Kohärentes Wasser: Was die Forschung wirklich misst

Kohärentes Wasser ist ein Begriff aus dem Marketing, nicht aus dem Lehrbuch der Physik – und wer wissen will, was daran gemessen ist, bekommt eine dreiteilige Antwort. Erstens: Flüssiges Wasser ist ein Netz aus Wasserstoffbrücken, das sich unablässig umbaut. Nach der schnellsten dazu veröffentlichten Messung verliert es die Erinnerung an seine eigene Struktur innerhalb von 50 Femtosekunden, also in 0,00000000000005 Sekunden. Zweitens: Geordnetes Wasser existiert dort, wo eine Oberfläche die Ordnung erzwingt – an Proteinen umfasst das im Kern 1 bis 2 Moleküllagen, an bestimmten Gelen wurden Zonen in der Größenordnung von 100 Mikrometern beobachtet und von mehreren Arbeitsgruppen unabhängig reproduziert. Drittens: Die Deutung dieser Zonen als eigene, dauerhaft kohärente Phase des Wassers ist fachlich umstritten; eine konkurrierende Erklärung gilt in der jüngsten Übersichtsarbeit als überzeugender. Was die Forschung also misst, ist Ordnung, die an Oberflächen gebunden und sehr kurzlebig ist. Ein durchgehender Beleg von dieser Ordnung bis zu einer Wirkung im Menschen liegt nicht vor. Dieser Text trennt beides: das Gemessene von der Deutung.

Was Kohärenz in der Physik überhaupt bedeutet

Kohärenz bezeichnet in der Physik einen festen Phasenbezug zwischen Schwingungen, der über eine bestimmte Zeit und eine bestimmte Strecke erhalten bleibt. Zwei Größen machen den Begriff greifbar: die Kohärenzzeit und die Kohärenzlänge. Beide sind zwei Sichten auf dasselbe, denn sie hängen über die Lichtgeschwindigkeit von rund 300.000 Kilometern pro Sekunde zusammen. Bei einem Laser liegen sie je nach Bauart im Bereich von Zentimetern bis zu mehreren Kilometern – deshalb lässt sich mit Laserlicht ein Interferenzmuster erzeugen, das über weite Strecken stabil bleibt.

Wie weit die Kohärenz verschiedener Systeme reicht, zeigt ein Vergleich in Größenordnungen:

System	Kohärenzzeit	Kohärenzlänge
Stabilisierter Laser	Mikrosekunden	mehrere Kilometer
Helium-Neon-Laser	rund 1 Nanosekunde	20 bis 30 Zentimeter
Licht einer Glühlampe	wenige Femtosekunden	unter 1 Mikrometer
Struktur in flüssigem Wasser	50 Femtosekunden	wenige Moleküldurchmesser

Auf Wasser übertragen ist die Frage damit präzise gestellt: Über welche Zeit und über welche Strecke behalten Wassermoleküle einen festen Bezug zueinander? Eine Femtosekunde entspricht dabei 0,000000000000001 Sekunden. Genau das ist messbar, und genau das ist gemessen worden.

Im Alltagsgebrauch meint der Ausdruck „kohärentes Wasser“ meist zwei sehr verschiedene Dinge, die selten auseinandergehalten werden:

• Die Struktur des Wasserstoffbrückennetzes – ein etabliertes, seit Jahrzehnten mit Spektroskopie untersuchtes Forschungsfeld.
• Sogenannte Kohärenzdomänen – eine theoretische Hypothese aus der Quantenfeldtheorie, die außerhalb eines kleinen Kreises von Vertretern keine Anerkennung gefunden hat.

Für die Frage nach dem Körper ist der Maßstab wichtig: Der menschliche Körper besteht zu etwa 60 Prozent aus Wasser, und in einem einzigen Milliliter befinden sich rund 33 Trilliarden Wassermoleküle. Bei 20 Grad Celsius sorgt die Wärmebewegung dafür, dass jedes einzelne davon fortlaufend neue Nachbarn findet.

Beide Bedeutungen benutzen dasselbe Wort und stehen auf völlig unterschiedlicher Beleglage. Wer eine Aussage über kohärentes Wasser einordnen will, klärt deshalb zuerst, welche der beiden gemeint ist.

