Kosmologisch E-Book

Harald Lesch

• Herausgeber: Komplett-Media Verlag
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2017

Seitenzahl: 235

Beschreibung

Wie entstanden aus dem heißen Anfang unsere Milchstraße und alle anderen Galaxien? Und wann und warum bildete sich Leben auf der Erde?Astrophysiker und ZDF-Moderator Harald Lesch erklärt, wie die Königin der Kräfte, die Schwerkraft, Sterne und Galaxien formte. Außerdem zeigt er, wie unter widrigsten Bedingungen Leben auf unserem Planeten entstehen konnte, der damals noch ganz anders war, als der heutige: heiß, mit dichter Atmosphäre und mit täglichen Vulkanausbrüchen.Fachlich auf den Punkt und mit hohem Unterhaltungswert führt Harald Lesch vom Urknall bis zur Entstehung des Lebens auf dem blauen Planeten, genannt Erde.

Leseprobe

HARALD LESCH

KOSMO LOGISCH

HARALD LESCH

KOSMO LOGISCH

DER ANFANG VON ALLEM DIE ENTSTEHUNG DES HIMMELS VOM STEIN ZUM LEBEN

Originalausgabe

1. Auflage 2017

Verlag Komplett-Media GmbH

2017, München/Grünwald

www.komplett-media.de

eBook-ISBN: 978-3-8312-6934-1

Lektorat: Klaus Kamphausen

Korrektorat: Redaktionsbüro Diana Napolitano, Augsburg

Umschlaggestaltung: Guter Punkt, München

Satz: Daniel Förster, Belgern

eBook-Herstellung und Auslieferung: Brockhaus Commission, Kornwestheimwww.brocom.de

Für die Mitarbeit an diesem Buch bedanke ich mich herzlich bei Klaus Kamphausen.

INHALT

KOSMO-LOGISCH

DER ANFANG VON ALLEM

DIE ENTSTEHUNG DES HIMMELS

VOM STEIN ZUM LEBEN

ANHANG: Auszüge aus Harald Leschs »Uni Auditorium«-Reihe

ÜBER DEN AUTOR

KOSMO-LOGISCH

Alexander von Humboldts zentrales Werk heißt »Kosmos – Entwurf einer physischen Weltbeschreibung«. Grundlage waren 16 öffentliche Vorträge, die der Naturforscher im Winter 1827/28 im großen Saal der Berliner Singakademie hielt. Diese Vorlesungen zählen zu den Sternstunden der Geschichte der Wissenschaftspopularisierung oder der Public Understanding of Science, wie man heute sagen würde. Das Besondere an diesen Vorlesungen: Humboldt erreichte Menschen ganz unterschiedlicher Herkunft. Das soziale Spektrum reichte vom Maurermeister bis zu König Friedrich Wilhelm III. Der Eintritt war frei. Auch einkommensschwache Bevölkerungsgruppen hatten so die Chance, sich mit den Ergebnissen naturwissenschaftlicher Forschung auseinanderzusetzen. Beispiellos: Die hohe Besucherzahl. Wie berichtet wird, konnten in jeder Vorlesung mehr als 800 Besucher, darunter auffallend viele Frauen, gesichtet werden.

Auch ein zeittypischer Macho-Witz machte die Runde: »Der Saal fasste nicht alle Zuhörer, und die Zuhörerinnen fassten nicht den Vortrag.« Darüber lachte »Mann« vor 200 Jahren.

Friedrich Wilhelm Heinrich Alexander von Humboldt (1769–1859)

Bildnachweis: Alexander von Humboldt, Gemälde von Joseph Karl Stieler, 1843, wikimedia, gemeinfrei

Humboldts Vorträge an der Singakademie bildeten die Grundlage für sein späteres Werk »Kosmos«, in welchem er schreibt: »Wissen und Erkennen sind die Freude und die Berechtigung der Menschheit.« Wissen und Erkennen – nicht als Produktionsfaktor, nicht als Ressource, nicht als Humankapital, nicht als individuelle Pflicht und Anforderung, für die Schule oder für das Leben lernen zu müssen, sondern als Freude und Berechtigung, weil es einfach schön ist, etwas zu erkennen, weil es Freude bereitet, an der Welt etwas besser zu verstehen.

