Die Welt der Wellen

Gavin Pretor-Pinney sass auf einem Felsen an der Küste von Cornwall. Seine kleine Tochter Flora spielte mit den Steinen, der Vater kam ins Sinnieren. Über Wellen. Was sind sie? Woher kommen und wohin gehen sie? Und warum werden wir so schnell nachdenklich, wenn wir am Meer sitzen? Die Gedanken führten zu dem Buch «The Wavewatcher’s Companion». Auf Deutsch trägt es den gar bescheidenen Titel «Kleine Wellenkunde für Dilettanten». Dabei wurde es 2012 von der altehrwürdigen britischen Wissenschaftsinstitution Royal Society mit dem Winton Prize for Science Books, dem Preis für das beste allgemeinwissenschaftliche Buch des Jahres, ausgezeichnet.

Wir sitzen in Gavin Pretor-Pinneys von Büchern übersätem Büro. Es befindet sich in der grünen Grafschaft Somerset, im Flügel eines hufeisenförmigen Bungalows, der früher ein verlotterter Rinderstall war und den der Autor hat umbauen lassen. Er entfacht ein Feuer im Cheminée, seine Gedanken sind bereits bei den Wellen.

BeobachterNatur: «Sehen Sie, was ich gerade tue?», fragt Pretor-Pinney, während er sich mit Zündhölzern und einer Zeitung abmüht. «Feuer! Dass der Urmensch es geschafft hat, die Energie von Licht- und Hitzewellen einzufangen, zählt zu den grössten Errungenschaften in der Geschichte der Menschheit.»

BeobachterNatur: Gavin Pretor-Pinney, viele Menschen sitzen am Meer und betrachten die Wellen. Warum haben gerade Sie ein Buch darüber geschrieben?
Pretor-Pinneys: Schon in der Schule war ich ein Wissenschaftsfan. In Oxford habe ich dann zuerst Philosophie und Psychologie studiert. Später besuchte ich Central Saint Martins, die Kunstschule in London, und wurde Grafiker. Was mich immer am meisten interessiert hat, sind die Dinge in unserem Alltag, an die wir uns so sehr gewöhnen, dass wir sie kaum mehr wahrnehmen. Dabei merkt man bald, dass sich da eine Welt auftut, die so spannend und exotisch ist wie die, derentwegen wir auf die andere Seite des Erdballs reisen.

BeobachterNatur: Die Wellen der Meere verändern sich ständig, sie sind weder greifbar noch solid, und doch steckt eine ungeheure Kraft in ihnen.
Pretor-Pinneys: Wenn man an einem Gewässer sitzt und den Wellen zuschaut, hat man intuitiv das Gefühl, Wellen seien Wasser, das sich auf einen zubewegt. Dann sieht man eine Möwe auf dem Wasser. Sie bewegt sich zwar mit den Wellen auf und ab, bleibt aber am selben Ort sitzen. Es ist also nicht das Wasser, das sich fortbewegt – was sich fortbewegt, ist Energie. Es ist ein eigenartiges Gefühl, Energie auf diese Weise, quasi im Fluss, wahrzunehmen. Man sieht, wie Materie von Energie erfasst wird, und darum eignen sich Wellen auch so gut als Metapher für Dinge, die uns erfassen, ohne dass wir Kontrolle darüber ausüben können. Wellen von Emotionen zum Beispiel, die uns überwältigen.

BeobachterNatur: Wellen haben für mich so etwas Vergängliches. Empfinden Sie das auch so?
Pretor-Pinneys: Ja, und ich glaube, das ist ein Grund dafür, dass Menschen oft in eine nachdenkliche Stimmung verfallen, wenn sie den Wellen zuschauen. Jede kleine Welle ist ein kleiner Tod. Eine gewaltige Energie, die weit draussen auf hoher See durch einen Sturm initiiert wurde, versickert hier. Man kommt auf Gedanken wie: Wo stehe ich in meinem Leben? Wohin wird es mich noch führen? Dazu kommt das unaufhörliche Rauschen der Wellen, eine Art natürliches Mantra, ein Geräusch, das von jeder neuen Welle wiederholt wird und doch nie exakt dasselbe ist. Auch das hilft, eine meditative Stimmung zu kreieren. Dabei ist es aber gar nicht so, dass diese Wellen tatsächlich vor unseren Augen sterben. Es ist nur ihre Energie, die eine neue Form annimmt. Die seismischen Wellen, die von grossen Wasserwellen ausgelöst werden, lassen Seismographen selbst 200 Kilometer im Landesinnern ausschlagen.

