung höher als durch die verbrauchte Energie zu erklären war. Wurde eine Wasserfläche bestrahlt, serzte die Oberflächenverdunstung sofort ein, wenn die Strahlertemperatur nur 900 °C betrug. Die Wassertemperatur wenige Millimeter unter der Oberfläche lag nur bei etwa 50 °C. War die Strahlertemperatur über 1000 °C, musste das Wasser erst kochen, bevor die Verdunstung einsetzte.

Dieseer Effekt ist also sehr interssant, weil er bei allen Wasserverdunstungsproześsen sehr viel Energie sparen könnte. Er könnte auch allgemein in der Chemie interessant sein, um chemische Reaktionen mit weniger Energieeverbrauch durchzuführen

[Ruckwood]

08:22 - Interlaken? Unter der Brücke der Züge Richtung Meiringen auf der Nord-Seite der Aare?

[Chris-T-an]

Die Vorstellung, dass ein einzelnes Photon im Grünlichtspektrum in der Lage ist, bis zu 20 Wassercluster zu lösen und sie in die Verdampfungsphase übergehen zu lassen, ist außergewöhnlich und weist auf einen bemerkenswert effizienten photomolekularen Prozess hin. Dieser Effekt legt nahe, dass grüne Photonen eine Art Kettenreaktion oder kollektive Anregung innerhalb von Wasserclustern auslösen, was eine Vielzahl von Molekülen gleichzeitig zur Verdampfung bringt.

Einige Erklärungen nun folgen >>>

Die kollektive Resonanz ist ein Phänomen, bei dem die Energie eines Photons nicht nur ein einzelnes Molekül, sondern eine Gruppe von Molekülen in einem Cluster anregt. Bei Wasser könnte es sein, dass grüne Photonen eine spezifische Resonanzfrequenz treffen, die für Wassercluster charakteristisch ist.
Wenn ein grünes Photon auf ein Wassermolekül trifft, könnte die Energie durch Wasserstoffbrückenbindungen schnell auf benachbarte Moleküle übertragen werden. Diese Kaskaden- oder Dominoeffekt könnte dazu führen, dass die gesamte Struktur des Clusters destabilisiert wird. Dadurch könnten nicht nur die Bindungen eines einzelnen Moleküls, sondern die Bindungen des gesamten Clusters geschwächt werden, was eine kollektive Verdampfung zur Folge hat.

*Superradiance-Phänomen*

Das Superradiance-Phänomen ist ein quantenmechanischer Effekt, bei dem eine Gruppe von Atomen oder Molekülen kohärent miteinander interagiert und Licht mit höherer Intensität und Effizienz emittiert. Ein ähnlicher Mechanismus könnte bei der Anregung von Wasserclustern durch grüne Photonen auftreten.
- **Mechanismus:** Wenn ein Photon die Moleküle in einem Cluster synchron anregt, könnten die Moleküle ihre Energie auf koordinierte Weise freisetzen. Dies könnte dazu führen, dass die Cluster ihre Bindungsenergie verlieren und gleichzeitig verdampfen, anstatt durch den üblichen, schrittweisen Erwärmungsprozess.


Normalerweise benötigt ein einzelnes Molekül nur ein Photon, um in einen angeregten Zustand zu gelangen. Bei einem Multiphoton-Effekt absorbiert ein Molekül mehrere Photonen gleichzeitig oder nacheinander, um einen höheren Energieniveau zu erreichen. Eine ähnliche nichtlineare Wechselwirkung könnte auch bei Wasserclustern auftreten.
- **Mechanismus:** Ein Photon könnte mehrere Wassermoleküle innerhalb eines Clusters nacheinander anregen, wodurch eine kumulative Energieakkumulation entsteht. Diese Energie könnte ausreichen, um viele Cluster gleichzeitig in die Gasphase zu überführen. Das grüne Licht könnte somit als Katalysator für eine nichtlineare Wechselwirkung dienen, die die Verdampfungseffizienz drastisch erhöht.