Harald Lesch versucht, etwas von diesem humboldtschen Anspruch unter den Bedingungen der Wissensgesellschaft einzulösen. Wie kommt einer, der 1960 in Hessen als Sohn eines Gastwirts geboren wurde dazu, sich für Astrophysik zu interessieren?

Dazu eine Selbstauskunft:

»Als die Amerikaner auf den Mond geflogen sind, war ich neun.«

BILDNACHWEIS: Komplett Media

Ich bin 1960 geboren. Das heißt, als die Amerikaner auf den Mond geflogen sind, war ich neun. Und heute weiß man, dass Kinder in diesem Alter außerordentlich empfindsam sind für Richtungsentscheidungen. Wenn da was Wichtiges passiert in ihrem Leben, dann ist es das, was sie leiten wird. Ich bin in einer Zeit aufgewachsen, in der man der Technik viel zugetraut hat.

Die Zukunftsvisionen der 1960er-Jahre – wie es im Jahr 2000 aussehen wird – sind bombastisch gewesen. Ich war sehr von der amerikanischen Weltraumfahrt beeindruckt. Das hat mich schon sehr früh interessiert. Die Astronauten waren ja auch Helden, das waren Jungs, echte Bringertypen, würde man sagen. Die waren auch das, was man heute unter »cool« versteht. Das war einfach Klasse. Dass die zum Mond geflogen, da oben gelandet sind, das hat mich durchgeknetet bis zum Gehtnichtmehr. Natürlich wäre ich am liebsten Astronaut geworden, aber das hat nicht geklappt.

Da gibt es eine nette Anekdote am Rande: Ich hatte einen Brief mit Passfoto von mir an die NASA geschickt. Dazu muss man wissen, dass ich seit meinem dritten Lebensjahr eine Brille trage. Und die NASA schrieb tatsächlich zurück: Erstens nehmen wir keine deutschen Astronauten und zweitens keine Brillenträger. Damit war für mich der Fall erledigt. Sie empfahlen mir aber, ich solle doch dann Astronom werden. Ich habe mich dann relativ früh entschlossen, Physik zu studieren und muss sagen: Es war gut so.

DER ANFANG VON ALLEM

Eine kurze und knappe Geschichte der Entstehung des Universums. Ausgangspunkt ist der Blick in den Sternenhimmel. Die Reise geht bis an den Tag ohne Gestern.

Ich werde in drei Vorlesungen etwas tun, was der große Alexander von Humboldt in seinem Werk »Entwurf einer physischen Weltbeschreibung«1 zusammengefasst hat.

Das beeindruckt mich sehr, wie jemand im 19. Jahrhundert versucht hat, alles zusammenzusammeln, was man über die Welt weiß und es dann so darzustellen, dass es auch verständlich ist. Also zumindest bis zu dem gewissen Punkt, an dem man sagen kann:

»Ja, was die da sagen und denken, das klingt plausibel.«

Wir nähern uns dem Universum über die Literatur und zwar mit einem meiner absoluten Lieblinge, den »Bekenntnissen des Hochstaplers Felix Krull« von Thomas Mann. Es ist sein letzter Roman, leider unvollendet. Es geht um den Hochstapler Felix Krull. Der steigt in seiner Rolle als Marquis Louis de Venosta eines Tages in einen Zug nach Lissabon.

In diesem Zug trifft er Professor Kuckuck. Beide kommen ins Gespräch. In diesem Dialog erklärt Professor Kuckuck Felix Krull alias Marquis Louis de Venosta die Welt. Unter anderem damit, dass er mit der Kosmologie, die ich auch gleich aufmachen werde, richtig tief in die Kiste greift.