Wie lange eine Struktur im flüssigen Wasser Bestand hat

Ein Wasserstoffbrückennetz ist die Gesamtheit der schwachen Bindungen, mit denen sich Wassermoleküle über ihre Wasserstoffatome wechselseitig festhalten. Dieses Netz ist nicht starr: Bindungen brechen und bilden sich fortlaufend neu. Die entscheidende Frage lautet, wie lange eine einmal eingenommene Anordnung erhalten bleibt.

Eine Arbeitsgruppe um Michael L. Cowan hat diese Frage 2005 mit mehrdimensionaler Infrarot-Spektroskopie an gewöhnlichem Wasser beantwortet und dafür eine besonders dünne Messzelle gebaut. Die so beobachtete Netzdynamik lief um mehr als das 10-Fache schneller als in früheren Studien. Das Ergebnis der Messung fassen die Autoren im Abstract selbst zusammen:

„liquid water essentially loses the memory of persistent correlations in its structure within 50 fs.“

Sinngemäß: Flüssiges Wasser verliert die Erinnerung an dauerhafte Zusammenhänge in seiner Struktur im Wesentlichen innerhalb von 50 Femtosekunden. — Cowan, M. L. et al., Ultrafast memory loss and energy redistribution in the hydrogen bond network of liquid H2O, Nature 434, 199–202 (2005), PubMed 15758995

Diese Zahl ordnet das gesamte Thema ein. Zum Vergleich einige Zeitspannen im selben Maßstab:

Vorgang	Größenordnung
Strukturgedächtnis von flüssigem Wasser	50 Femtosekunden
Lebensdauer einer einzelnen Wasserstoffbrücke	rund 1 Pikosekunde
Umorientierung eines Wassermoleküls	rund 2 Pikosekunden, also etwa 40-mal länger
Ein einzelner Herzschlag	rund 0,8 Sekunden

Zwischen dem Strukturgedächtnis des Wassers und einem Herzschlag liegen rund 13 Größenordnungen. Eine Ordnung, die im Wasser selbst über Stunden oder Tage fortbestünde, wäre mit diesem Befund nicht vereinbar.

Warum gelöste Stoffe das Wassernetz nicht dauerhaft umbauen

Ein Strukturbildner ist nach einer älteren Lehrmeinung ein gelöster Stoff, der das Wasserstoffbrückennetz über seine unmittelbare Nachbarschaft hinaus ordnet oder aufbricht. Diese Vorstellung stammt aus Beobachtungen an makroskopischen Eigenschaften: Salzlösungen sind zäher als reines Wasser, und daraus wurde geschlossen, das Salz müsse das Netz insgesamt umbauen.

Die Amsterdamer Arbeitsgruppe um Huib J. Bakker hat diesen Schluss 2003 direkt überprüft. Gemessen wurde die Orientierungs-Korrelationszeit von Wassermolekülen in drei Salzlösungen mit Femtosekunden-Spektroskopie – also die Zeit, die ein Molekül braucht, um sich neu auszurichten. Das Ergebnis fiel eindeutig aus:

„The addition of ions had no influence on the rotational dynamics of water molecules outside the first solvation shells of the ions.“

Sinngemäß: Die Zugabe von Ionen hatte keinen Einfluss auf die Rotationsdynamik der Wassermoleküle außerhalb der ersten Hydrathülle. — Omta, A. W., Kropman, M. F., Woutersen, S., Bakker, H. J., Negligible effect of ions on the hydrogen-bond structure in liquid water, Science 301, 347–349 (2003), PubMed 12869755

Der Effekt endet also nach der ersten Molekülschicht. Wie weit die Beeinflussung an großen Biomolekülen reicht und über welche Zeitskalen sie läuft, hat die Übersichtsarbeit von Damien Laage, Thomas Elsaesser und James T. Hynes 2017 zusammengetragen: Die Dynamik der Hydrathülle erstreckt sich von Femtosekunden bis in den Mikrosekundenbereich, bleibt räumlich aber im Wesentlichen auf die ersten Schichten begrenzt (Chem Rev 117, 10694–10725, 2017). Wie sich das im Inneren einer Zelle auswirkt, behandelt der Beitrag zelluläre Hydration ausführlicher.