BeobachterNatur: Wie entsteht eine Welle im Meer?
Pretor-Pinneys: Wenn die Windgeschwindigkeit einen Meter pro Sekunde erreicht, wird die Wasseroberfläche ganz leicht aufgewühlt. Bald sieht man diamantenförmige Netze von winzigen Wellen, die über die Wasseroberfläche tanzen und im Englischen «cat’s paws», Katzenpfoten, genannt werden.Viele verschwinden gleich wieder, andere wachsen und bilden eine immer grössere Fläche, an der der Wind ansetzen kann. Wenn er stärker wird, wachsen die Wellen. Bald spülen sie chaotisch durcheinander, und es dauert nicht lange, bis sie die Höhe von einem Meter übersteigen, steiler werden und weisse Schaumkrönchen bilden, die man auf Englisch «whitecaps» nennt. Hält der Sturm lang genug an, sind die Wellen fünf Meter und höher. Das Wasser wird nun von weissen Schaumadern durchzogen, es sieht aus wie Marmor. Die weissen Krönchen haben sich in der Schiffersprache zu weissen Pferden gewandelt; schon in der Antike hiessen sie so.

BeobachterNatur: Wie alt wird eine Welle?
Pretor-Pinneys: Wenn der Wind sich legt, tritt die Welle in eine neue Phase. Dank der Energie, die der Wind in ihr gespeichert hat, kann sie sich aus eigenem Antrieb fortbewegen. Man sieht nun kaum noch Krönchen, die Wellen rollen in regelmässigen Abständen und werden langsam kleiner. Wenn Wellen in diesem Zustand aus anderen Richtungen aufeinanderstossen, peitschen sie sich nicht mehr gegenseitig auf, sie rollen durcheinander wie Gespenster. Zu Ihrer Frage nach dem Alter: Wellen, die von einem Sturm am Südpol herrührten, konnte man zwei Wochen später 11'000 Kilometer entfernt in Yakutat, Alaska, registrieren.

BeobachterNatur: Was passiert in einer Welle?
Pretor-Pinneys: Das Wasser rollt wie eine Walze, aber an Ort. Stellen Sie sich vor, Sie stehen im Wasser, und eine Welle kommt auf Sie zu. Zuerst werden die Füsse nach vorne gezogen. Dann hebt es Sie nach oben, Sie werden leicht rückwärtsgetrieben und mehr oder weniger wieder am Anfangsort abgesetzt.

BeobachterNatur: In welche Tiefe reicht die Wellenkraft?
Pretor-Pinneys: Pardon, aber jetzt wirds technisch: Als eine Wellenlänge wird die Distanz zwischen den Spitzen zweier Wellen bezeichnet. Die Wirkung von Wellen ist bis zu einer halben Wellenlänge unter der Wasseroberfläche zu spüren, wobei als Wasseroberfläche das Mittel zwischen Wellental und Wellenspitze gilt.

BeobachterNatur: Sprichwörtlich glätten sich Wellen, wenn man Öl darauf giesst. Was hat es damit auf sich?
Pretor-Pinneys: Auch der vielseitig interessierte Benjamin Franklin beschäftigte sich mit dieser Frage. Er hatte beobachtet, wie das eine von zwei Schiffen auf hoher See von Wellen umgeben war, das andere nicht. Die Erklärung eines Seemanns, man habe dort wohl soeben das Fischöl ausgegossen, reichte ihm nicht. So liess er sich einen Spazierstock herstellen, in dessen Knauf er Öl aufbewahren konnte für den Fall, dass er die These einmal testen könnte. Tatsächlich trat die Situation ein, und zwar ausgerechnet in einem Londoner Park, wo es einen Weiher gab, an dem Franklin bei starkem Wind vorbeikam. Und siehe da – der wellenglättende Effekt des Öls war sofort sichtbar. Öl vermischt sich nicht mit dem Wasser, verändert aber die Oberflächenspannung, was die Bildung der winzigen Kapillarwellen verlangsamt, die vom Wind aufgepeitscht werden. Dazu braucht es nur wenig Öl. Eine aufgepeitschte See wird dadurch nicht besänftigt. Aber es kann möglicherweise darüber entscheiden, ob eine Welle hoch genug ist, um über das Schiff hereinzubrechen oder nicht.

BeobachterNatur: Wellen sind überall. Das Spektrum reicht von den Signalen im Gehirn – man spricht von Delta- oder Betawellen –, über Schall- und Druckwellen bis hin zu den Bugwellen, die unter anderem den Überschallknall auslösen. Ganz zu schweigen von Modewellen und der «La-Ola-Welle» in den Sportstadien. Wie definieren Sie eine Welle?
Pretor-Pinneys: Die stichhaltige Definition einer Welle würde wohl die Form einer mathematischen Gleichung annehmen. Nicht unbedingt eine gute Ausgangslage für ein Buch, wie ich es im Sinn hatte. Meine Definition ist denn auch sehr locker. Für mich gilt alles als Welle, was im Volksmund als solche bezeichnet wird.