Professor Kuckuck erklärt Folgendes: »Ohne Zweifel, sagte er, sei nicht nur das Leben auf Erden eine verhältnismäßig rasch vorübergehende Episode, das Sein selbst sei eine solche zwischen Nichts und Nichts. Es habe das Sein nicht immer gegeben und werde es nicht immer geben. Es habe einen Anfang gehabt und werde ein Ende haben, mit ihm aber Raum und Zeit, denn die seien nur durch das Sein und durch dieses aneinander gebunden. Raum, sagte er, sei nichts weiter als die Ordnung oder Beziehung materieller Dinge untereinander. Ohne Dinge, die ihn einnähmen, gäbe es keinen Raum und auch keine Zeit. Denn Zeit sei nur eine durch das Vorhandensein von Körpern ermöglichte Ordnung von Ereignissen, das Produkt der Bewegung, von Ursache und Wirkung, deren Abfolge der Zeit Richtung verleihe, ohne welche es die Zeit nicht gäbe. Raum- und Zeitlosigkeit aber, das sei die Bestimmung des Nichts. Dieses sei ausdehnungslos in jedem Sinn, stehende Ewigkeit, und nur vorübergehend sei es unterbrochen worden durch das raumzeitliche Sein. Mehr Frist, um Äonen mehr, sei dem Sein gegeben als dem Leben; aber einmal, mit Sicherheit, werde es enden, und mit ebenso viel Sicherheit entspreche dem Ende ein Anfang. Wann habe die Zeit das Geschehen begonnen? ›Wann‹, – Achtung! –, sei die erste Zuckung des Seins aus dem Nichts gesprungen kraft eines ›es werde‹, das mit unweigerlicher Notwendigkeit bereits das ›es vergehe‹ in sich geschlossen habe? Vielleicht sei das ›Wann‹ des Werdens gar nicht so lange her, das ›Wann‹ des Vergehens gar nicht so lange hin, nur einige Billionen Jahre her und hin vielleicht … Unterdessen feiere das Sein sein tumultuöses, ›das Wort habe ich nie wieder irgendwo gelesen, »sein tumultuöses Fest in den unermesslichen Räumen, die sein Werk seien und in denen es Entfernungen bilde, die von eisiger Leere starren.‹2

Meine Güte …

Die eisige Leere. Sie schauen nachts in den wolkenlosen Himmel und sehen Lichter. Man hat Ihnen gesagt, das seien Sterne. Ein paar wenige Planeten kommen hinzu. Jemand sagt Ihnen, diese Sterne seien Tausende, um nicht zu sagen Abertausende von Lichtjahren von uns entfernt. Das sollte Sie schon aufmerksam machen. Wie kann das sein? Wie kann es sein, dass zwischen diesen Sternen und Ihrem Auge nichts ist, was das Licht verschluckt hat? Bedeutet das tatsächlich gähnende Leere? In der Tat.

Wenn es da draußen etwas gäbe, was das Licht absorbiert, dann würden wir von den Sternen nichts sehen. Das heißt, ein einfacher Blick in den Nachthimmel sagt bereits, das da oben ist ganz anders, als alle Science-Fiction Geschichten uns erzählen wollen.

Science-Fiction Geschichten leben davon, dass immer irgendwas passiert. Die Jungs und die Mädels fliegen von hier unten los, und kaum sind sie irgendwo da draußen im Weltall, schon treffen sie andere Lebewesen, kommen in haarsträubende Gefahrensituationen … Alles Quatsch! Da draußen ist es total langweilig. Da ist überhaupt nichts los! Es gibt keinen öderen Platz als das Universum. Ich frage mich manchmal wirklich, warum ich Astronomie mache. Da oben strotzt das Nichts nur so vor abgrundtiefer Leere, und diese Leere wird immer größer. Gut, ich weiß, wir haben oft genug Parkplatzprobleme, und die Aussage, das Universum würde expandieren, stimmt damit nicht überein. Aber glauben Sie es mir, das Universum expandiert tatsächlich. Vor allen Dingen je weiter von uns entfernt, desto schneller.

BLICK IN DEN NACHTHIMMEL: Eisige Leere

BILDNACHWEIS: eso.org/public/archives/images/Fitzsimmons

Es ist tatsächlich so, wir haben da draußen in einem Kubikzentimeter Universum gerade einmal ein einziges Teilchen. Eins! Als Zahl: 1! Die mittlere Dichte des Universums ist sogar ein Teilchen pro Kubikmeter. Da ist überhaupt nix, also gar nix. Nichts.

Heidegger hat noch ein anderes Nichts im Sinn, wenn er von der Nichtigkeit des Lichtes spricht.

Im physikalischen Sinne wäre in einem Kubikzentimeter Universum gar kein Teilchen, sondern es fände sich erst in einem Kubikmeter. Denken Sie daran, hier bei uns auf der Erde sind in einem Kubikzentimeter Luft 100 Trillionen Teilchen! 100 Trillionen!

