Wie viele Kalorien hat ein schwarzes Loch?

Vor Jahren sagte ein Freund zu mir: „Wie schaffst du es als Physikerin durch die Welt zu gehen? Du musst doch ständig die Welt um dich betrachten und denken: Wow, es ist unfassbar, was die Natur da tut!“ Nicht notwendig zu sagen: Er war Philosophiestudent.

Eigentlich kann ich sehr gut durch die Welt gehen. Ich stelle die Natur relativ selten in Frage. Ich erinnere mich aber noch, wie ich als Teenagerin einmal einen Physik-Wow-Moment hatte, der mich ziemlich beschäftigt hat.

Damals habe ich mit einem Bierdeckel rumgespielt (ich sagte ja, Teenager, womit sonst?) und das Ende ausgefranst. Dann habe ich ihn mir ganz nah vors Gesicht gehalten und auf die Kante geschaut. Eigentlich müsste ich nun, dachte ich mir, doch einen harten, dünnen Strich sehen. Doch stattdessen sah ich einen fließenden Verlauf von Bierdeckel-Weiß zu Wand-Grün. Und ich dachte mir: Hm? Warum ist das so? Der Bierdeckel ist doch entweder da oder nicht da, er kann doch nicht „ein bisschen“ in meinem Blickfeld sein? (Hier deutete sich schon die Quantenphysikerin in mir an.)

Nun ja, Raketenwissenschaft war das nicht gerade. Das Phänomen heißt Lichtbrechung und resultiert aus der Welleneigenschaft von Licht. Aber es hat mich verblüffend lang beschäftigt und wahrhaftig fasziniert.

Welches Lebensmittel hat die meisten Kalorien?

Ich denke es lohnt sich, manchmal auf diese kleinen Phänomene zu blicken, den Wow-Moment im Alltag zu finden und sich auch mal dumme Fragen zu stellen.

Ihr ahnt es: Neulich hatte ich so eine dumme Frage im Kopf. Ich saß in einem Café und aß ein hervorragendes Schoko-Törtchen. Schokolade, Sahne, Teig und Himbeeren in der Mitte – köstlich! Der logische Gedanke, der mir beim Essen kam, war: Was ist wohl das Lebensmittel mit den meisten Kalorien? Gibt es das überhaupt?

Margarine und Lebertran

Ganz naiv hatte ich mit meiner Törtchen-Begleitung überlegt: Erdnussbutter? Butter? Öl? Benjamin-Blümchen-Torte? Klingt nach einem guten Ansatz.

Wer sich schon einmal mit Bodybuilding, oder allgemeiner, Kraftsport und Muskelaufbau beschäftigt hat, hat eventuell schon einmal die Faustregel gehört: 1g Eiweiß oder Kohlenhydrate haben 4kcal, Fett hat 9kcal.

Tatsächlich lässt sich der Kaloriengehalt einfach berechnen, wenn man sämtliche Mikro- (Vitamine und Mineralstoffe) und Makronährstoffe (Eiweiß, Kohlenhydrate, Fett) in einem Lebensmittel kennen würde. Das heißt den größten Kaloriengehalt hätte ein Lebensmittel mit maximalem Fettanteil. Pi mal Daumen müssten wir mit reinem Fett also auf gut 900kcal pro 100g Lebensmittel kommen.

Einigen Fetten sind aber noch weitere Stoffe zugesetzt. Man denke an die Joghurt-Halbfett-Margarine. Ein 250g-Päckchen Butter – die Lieblingseinheit der Inflations-Beobachtenden – enthält nur knapp 200g Fett! Daneben Wasser und je knapp 1-2g Eiweiß und Kohlenhydrate. Damit kommen wir auf schlappe 730kcal pro 100g. Olivenöl hingegen kommt bereits auf 91g Fett pro 100g und 800kcal.

Wo aber ist der heilige Fett-Gral? Auf einen Spitzenwert von 901kcal pro 100g kommen: Kokosöl, Schweineschmalz und Lebertran! Hier wird nichts verschwendet.

Eine Kontemplation über Lebertran

Benutzt eigentlich noch jemand Lebertran? Was macht man damit? Ich bekomme dabei einen starken David Copperfield-Vibe (das Waisenkind, nicht der Zauberer), von einem kränklichen Kind, das mit Lebertran aufgepäppelt wird. Woher genau dieses Bild kommt kann ich mir nicht erklären.

Lebertran ist eine braune Flüssigkeit, die aus der Leber von Fischen gewonnen wird (nicht etwa dem Tran, also Fischöl, von Walen). 1824 entdeckten Wissenschaftler gesundheitsförderliche Eigenschaften von Lebertran, zum Beispiel gegen Rachitis, die durch Vitamin-D-Mangel ausgelöst wird, und Lebertran hat einen hohen Vitamin A- und D-Gehalt. Ob ich heute bei Vitamin-D-Mangel zu Fisch-Leber-Saft greifen würde, mag ich aber bezweifeln. Aber genug zu Lebertran.

Joule: Von Bier zur Physik

War’s das nun? 901kcal pro 100g? Nicht schlecht, aber ich glaube da geht noch was. Dazu überlegen wir uns, was Kalorien eigentlich sind: nämlich eine Energieeinheit. Die in der Physik übliche Einheit sind jedoch Joule.

Ein Joule ist die Energie, die ich aufwenden muss, um eine Tafel Schokolade einen Meter anzuheben.