BeobachterNatur: Also auch das kuriose Phänomen auf der Autobahn? Wenn man plötzlich wie von einer Welle von einem Stau erfasst wird, für den es keine offensichtliche Erklärung gibt, und auf einmal ungestört weiterfahren kann.
Pretor-Pinneys: Aber sicher! Professor Yuki Sugiyama leitet die mathematische Gesellschaft für Verkehrsfluss an der Universität Nagoya in Japan und hat in diesem Zusammenhang ein faszinierendes Experiment durchgeführt. Er liess 22 Autos in gleichmässigen Abständen mit einer Geschwindigkeit von 30 Kilometern pro Stunde im Kreis fahren. Schon nach kurzer Zeit begannen sich die Abstände scheinbar grundlos zu verändern. Ein Fahrer tippte kurz die Bremse an, der dahinter tat es auch, aber ein bisschen mehr, und derjenige dahinter noch mehr. So entwickelte sich unweigerlich ein Stau. Man hat inzwischen sogar herausgefunden, dass ein solcher Stau pro Stunde über 20 Kilometer weit wandert. Wenn er sich um elf Uhr in der Nähe von Solothurn bildet, befindet er sich um zwölf Uhr bei Biel.

BeobachterNatur: Schallwellen bewegen sich im Wasser schneller vorwärts als in der Luft. Warum haben ausgerechnet Fische keine Ohren – sie könnten sie doch ausgezeichnet nutzen?
Pretor-Pinneys: Fische haben sehr wohl Ohren, aber sie sind im Innern ihres Körpers versteckt. Die Dichte von Fischfleisch ist ungefähr gleich wie die von Wasser. Schallwellen bewegen sich im Fisch also mit derselben Geschwindigkeit fort wie im Wasser. Deswegen braucht ein Fisch keine äusseren Hörorgane.

BeobachterNatur: Wenn es neblig ist, scheinen weit entfernte Geräuschquellen näher zu sein, als sie tatsächlich sind. Liegt das daran, dass Schallwellen sich dank den Wassertropfen im Nebel schneller bewegen?
Pretor-Pinneys: Nein. Dieses Phänomen hängt damit zusammen, dass sich Schallwellen in warmer Luft schneller fortbewegen als in kalter. Normalerweise ist die Luft unmittelbar über der Erde am wärmsten und wird nach oben kälter. Bei Nebel ist es umgekehrt. Dies bewirkt, dass die Schallwellen anders gebrochen werden und darum über weitere Distanzen hinweg wahrnehmbar sind.

BeobachterNatur: Könnte es Arten von Wellen geben, die noch unentdeckt sind? Wellen zum Beispiel, die in Verbindung stehen mit Poltergeistern und anderen paranormalen Ereignissen?
Pretor-Pinneys: Ich vermute, dass sich solche Vorgänge oft ganz rational erklären lassen, wenn man sie genauer untersucht. Interessant sind in diesem Zusammenhang gewisse Studien über Infraschall. Das sind tiefe Schallwellen unter 20 Hertz, die der Mensch nicht mehr hört, die in gewissen Körperteilen aber eine Resonanz auslösen und unangenehme Gefühle zur Folge haben können. Die amerikanische Raumfahrtbehörde Nasa war sehr besorgt, als sich zeigte, wie Infraschallwellen sich auf Astronauten auswirkten: Man entdeckte unter anderem, dass der Augapfel bei 18 Hertz zu vibrieren beginnt, was Halluzinationen auslösen kann. Forscher von der Universität Coventry untersuchten drei Orte, wo man unerklärbare Erscheinungen beobachtet hatte. Überall stellten sie Infraschallwellen im Bereich zwischen 19 und 20 Hertz fest. In einem Fall war dies einwandfrei auf eine defekte Klimaanlage zurückzuführen.

BeobachterNatur: Haben Sie beim Recherchieren besondere Überraschungen erlebt?
Pretor-Pinneys: Es gab Überraschungen zuhauf. Besonders gestaunt habe ich über den Pistolenkrebs. Das Tier ist bloss ein paar Zentimeter lang. Aber mit seiner Schere kann es einen enorm konzentrierten Wasserstrahl erzeugen. Der Strahl hinterlässt eine Dampfblase, die mit einer derartigen Gewalt implodiert, dass eine Druckwelle ausgelöst wird, die ein Beutetier betäuben kann. Der Vorgang treibt die Temperatur punktuell eine Millisekunde lang auf 4700 Grad Celsius hoch – das ist fast so heiss wie die Sonne. Den resultierenden Blitz kann das menschliche Auge zwar nicht erkennen, er ist aber mittels hochsensibler Videokameras festgehalten worden.