Wir schauen also in den nachtschwarzen Himmel und machen eine kosmologische Erfahrung. Frage: Wie kann man überhaupt etwas über das Universum erfahren? Die Antwort hätte sicherlich auch Humboldt erfreut: Wenn wir über das Universum reden, dann reden wir über Naturgesetze. Das sind die in mathematische Form gesetzten Periodizitäten, die Regelmäßigkeiten der Wiederholungen im Kosmos. Diese Naturgesetze funktionieren einfach.

In diesem Zusammenhang gibt es ein großes Missverständnis. Bei einer Kommissionssitzung der Europäischen Union wurde über die Stabilität des europäischen Stromnetzes gesprochen. Der Vortragende zitierte dabei immer wieder die sogenannten »Kirchhoffschen Gesetze«, die den Transport elektrischer Energie in Leitungen beschränken. Das hat er mehrfach getan. Einigen Abgeordneten hat das so nicht gefallen. Sie protestierten: »Wieso Gesetze? Gesetze kann man doch ändern!« Nun, Naturgesetze eben nicht.

Wir gehen davon aus, dass die Naturgesetze, die auf der Erde gelten, auch überall im Universum gültig sind. Das bedeutet, wir müssen uns zunächst einmal darüber klar werden, welche Naturgesetze haben wir denn?

Zum Beispiel die Schwerkraft. Wir brauchen also eine Theorie. Das Wort »Theorie« ist ein Fremdwort und bedeutet eigentlich »Schau«, um präzise zu sein »ein Schauen der Götter«. Wir brauchen also eine Theorie, um mit dieser Anschauung eine Hypothese zu entwickeln. Mit dieser Vorhersage können wir dann vielleicht eine Beobachtung machen, beziehungsweise ein Experiment, das die Hypothese entweder bestätigt oder abschießt.

Ich weiß nicht, ob Sie es wissen, aber von »Wahrheit« wissen wir in den Naturwissenschaften nichts zu sagen. Das heißt nicht, dass wir Lügner sind. Das heißt nur, dass wir nichts verifizieren können. Also glauben Sie mir kein Wort, schon gar nicht einen ganzen Satz. Zweifeln Sie. Nur so sind Sie auf dem richtigen Weg. Seien Sie kritisch, seien Sie vorsichtig, fragen Sie, haken Sie nach. Wenn Sie selbst etwas nicht verstehen, befragen Sie sich ruhig erst einmal selbst. Glaube ich das, oder glaube ich das nicht? Wir können immer nur Hypothesen überprüfen. Das heißt, alles, was ich Ihnen überhaupt erzählen kann, ist immer nur etwas über das Verfahren. Wir haben eine Hypothese und mit der konfrontieren wir das Universum. Wir schauen nach, ob diese Hypothese und ihre Vorhersagen zutreffen oder nicht. Wunderbar.

Wir kommen auf die Welt, und die Welt ist schon da. Das ist das grundsätzliche menschliche Problem. Man fängt ganz klein an und braucht eine ganze Weile, bis man überhaupt irgendwas versteht von der Welt.

Wenn man dann an die Grenzfragen kommt, die großen Themen, namentlich, wenn es um den Himmel geht, stellt man fest, meine Güte, was ist denn da los? Wie soll ich denn überhaupt irgendetwas Vernünftiges über so ein riesiges Etwas denken und sagen? Ich bin ja so klein und allein.

Jaques Monod schrieb in den 1970er-Jahren über Zufall und Notwendigkeit3 und meinte, wir seien am Rande einer uninteressanten Sonne, die sich irgendwo am Rande einer uninteressanten Milchstraße irgendwo am uninteressanten Rand eines uninteressanten Universums rumtreibt. Das können Sie vergessen. Meiner Meinung nach ist das ein ganz besonderer Platz, an dem wir uns aufhalten: 1. Reihe!

Sie werden sehen, dass sich das Universum unglaublich viel Arbeit gemacht hat, um das alles entstehen zu lassen.

Erinnern wir uns, die Naturgesetze, die wir von der Erde kennen, gelten überall im Universum. Das ist die zentrale Hypothese und ein maximaler Chauvinismus. Sie wissen ja, Chauvinismus ist der Glaube an die Überlegenheit der eigenen Gruppe. Das trifft auch auf uns Physiker zu. Es liegt wiederum daran, dass wir so wahnsinnig erfolgreich sind in dem, was wir tun. Es ist schon irre. Wenn man sich rund 400 Jahre Erdphysik anschaut und wie sich diese irdischen Erkenntnisse ins Universum hinaustransportieren ließen.

