Anziehende Bläschen

News: Anziehende Bläschen

Mit Hilfe einer winzigen 'Wünschelrute' haben Physiker eine seltsame Anziehungskraft sichtbar gemacht, die den Gesetzen der Physik zu trotzen scheint. Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, daß unsichtbare Luftbläschen dafür verantwortlich sein könnten, wenn feuchte Oberflächen sich gegenseitig anziehen. Andere Wissenschaftler bleiben jedoch skeptisch.

Seit den frühen 70er Jahren wissen Wissenschaftler, daß zwei hydrophobe (wasserabweisende) Oberflächen einander stark anziehen, wenn sie im Wasser eng nebeneinanderliegen. Seither haben verschiedene Experimente gezeigt, daß die Anziehung auch dann fortdauert, wenn die beiden Oberflächen durch eine relative große Distanz getrennt sind – zum Beispiel durch tausend dazwischenliegende Wassermoleküle. Sie ist "viel größer, als durch irgendeine Theorie erklärt werden könnte", sagt Mark Rutland, Physiker am Royal Institute of Technology in Stockholm. Die elektrischen Van-der-Waals-Kräfte, die zwischen Molekülen wirken, reichen nur ein paar wenige Wassermoleküle weit, sagt er. Zur weiteren Konfusion trägt noch bei, daß die Kraft sich von Experiment zu Experiment in ihrer Stärke zu verändern scheint.

Eine von mehreren kontroversen Theorien geht davon aus, daß winzige Blasen diese Oberflächen "zusammensaugen" könnten. Da hydrophobe Oberflächen lieber der Luft als dem Wasser zugewandt sind, würde ein Luftbläschen, das an beiden Oberflächen hängt, diese zusammenziehen, da jede Oberfläche versucht, den Bereich, welcher der Luft ausgesetzt ist, zu vergrößern. Eine derartige Kraft würde ohne Bläschen schwinden.

Um diese These zu testen, klebte eine Gruppe von Wissenschaftlern – der Rutland und drei Physiker der University of Sydney in New South Wales, Australien angehörten – eine mikroskopische Glasperle auf die Spitze eines atomaren Kraftmikroskops, das sich wie ein Miniatur-Sprungbrett biegen kann. Unter Wasser brachten sie die hydrophobe Perle in die Nähe einer anderen hydrophoben Oberfläche und beobachteten, wie stark die Spitze gebogen wurde. Die meiste Zeit bog sie sich unter der mysteriösen weitreichenden Kraft. Manchmal verschwand die Kraft jedoch ganz plötzlich. Nach Rutlands Ansicht ist dies ein starker Hinweis darauf, daß sie von etwas Vergänglichem wie einer Blase verursacht wurde. Die Abhängigkeit der Kraft von der Entfernung stimmte ebenfalls mit dem überein, was man von dem Bläschenmodell erwarten konnte (Physical Review Letters, Ausgabe vom 15. Juni 1998).

"Ich muß sagen, ich mag diese Erklärung", sagt David Grier, Physiker an der University of Chicago in Illinois. Er läßt andere Theorien nicht gelten, in denen argumentiert wird, daß Wassermoleküle manchmal zusammenwirken, um den Bereich der Van-der-Waals-Kräfte zu erweitern. Schwankungen in der Bläschendichte könnten erklären, warum frühere Experimente zu so unterschiedlichen Ergebnissen führten, meint er.

Die Theorie hat jedoch ihre Probleme, warnen er und der Autor: Die Thermodynamik sagt voraus, daß Bläschen, die so klein sind, kollabieren sollten, bevor sie überhaupt eine Anziehungskraft ausüben können.