Die innere Uhr von Werkstoffen

Seit der Entdeckung des Konzepts vor gut fünfzig Jahren ist es jedoch nicht gelungen, die Materialzeit zu messen. Die Darmstädter Forscher und Forscherinnen unter der Leitung von Professor Thomas Blochowicz haben es nun erstmals geschafft. „Das war eine große experimentelle Herausforderung“, sagt Böhmer. Schließlich galt es, die winzigen Fluktuationen der Moleküle mit einer hochempfindlichen Videokamera zu dokumentieren. „Den Molekülen kann man aber nicht so einfach beim Zappeln zusehen“, ergänzt Blochowicz.

Doch den Forschenden fiel etwas ein. Sie strahlten mit einem Laser auf die Probe aus Glas. Die Moleküle darin streuen das Licht. Die gestreuten Strahlen überlagern sich und bilden auf dem Sensor der Kamera ein chaotisches Muster aus hellen und dunklen Flecken. Mit statistischen Methoden lässt sich aus diesem Muster berechnen, wie die Fluktuationen zeitlich schwanken – mit anderen Worten, wie schnell die innere Uhr des Materials tickt. „Dafür sind höchst präzise Messungen nötig, die erst mit Hilfe neuester Videokameras möglich wurden“, sagt Blochowicz.

Doch es hat sich gelohnt. Denn bei der statistischen Analyse der Molekül-Fluktuationen, bei denen Forschende der Universität Roskilde in Dänemark halfen, zeigte sich Überraschendes. Bezogen auf die Materialzeit verhalten sich die Fluktuationen der Moleküle zeitumkehrbar. Das heißt, sie verändern sich nicht, wenn man die Materialzeit rückwärts ticken lässt, ähnlich also wie das Video vom Pendel, das vorwärts und rückwärts abgespult gleich aussieht.

„Das heißt aber nicht, dass sich das Altern von Materialien umkehren lässt“, betont Böhmer. Vielmehr bestätigt das Ergebnis, dass das Konzept der Materialzeit gut gewählt ist. Denn sie drückt den gesamten irreversiblen Teil des Alterns des Materials aus. Ihr Ticken verkörpert den Lauf der Zeit für das jeweilige Material. Alles, was sich bezüglich dieser Zeitskala sonst noch im Material bewegt, trägt nicht zur Alterung bei. Ähnlich wie, bildlich gesagt, das Herumtollen der Kinder auf der Rückbank des Autos nichts zu dessen Fortbewegung beiträgt.

Das heißt aber nicht, dass sich das Altern von Materialien umkehren lässt.

Die Darmstädter Forschenden glauben, dass dies generell für ungeordnete Materialien gilt, da sie zwei Materialklassen – Glas und Kunststoff – untersucht, sowie eine Computersimulation eines Modell-Materials ausgeführt haben – mit den gleichen Ergebnissen.