2011 wurde ein Nobelpreis für die Entdeckung einer merkwürdigen Form von Energie verliehen. Ich rede von der Dunklen Energie. Wir können sie nicht erklären, wissen nicht, wie sie aussieht, aber sie wurde entdeckt. Ich weiß nicht, ob Sie es schon bemerkt haben, Nobelpreise gibt es meistens für Entdecker. Erklärungen sind nachher nicht mehr so wichtig. Aber dass die Leute etwas entdecken, ist eine ganz wichtige Sache.

HINTERGRUNDSTRAHLUNG. Temperaturschwankungen in der Hintergrundstrahlung, aufgenommen durch die Raumsonde WMAP (Mission 2001–2010)

BILDNACHWEIS: WMAP Science Team, NASA

So wurde zum Beispiel die kosmische Hintergrundstrahlung von Leuten entdeckt, die davon überhaupt keine Ahnung hatten. Die haben alles Mögliche gesucht, nur nicht das. Die hatten sich nur einen Radioempfänger gebaut und eine Antenne reingehängt. Dann hat es gebrummt, was es nicht sollte. Das hat die zwei Forscher, Penzias und Wilson, wahnsinnig gemacht. Für das Rauschen in ihrem Empfänger haben die Pechvögel aber später einen Nobelpreis gekriegt. Die Astronomen-Kollegen waren ziemlich sauer. Ach du Schande, warum hatten die so viel Dusel? Man selbst hatte bisher seit Jahren vergeblich gesucht. Wunderbar.

Die Jungs, über die wir jetzt reden, haben auch einen Nobelpreis bekommen. Sie suchten wirklich nach dem, was sie dann auch fanden. Fangen wir an:

PANORAMA DER MILCHSTRASSE

Das fantastische 360°-Panorama zeigt den kompletten nördlichen und südlichen Sternhimmel und enthüllt damit die kosmische Landschaft, die unseren kleinen, blauen Planeten umgibt. Von der Erde aus sehen wir die Scheibe unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, von innen. Sie erscheint uns daher als Sternenband, das sich quer über den Nachthimmel zieht. In der Projektion des Giga Galaxy Zoom-Bilds der ESO verläuft dieses Band in Bildmitte waagerecht und erzeugt den Eindruck, als befänden wir uns außerhalb der Milchstraße. Die Hauptbestandteile der Milchstraße, von der Scheibe mit Dunkelwolken und hellen Nebelflecken bis hin zu den vergleichsweise kleinen Begleiter-Galaxien, werden dabei deutlich sichtbar. Da sich der Aufnahmezeitraum der Einzelbilder über mehrere Monate erstreckt hat, tauchen an mehreren Stellen Objekte des Sonnensystems auf und wandern durch die Sternfelder, wie zum Beispiel die hellen Planeten Jupiter und Venus.

BILDNACHWEIS: ESO/S. Brunier

1929 wurde die Kosmologie richtig interessant, weil Edwin Hubble, ein ehemaliger Rechtsanwalt und Preisboxer – der irgendwie zum Astronomen verkommen war – anfing, genau diese Physik, die in seiner Zeit entdeckt wurde, die Physik von den Atomen und ihrer Art und Weise, Licht abzugeben, zu verwenden. Er schaute sich an, wie sich Dinge im Universum verhalten. Edwin Hubble hat gemessen. Das kann man hier unten auf der Erde ja wunderbar machen …

Man nimmt ein Glasrohr und füllt ein Gas ein. Bei Erwärmung werden die Atome munter und beginnen ein heißes Tänzchen. Sie wissen ja, wie Atome so sind: Der Kern ist sehr klein, darum herum die Elektronenhüllen. Wenn die Atome richtig aufgeheizt werden, dann springen die Elektronen von einer Hülle zur anderen, oder von einem Energiezustand zum anderen. Dabei wird eine bestimmte Menge an Energie frei. Bei der Beobachtung des Sternenlichts zeigen sich Spektrallinien, die Rückschlüsse auf die Lichtquelle zulassen.