Was die Hypothese der Kohärenzdomänen behauptet

Eine Kohärenzdomäne ist in dieser Hypothese ein Bereich von rund 100 Nanometern Durchmesser, in dem Wassermoleküle gemeinsam mit dem elektromagnetischen Feld schwingen und dadurch einen dauerhaft geordneten Zustand bilden sollen. Formuliert wurde die Idee ab den späten 1980er-Jahren von den italienischen Physikern Emilio Del Giudice und Giuliano Preparata im Rahmen der kohärenten Quantenelektrodynamik.

Wie die Vertreter ihre eigene Annahme beschreiben, zeigt eine Arbeit aus dem Jahr 2002:

„water molecules in the liquid and solute ions are involved in their ground state in coherent ordered configurations“ und Ionen könnten sich „in the interstices between water coherence domains“ stoßfrei bewegen.

Sinngemäß: Wassermoleküle und gelöste Ionen befänden sich in ihrem Grundzustand in kohärent geordneten Anordnungen, und Ionen bewegten sich in den Zwischenräumen zwischen den Kohärenzdomänen. — Del Giudice, E., Fleischmann, M., Preparata, G., Talpo, G., On the „unreasonable“ effects of ELF magnetic fields upon a system of ions, Bioelectromagnetics 23, 522–530 (2002), PubMed 12224056

Redlicherweise gehört die Einordnung dazu: Diese Hypothese ist kein Bestandteil der etablierten Physik des Wassers. Sie wurde überwiegend von einem kleinen Kreis von Autoren publiziert, sie steht in erkennbarer Spannung zu den 50 Femtosekunden aus der direkten Messung, und eine unabhängige experimentelle Bestätigung der postulierten Domänen liegt nicht vor. Wer sich auf „Kohärenz“ im Wasser beruft, beruft sich in aller Regel auf diesen Strang – und damit auf eine Hypothese, nicht auf einen Messbefund.

Was an der Ausschlusszone gemessen und was gedeutet ist

Eine Ausschlusszone ist ein Bereich neben einer wasserliebenden Oberfläche, aus dem gelöste Teilchen und eingebrachte Mikrokügelchen verdrängt werden. Beobachtet wurde das Phänomen 2003 von Jian-ming Zheng und Gerald H. Pollack an Polymer-Gelen: Die Kügelchen blieben aus einer Zone in der Größenordnung von 100 Mikrometern ausgeschlossen – ein Vielfaches dessen, was die herkömmliche Theorie erwarten ließ (Long-range forces extending from polymer-gel surfaces, Physical Review E 68, 031408, 2003, DOI 10.1103/PhysRevE.68.031408).

Sechs Jahre später zeigte dieselbe Gruppe, dass sich diese Zone durch eingestrahltes Licht umkehrbar und abhängig von der Wellenlänge vergrößern lässt (J Phys Chem B 113, 13953–13958, 2009). Pollack deutet die Zone seither als vierte Phase des Wassers mit eigener, geordneter Struktur.

Genau an dieser Deutung setzt die Kritik an. Eine Übersichtsarbeit von Daniel C. Elton und Kollegen hat 2020 die Experimente und die konkurrierenden Erklärungen systematisch geprüft. Ihr Befund ist zweigeteilt und deshalb so aufschlussreich:

„Schurr's theory based on diffusiophoresis presents a compelling alternative explanation for the core EZ phenomenon.“

Sinngemäß: Schurrs auf Diffusiophorese gestützte Theorie stellt eine überzeugende Alternativerklärung für das Kernphänomen der Ausschlusszone dar. — Elton, D. C., Spencer, P. D., Riches, J. D., Williams, E. D., Exclusion Zone Phenomena in Water, International Journal of Molecular Sciences 21, 5041 (2020), PMC7404113

Das Phänomen ist demnach real und mehrfach unabhängig bestätigt. Strittig ist allein seine Ursache – und die vorgeschlagene Alternative kommt ohne eine neue Phase des Wassers aus.