BeobachterNatur: Was hat Sie bei der Arbeit an Ihrem Buch am meisten zum Staunen gebracht?
Pretor-Pinneys: Ein ganz grosser Moment war der, als ich erkannte, dass Wellen eben nicht einfach aufhören, wenn sie die Küste erreichen. Das brachte mich zur Überzeugung, dass auch mein Buch nicht dort aufhören konnte, sondern noch viele andere Wellen behandeln musste. Doch leider konnte ich ein staunenswertes Phänomen nicht ins Buch bringen, weil es zu kompliziert geworden wäre. Ich hatte von den sogenannten Gravitationswellen gehört. Das sind Wellen im Weltall, deren Existenz Einstein voraussagte, es hat sie aber noch nie jemand messen können. Ich kontaktierte Professor Kip Thorne in Kalifornien, eine der Koryphäen in Gravitationsphysik. Ich traf ihn daheim bei Stephen Hawking in Cambridge. Zusammen mit einigen anderen Experten sassen wir beim Abendessen und diskutierten das Thema Gravitationswellen. Derzeit ist ein grosses Experiment geplant. Mehrere Satelliten werden Tausende von Kilometern voneinander entfernt im All platziert. Mittels Laserstrahlen sollte es dann möglich sein, zu messen, wie die Gravitationswellen auf ihrem Weg durchs All gestaucht und gestreckt werden. Ich gebe zu: Der Versuch, sich dies vorzustellen, kann einen ziemlich konfus machen.

BeobachterNatur: Auf der Suche nach den schönsten Wellen sind Sie schliesslich doch noch in Hawaii auf einem Surfbrett gelandet. Gibt es dort wirklich die schönsten Wellen?
Pretor-Pinneys: Es sind nicht unbedingt die höchsten Wellen, aber auf jeden Fall sind sie sehr schön. Hawaii hat die ideale Distanz zu den Sturmgebieten, so dass die Wellen noch gross sind. Weil das Meer vor der Küste flacher wird, stossen die Wellen auf Widerstand, was dazu führt, dass sich ihre Spitzen überschlagen. Das sind Bedingungen, die Surfer lieben. Hinzu kommen die lokale Kultur, der schöne Strand, die Cocktails und natürlich die Tatsache, dass hier das Surfen geboren wurde. All das schafft ein wunderbares Erlebnis. Auf offener See gibt es jedoch noch weit höhere Wellen. Besonders berüchtigt unter Seefahrern ist das Meer vor dem Kap der Guten Hoffnung in Südafrika, das ursprünglich ja auch Kap der Stürme hiess.

BeobachterNatur: Welche persönlichen Einsichten hat Ihnen die Wellenforschung gebracht?
Pretor-Pinneys: Wäre ich früher nach Hawaii gekommen, hätte ich die Wellen dort wohl nicht als so gross empfunden. Doch durch meine Arbeit wuchsen die hawaiianischen Wellen für mich. Denn sie bekamen eine metaphorische Qualität, nachdem ich mich mit all den anderen Wellen beschäftigt hatte, angefangen mit denen, die beim Herzschlag eine Rolle spielen.

BeobachterNatur: Und wie hat Ihnen das Surfen gefallen?
Pretor-Pinneys: Es hat mir zu einer Erkenntnis ganz anderer Art verholfen. Ich liess mir das Surfen vom legendären Mark Cunningham erklären. Er ist unterdessen ein älterer Herr, bewegt sich im Wasser aber so leicht wie ein Delphin. Ich hingegen stellte mich mit dem Surfbrett völlig unbedarft an. Als ich so unter die Wellen gerissen wurde und das Wasser über mir erblickte, merkte ich, dass mich dieses Gefühl viel mehr interessierte als das Surfen. Ich bin kein Eroberer. Ich bin ein Beobachter. Der Maler John Constable sagte: «Man sieht etwas erst dann wirklich, wenn man es versteht.» Der Dichter John Keats glaubte hingegen, die Magie eines Regenbogens zum Beispiel gehe verloren, wenn man erklären könne, wie er entstanden sei. Ich gehe ganz mit Constable einig. Je mehr wir uns mit den kleinen Dingen in unserer Umgebung auseinandersetzen, den Dingen, die wir schon lange nicht mehr beachten, desto faszinierender werden sie. Die winzigen Wellen eines Weihers sind genauso interessant wie die gigantischen Brecher von Hawaii. Letztlich war meine Reise nach Hawaii keine physische Reise, sondern eine Reise im Geist.