Ich muss das jetzt einschieben: 1929 wusste man gerade einmal neun Jahre, dass unsere Milchstraße nicht die einzige Galaxie im Universum ist. Bis dahin dachte man, diese Nebelfleckchen am Firmament seien irgendwelche Gasnebel. Dass es noch andere Galaxien neben unserer gibt, diese Erkenntnis setzte sich vor 100 Jahren erst so langsam durch. Diese riesigen Sternenansammlungen waren dann auch noch ziemlich weit entfernt, manche aberwitzig weit.

Um die Entfernung zu messen, schaute sich Edwin Hubble die Lichtspektren genau an. Dabei stellte er unerwartete Abweichungen fest. Je weiter die Galaxien entfernt waren, umso mehr waren die Spektrallinien ins Rote verschoben. Wie kann das sein? Hubble war ja nicht doof, er war Physiker und Rechtsanwalt. Da gibt es nur eine Erklärung: Ganz klar, es kann überhaupt nicht anders sein, wie soll es denn sonst sein?

Hubble kannte das Phänomen von Schallwellen. Wenn eine Polizeisirene auf einem Auto auf einen zukommt, dann wird der Ton höher. Bei der elektromagnetischen Strahlung des Lichts müsste sie also ins Blau verschoben werden. Wenn sich die Quelle weiter von einem wegbewegt, dann würde sie ins Rote verschoben werden, je weiter weg, desto röter. Ganz einfach. Hubble stellte darüber hinaus fest, Objekte, die am weitesten von uns entfernt sind, entfernen sich auch am schnellsten von uns.

Der amerikanische Astronom Edwin Powell Hubble (1889–1953) stellte als Erster einen direkten proportionalen Zusammenhang zwischen Rotverschiebung und Entfernung der Galaxien fest. Das bedeutete, dass sich Galaxien umso schneller von uns fortbewegen, je weiter sie entfernt sind. Die Größe, die diese Expansion beschreibt, ist die nach dem Astronomen benannte Hubble-Konstante H.

BILDNACHWEIS: Johan Hagemeyer, 1931, gemeinfrei

Aha! Das ist jetzt kritisch. Unser Gehirn ist Teil der Evolution. Das heißt, unser Erkenntnisapparat, der mit Hutgröße 59/60 oder so gemessen wird, ist ein Resultat dieser Welt, in der dieses Gehirn eben entstanden ist, offenbar als Evolutionsvorteil. Bei der Evolution gilt: Erfolg heiligt die Mittel! Evolution ist also immer eine Erfolgsgeschichte. Schauen Sie sich selbst an: Das ist alles nur Erfolg, Erfolg, Erfolg. Ansonsten wären wir alle gar nicht hier.

Sie kennen gewiss die Geschichte von den fliegenden Elefanten. Die gab es in grauer Vorzeit. Die waren aber zu schwer für die Jumbo-Luftfahrt und sind dauernd abgestürzt. So konnten sie sich nicht weiter vermehren. Deswegen sind die heute nicht mehr da. So würde man evolutionär argumentieren.

Unser Gehirn ist noch da und muss deshalb wohl ein Evolutionsvorteil gewesen sein.

An der Stelle fällt mir übrigens ein, denken Sie daran, die Expansion des Universums hat mit Expansionen, die man selbst so im Laufe seines Lebens erfährt, nichts zu tun. Da geht es nicht um Kosmologie, sondern es gilt der Volksmund, jedes Pfund muss durch den Mund. Und zwar ganz unabhängig davon, wie und wohin das Universum expandiert.

Unser Erkenntnisvermögen ist natürlich auch evolutionär angelegt. Wir kommen gar nicht umhin über gewisse Anschauungsräume nachzudenken, wir kommen über gewisse Bilder nicht hinaus. Kein Wunder also, dass wir immer versuchen, uns ein Bild zu machen, selbst wenn es noch so abstrakt wird. Die Naturgesetze sind mit der Mathematik formuliert. Das ist die Sprache, die es uns ermöglicht, in fremde Erfahrungsbereiche einzusteigen. Die Mathematik ist eine Strukturwissenschaft, die sich nicht notwendigerweise mit Strukturen beschäftigen muss, die auch existieren. Wir Physiker schon. Wir wollen über wirkliche Strukturen reden. In der Mathematik kann man sich über Strukturen Gedanken machen, die überhaupt nichts mit unserer Welt zu tun haben.