Wo die Belegkette zum menschlichen Körper reißt

Eine Belegkette ist die lückenlose Folge von Messungen, die von einer Laborbeobachtung bis zu einer Aussage über den Menschen führt. Für das Thema kohärentes Wasser lässt sich genau angeben, an welchen Stellen diese Kette heute noch offen ist. Drei Lücken sind zu nennen:

1. Der Ort. Ausschlusszonen wurden an definierten künstlichen Oberflächen wie Nafion-Membranen und Polymer-Gelen gemessen. Ein Nachweis vergleichbarer Zonen im lebenden Gewebe unter physiologischen Bedingungen steht aus.
2. Die Zeit. Die gemessenen 50 Femtosekunden Strukturgedächtnis und biologische Vorgänge im Sekundenbereich liegen rund 13 Größenordnungen auseinander. Wie eine Ordnung diese Kluft überbrücken sollte, ist ungeklärt.
3. Die Wirkung. Eine kontrollierte Untersuchung am Menschen, die eine veränderte Wasserstruktur mit einem gemessenen körperlichen Endpunkt verbindet, ist uns nicht bekannt.

Daraus folgt eine schlichte Konsequenz für die Sprache: Aus den hier zitierten Arbeiten lässt sich keine gesundheitsbezogene Aussage ableiten, und dieser Artikel trifft daher keine. Ordnung im Wasser ist ein spannendes physikalisches Thema mit realen, reproduzierten Befunden. Sie ist bislang kein belegter Wirkweg im Körper – und diese Unterscheidung offen zu benennen, ist keine Schwäche des Themas, sondern die Voraussetzung dafür, dass man ihm noch glauben kann.

Wie du eine Aussage über kohärentes Wasser selbst prüfst

Eine überprüfbare Aussage ist eine Aussage, die eine Quelle, eine Messgröße und eine Größenordnung nennt. Fehlt eines dieser drei Stücke, lässt sich die Aussage weder bestätigen noch widerlegen. Vier Fragen genügen, um das Feld selbst zu sortieren:

Frage	Was eine belastbare Antwort enthält
Über welche Zeitspanne?	Eine Zahl mit Einheit, etwa Femtosekunden oder Sekunden
Über welche Strecke?	Nanometer, Mikrometer oder Zentimeter – nicht „im ganzen Wasser“
Wer hat das gemessen?	Autor, Journal, Jahr; nachschlagbar über PubMed oder einen DOI
Wurde es unabhängig wiederholt?	Mindestens eine Arbeitsgruppe ohne Beteiligung der Erstautoren

Angewandt auf diesen Text: Die 50 Femtosekunden bestehen alle vier Prüfungen. Die Ausschlusszone besteht die ersten drei und die vierte für das Phänomen, nicht für seine Deutung. Die Kohärenzdomänen bestehen die vierte Prüfung nicht.

Dieser Maßstab gilt auch für uns. Qi Blanco arbeitet in einem Feld, in dem viel behauptet und wenig belegt wird, und hat davon keinen Vorteil: Ein Versprechen, das der Prüfung nicht standhält, beschädigt am Ende die ganze Idee. Was wir an Belegen zusammengetragen haben, steht offen einsehbar unter Studien.

Häufige Fragen zu kohärentem Wasser

Ist kohärentes Wasser wissenschaftlich anerkannt?

Der Begriff selbst ist in der Fachliteratur nicht etabliert. Anerkannt und vielfach gemessen sind die Struktur und die Dynamik des Wasserstoffbrückennetzes sowie geordnete Hydratschichten an Oberflächen. Nicht anerkannt ist die Vorstellung großflächiger, dauerhafter Kohärenzdomänen im flüssigen Wasser.

Wie lange hält eine geordnete Struktur im Wasser?

Im freien Wasser verliert die Struktur ihre Korrelationen nach rund 50 Femtosekunden. An einer Oberfläche kann eine geordnete Schicht dagegen bestehen bleiben, solange die Oberfläche vorhanden ist – die Ordnung gehört dort allerdings zur Grenzfläche und nicht zum Wasservolumen.

Gibt es die Ausschlusszone wirklich?