Photonen können die Schwingungen von Molekülen beeinflussen, was zu Phononen (Quanten mechanischer Schwingungen) führt. In einem Wassercluster könnten grüne Photonen kohärente Schwingungen erzeugen, die sich über das gesamte Cluster ausbreiten.
- **Mechanismus:** Wenn diese kohärenten Schwingungen erzeugt werden, könnten sie zu einer kollektiven Destabilisierung der Bindungen innerhalb des Clusters führen. Die Moleküle könnten synchron schwingen und so die Energiebarriere für die Verdampfung überwinden. Ein einzelnes Photon könnte somit die nötige Energie bereitstellen, um viele Wassermoleküle gleichzeitig in die Gasphase zu überführen.


Es ist bekannt, dass Licht bestimmte molekulare Eigenschaften von Flüssigkeiten verändern kann. Grüne Photonen könnten eine Rolle bei der Reduzierung der Oberflächenspannung von Wasser spielen, was die Verdampfung fördert.
- **Mechanismus:** Durch die Anregung von Wasserclustern könnten die intermolekularen Kräfte, die die Cluster zusammenhalten, verringert werden. Wenn die Oberflächenspannung reduziert wird, können mehr Moleküle leicht aus der flüssigen Phase entweichen. Diese Reduktion könnte durch eine Licht-induzierte Veränderung in der Wasserstruktur verursacht werden, die eine leichtere und schnellere Verdampfung ermöglicht.

Dieser Effekt könnte zur Entwicklung neuer, energieeffizienter Verdampfungstechnologien führen, die Licht anstelle von Wärme nutzen, um Wasser zu verdampfen. Solche Technologien könnten in der Wasseraufbereitung, Meerwasserentsalzung oder sogar in der Energiegewinnung Anwendung finden.

Wenn grüne Photonen tatsächlich die Verdampfung von Wasserclustern so stark beeinflussen, könnte dies unser Verständnis von photochemischen Prozessen und molekularen Wechselwirkungen im Allgemeinen erweitern. Dies könnte auch Implikationen für andere Bereiche wie Biologie und Atmosphärenchemie haben.

Diese Erkenntnisse könnten zu neuen Studien im Bereich der Quantenchemie und Molekülphysik führen, um die zugrunde liegenden Mechanismen besser zu verstehen und zu modellieren.

Die Fähigkeit eines einzelnen grünen Photons, die Verdampfung von bis zu 20 Wasserclustern auszulösen, deutet auf einen hochgradig effizienten photomolekularen Prozess hin, der weit über das hinausgeht, was man bei gewöhnlicher thermischer Anregung erwarten würde. Dies stellt eine interessante Forschungsrichtung dar, die möglicherweise neue Technologien und ein tieferes Verständnis der molekularen Photochemie hervorbringen könnte. Weiterführende experimentelle Studien und theoretische Modellierungen wären notwendig, um die genauen Mechanismen dieses Effekts zu bestätigen und zu verstehen.

[Manf-ftzk]

Ich fand die Stempel in dem Stempelkarussell auf dem Schreibtisch von Frau Schmidt sehr interessant 4:29, leider konnte ich nicht bei allen den Aufdruck erkennen. Ich glaube sie stehen für "eingegangen", "verdunstet", und "transversal-magnetisch", aber ich bin mir nicht sicher. :o)

[johncritic-doe]

Ich muss hier spontan an die Beschichtung von Batterie Elektroden denken. Die Trockenbeschichtung scheint ja doch schwieriger zu sein als gedacht...

Mit diesem Photomolekularen Effekt lässt sich die gewöhnliche Nassbeschichtung eventuell effizienter gestalten.
Weniger Energieaufwand bei der Zellfertigung wäre gerade in unserem Wirtschaftsraum eine Möglichkeit eventuelle Wettbewerbsnachteile auszugleichen.