Obwohl wir Menschen evolutionär begründet sind, können wir uns kulturell weit über unseren Anschauungs- und Anpassungsraum hinaus in die Welt ausbreiten. Das ist eine großartige Sache. Kein anderes Lebewesen auf diesem Planeten kann das. Wir verfügen über Fähigkeiten, die weit darüber hinausgehen, um einfach nur zu überleben. Das führt allerdings auch dazu, dass wir Verantwortung für das haben, was wir tun. Wir können nicht sagen, wir sind nur Teil der Natur. Wir sind mehr. Die Evolution – vielleicht hat sie das gar nicht gewollt – hat eine Lebensform hervorgebracht, die über Fähigkeiten verfügt, bessere Dinge zu vollbringen, als die, die wir bis jetzt so zustande gebracht haben.

Kommen wir zurück zur Kosmologie und zu diesem Homo sapiens, der sich Folgendes vorstellt: Wenn das Universum offenbar eine gewisse Dynamik zeigt, dass Dinge sich umso schneller von uns weg bewegen, je weiter sie von uns entfernt sind, dann kann ich mir ein einfaches Modell machen: Ich nehme einen leeren Luftballon und verteile auf seiner Oberfläche gleichmäßig weiße Punkte. Dann blase ich den Ballon auf und sehe, dass sich die einzelnen Punkte voneinander fortbewegen. Es zeigt sich, dass diejenigen Punkte sich am schnellsten voneinander entfernen, die bereits am Anfang am weitesten voneinander entfernt waren.

Hubble sagte, dass seine Daten mit der Hypothese einer Expansion des Universums vereinbar wären. Eine wunderschöne Formulierung, die auch Thomas Mann nicht besser hinbekommen hätte. Der Konjunktiv wird ja auch sehr selten verwendet. Hubble sagte nicht, das Universum expandiert. Nein, er sprach von der Hypothese, dass das Universum expandiere.

Was kommt dabei heraus? Tja, die gesamte Kosmologie ist nichts anderes als eine Überprüfung dieser Hypothese. Das gilt auch für die Urknallhypothese. Also einen Knall, der keiner gewesen ist. Erstens war keiner da, der etwas hätte hören können, zweitens gab es kein Medium, das irgendeinen Schall hätte übertragen können.

Übrigens: Auch alle Bilder, die Sie jemals vom Urknall gesehen haben sind falsch. Der Urknall war dunkel und zappenduster. Es kann überhaupt nicht hell gewesen sein, nie im Leben. Zu der Zeit gab es überhaupt kein einziges sichtbares Photon. Nix, gar nix.

Wenn wir uns also überlegen, das Universum hätte tatsächlich eine Dynamik, bei der sich am Anfang die am weitesten voneinander gelegenen Punkte am schnellsten voneinander wegbewegen, dann heißt das, das Universum expandiert. Das ist der Kern des Urknallmodells. Wir haben eine Hypothese. Das ist der eine Mitspieler in dem Drama, der andere ist das experimentum crucis, das Experiment, das durch Beobachtung entscheiden soll: Universum, wie hältst du es mit der Expansion?

Expansion des Universums infolge des Urknalls.

BILDNACHWEIS: NASA / WMAP Science Team, gemeinfrei

Können Sie sich vorstellen, was es für die Leute bedeuten muss, die an solchen Theorien arbeiten, wenn im Experiment nicht das Erwartete rauskommt? Nie werden Sie am Large Hadron Collider am CERN hören: Ja, also, wir freuen uns, wenn wir das Higgs-Teilchen finden, aber es ist auch kein Drama, wenn es nicht auftaucht. Ich kann Ihnen versichern, wer 30 Jahre an einer Theorie arbeitet, der will dringend, dass der Beweis im Experiment erbracht wird – was dann auch geschah. Besser Higgs als nix.

DAS HIGGS-BOSON

Eine der großen Forschungsaufgaben am LHC im CERN bei Genf war die Suche nach dem Higgs-Boson, dem letzten noch nicht endgültig nachgewiesenen Teilchen des Standardmodells der Teilchenphysik. Am 4. Juli 2012 berichteten die Forschergruppen an den Detektoren ATLAS und CMS, dass sie ein neues Boson gefunden hätten. Weitere Messungen bestätigten, dass sich das Teilchen wie vom Higgs-Boson erwartet verhält.