James Prescott Joule war übrigens ein… interessanter Mensch. Er lebte im 19. Jahrhundert und war eigentlich Bierbrauer, genau wie seine Familie vor ihm. Manche meinen, die Brauerei hat ihn erst dazu motiviert sich mit Physik und Chemie zu beschäftigen, um die Abläufe zu verbessern. Er soll sehr experimentierfreudig gewesen sein, und seine Augenbrauen weggesprengt, Drachen im Gewitter steigen lassen und ein Dienstmädchen mit Elektroschocks in die Bewusstlosigkeit getrieben haben. Ob das mit einem erhöhtem Bierkonsum zusammenhing ist nicht überliefert.

Was ist eine Kalorie?

Wer sich die Kalorienangabe auf einer Tafel Schokolade anschaut wird sehen, dass dort auch der Energiegehalt in Joules angegeben ist. Eigentlich sollte der Standard für die Angabe des Brennwertes eines Lebensmittel lange von Kalorien auf Joules geändert werden, doch wer kann mit 2200kJ schon viel anfangen?

Das Problem mit den Kalorien ist, dass sie nicht eindeutig definiert sind. Eigentlich klingt die Definition ganz logisch:

Eine Kalorie bezeichnet die Wärmemenge, die benötigt wird, um ein Kilogramm Wasser um 1°C zu erwärmen.

Das Problem ist, dass diese Wärmemenge von vielen Faktoren abhängt: Luftdruck, Temperatur, Zusammensetzung des Wassers, … Eine Kalorie auf dem Mount Everest ist sehr viel kleiner, als eine Kalorie auf dem Boden. Aber natürlich ändert das nichts daran, wie viel Speck ich ansetze, wenn ich eine Tafel Schokolade gegessen habe. Die sogenannte thermochemische Kilokalorie (also eigentlich 1000 Kalorien), die dafür relevant ist, wie unser Körper mit Energie umgeht, wurde deshalb definiert als: 1kcal = 4184J. Exakt.

Wie misst man Kalorien?

Wie finden Lebensmittelhersteller:innen raus, wie viele Kalorien in einem Produkt sind? Probe-Esser? Das klingt nicht nach dem schlechtesten Job der Welt. Aber nein, sie verwenden ein Bombenkaloriemeter und das ist ungefähr so cool wie es klingt!

Dafür stecken die Forscher:innen eine bestimmte Menge des Stoffs, für den sie den Brennwert bestimmen wollen, in einen Stahlcontainer und sprengen es weg! Das passiert natürlich unter ganz wissenschaftlichen Bedingungen, der Container ist mit Sauerstoffgas gefüllt, drumherum ist wohltemperiertes Wasser, das ganze ist isoliert und so weiter, aber letztendlich zünden sie die Probe an und bomben sie weg. Danach wird gemessen, wie stark sich das Wasser erwärmt hat, also wie viel Energie dabei frei wurde.

Das Problem bei dieser Methode ist, dass der Körper einem Lebensmittel – oder Gegenstand – nicht seine gesamte Energie entziehen kann. Klopapier brennt ziemlich gut, ist aber nicht besonders nahrhaft. Der sogenannte physiologische Brennwert, der auf den Lebensmitteln draufsteht, ist deshalb kleiner als der physikalische, den wir durch wegsprengen erhalten.

Wie viel Kalorien hat ein schwarzes Loch?

Wir sind hier aber in der Physik und über Verdauung und Stoffwechsel kann euch jemand anders viel besser was erzählen. Ich interessiere mich eher für den physikalischen Brennwert, also den reinen Energiegehalt von Lebensmitteln oder Gegenständen. Wie kann ich den Kaloriengehalt von Lebertran überbieten?

Einstein hat uns gelehrt: Energie und Masse sind äquivalent. Wenn Masse in Energie umgewandelt wird, kommt dabei ziemlich viel Energie raus. Unsere Sonne tut dies seit 4 Milliarden Jahren und ist noch lange nicht erschöpft. Das Objekt mit der höchsten Energiedichte muss also das Objekt mit der höchsten Massedichte sein und das ist – ihr ahnt es – ein schwarzes Loch!

Den Kaloriengehalt zu berechnen ist tatsächlich ganz einfach. Wir benutzen Einsteins berühmte Gleichung . Dabei ist die Masse, also 100g, und ist die Lichtgeschwindigkeit, knapp 300 Millionen Meter pro Sekunde. Das sind Joules oder:

2 Billionen Kilokalorien

Brennwert von 100g schwarzem Loch

Das sind 240 Millionen Liter Lebertran (unsere neuen Standard-Energieeinheit für den Brennwert). Ein schwarzes Loch mit 100g Masse hätte einen Radius von m. Ein Proton hat einen Radius von m – es ist also… sehr viel größer. Unser 100g-schwarzes-Loch verhält sich zu einem Proton wie ein Proton zu einem Sesamkorn.

Es ist nicht ausgeschlossen, dass so kleine schwarze Löcher existieren können. Man schätzt, dass schwarze Löcher so klein werden können wie die Planck-Länge – die fundamental kleinste Länge, die möglich ist – aber nicht kleiner, weil auf kleineren Längen Quanteneffekte dominieren (und ihr dachtet ich könne den Bogen zur Quantenphysik nicht mehr schlagen). Damit hätte das kleinst-vorstellbare schwarze Loch eine Masse von nur 22 Mikrogramm. Dieses hätte knapp 470 000 kcal – so viel wie 52 Liter Lebertran!

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