Ja, das Phänomen wurde von mehreren Gruppen unabhängig reproduziert. Umstritten ist nicht seine Existenz, sondern seine Erklärung: Die Übersichtsarbeit von Elton und Kollegen aus dem Jahr 2020 hält die Deutung über Diffusiophorese für überzeugender als die Annahme einer vierten Phase des Wassers.

Wirkt kohärentes Wasser im Körper?

Für eine solche Aussage fehlt die Belegkette. Es gibt keine uns bekannte kontrollierte Untersuchung am Menschen, die eine veränderte Wasserstruktur mit einem gemessenen körperlichen Endpunkt verbindet. Wer eine Wirkung behauptet, sollte gefragt werden, welche Messung an welchem Endpunkt er meint.

Woran erkenne ich unseriöse Aussagen zu diesem Thema?

Ein verlässliches Merkmal ist das Fehlen von Größenordnungen. Wo weder Zeitspanne noch Reichweite noch eine nachschlagbare Quelle genannt wird, handelt es sich um eine Behauptung, nicht um einen Befund.

Kernaussagen auf einen Blick

• Flüssiges Wasser vergisst seine eigene Struktur innerhalb von 50 Femtosekunden – das ist der am direktesten gemessene Wert zur Frage, wie lange Ordnung im Wasser Bestand hat (Cowan et al., Nature 2005).
• Gelöste Ionen ordnen das Wassernetz nicht über die erste Hydrathülle hinaus. Die ältere Vorstellung von Strukturbildnern und Strukturbrechern hat die direkte Messung nicht bestätigt (Omta et al., Science 2003).
• Geordnetes Wasser gibt es an Oberflächen. An Proteinen umfasst es im Kern 1 bis 2 Moleküllagen, an Polymer-Gelen wurden Ausschlusszonen von rund 100 Mikrometern beobachtet.
• Das Phänomen der Ausschlusszone ist unabhängig bestätigt, seine Deutung nicht. Die Übersichtsarbeit von 2020 hält eine Erklärung über Diffusiophorese für überzeugender als eine vierte Phase des Wassers.
• Kohärenzdomänen sind eine Hypothese ohne unabhängige experimentelle Bestätigung und stehen in Spannung zu den gemessenen Zeitskalen.
• Von der Physik des Wassers führt derzeit keine belegte Kette zu einer Wirkung im Menschen. Wer das Gegenteil behauptet, müsste eine Messung an einem körperlichen Endpunkt vorlegen.

Quellen und weiterführende Literatur

Alle Belege sind an der jeweiligen Stelle im Text verlinkt. Vollständige Angaben:

• Cowan, M. L., Bruner, B. D., Huse, N. et al.: Ultrafast memory loss and energy redistribution in the hydrogen bond network of liquid H2O. Nature 434, 199–202 (2005). DOI 10.1038/nature03383.
• Omta, A. W., Kropman, M. F., Woutersen, S., Bakker, H. J.: Negligible effect of ions on the hydrogen-bond structure in liquid water. Science 301, 347–349 (2003). DOI 10.1126/science.1084801.
• Laage, D., Elsaesser, T., Hynes, J. T.: Water Dynamics in the Hydration Shells of Biomolecules. Chemical Reviews 117, 10694–10725 (2017). DOI 10.1021/acs.chemrev.6b00765.
• Del Giudice, E., Fleischmann, M., Preparata, G., Talpo, G.: On the „unreasonable“ effects of ELF magnetic fields upon a system of ions. Bioelectromagnetics 23, 522–530 (2002). DOI 10.1002/bem.10046.
• Zheng, J. M., Pollack, G. H.: Long-range forces extending from polymer-gel surfaces. Physical Review E 68, 031408 (2003). DOI 10.1103/PhysRevE.68.031408. PMID 14524770.
• Chai, B., Yoo, H., Pollack, G. H.: Effect of radiant energy on near-surface water. Journal of Physical Chemistry B 113, 13953–13958 (2009). DOI 10.1021/jp908163w.
• Elton, D. C., Spencer, P. D., Riches, J. D., Williams, E. D.: Exclusion Zone Phenomena in Water – A Critical Review of Experimental Findings and Theories. International Journal of Molecular Sciences 21, 5041 (2020). DOI 10.3390/ijms21145041.