Der Nachweis der Existenz des Higgs-Boson bestätigt, einfach gesagt, die Existenz des sogenannten Higgs-Feldes. Dieses Feld ist im Universum allgegenwärtig und führt durch Wechselwirkung mit den Elementarteilchen zu deren Masse.

Für die schon 1964 veröffentlichte Theorie wurden François Englert und Peter Higgs 2013 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Weil es eine gesetzliche Ordnung gibt, können wir etwas erkennen. Die Urknallhypothese hat zum Beispiel mehrere dieser Experimente vorgeschlagen, und sie haben funktioniert. 1929 hat Hubble diesen Satz gesagt. Ein paar Jahre vorher gab es übrigens auch schon ein paar Theorien dazu, darunter die allgemeine Relativitätstheorie. Einstein, Sie wissen schon.

Hubble hat die Hypothese aufgestellt, dass das Universum heute expandiere. Dann war es zwingend gestern kleiner. Vorgestern war es noch kleiner. Wir lassen das Universum langsam aber sicher schrumpfen. Wenn es kleiner wird, wenn sich die Dinge immer näher kommen, mehr von sich spüren, dann wird es wahrscheinlich auch heißer, über die Maßen heiß und dicht.

ALBERT EINSTEIN UND DIE RELATIVITÄTSTHEORIE

BILDNACHWEIS: Ferdinand Schmutzer, wikimedia, gemeinfrei

Albert Einstein (1879–1955), theoretischer Physiker und Genie, schuf mit der speziellen Relativitätstheorie im Jahr 1905 und der allgemeinen Relativitätstheorie im Jahr 1915 ein neues physikalisches Verständnis der Welt. Auf geniale Weise beschrieb er in seinen Theorien, wie Materie und Energie, Raum und Zeit sowie Gravitation miteinander in Beziehung stehen.

Die spezielle Relativitätstheorie beschreibt das Verhalten von Raum und Zeit aus der Sicht von Beobachtern, die sich relativ zueinander bewegen. Länge und Zeit hängen vom Bewegungszustand des Betrachters ab. Eine weitere bedeutende Konsequenz der speziellen Relativitätstheorie ist die Äquivalenz von Masse und Energie: E=mc2. Auf die spezielle Relativitätstheorie baut die allgemeine Relativitätstheorie auf, die die Gravitation auf eine Krümmung von Raum und Zeit zurückführt, die durch die Massen verursacht wird. Der in der Physik verwendete Ausdruck relativistisch bedeutet, dass eine Geschwindigkeit nicht vernachlässigbar klein gegenüber der Lichtgeschwindigkeit ist; die Grenze wird oft bei 10 Prozent gezogen. Bei relativistischen Geschwindigkeiten gewinnen die Effekte der speziellen Relativitätstheorie eine zunehmende Bedeutung, die Abweichungen von der klassischen Mechanik können dann nicht mehr vernachlässigt werden.

Und eben sehr, sehr klein. Wie ein Wassermolekül, wie ein Sauerstoffatom, wie ein Proton, das im Kern des Sauerstoffs steckt, wie ein Up- und Down-Quark. Ja, wie klein kann es denn sein?

Diese Frage ist übrigens schon von einem Griechen gestellt worden. Der große Aristoteles beschäftigte sich mit dem natürlichen Zustand der Materie, den hielt er für den der Ruhe. Die Dinge sollten sich nicht mehr weiter bewegen, wenn sie nicht bewegt werden. Aristoteles war offensichtlich ein anschaulicher Typ. Er ließ eine Kugel eine schiefe Ebene runterrollen. Die rollte erst und kam dann zum Stillstand. Wenn sie wieder bewegt werden soll, braucht es einen, der bewegt. Schön.

Aristoteles (384 v. Chr. – 322 v. Chr.) gilt als einer der großen Philosophen der griechischen Antike.

BILDNACHWEIS: Ludovisi Collection, wikimedia, gemeinfrei

Und was ist mit den leuchtenden Dingern am Himmel? Wer bewegt die?

Aristoteles führte Beweger ein, heißt, die Dinger am Firmament werden aktiv angestoßen. Als Erfinder der Logik stellte das Aristoteles natürlich sofort vor ein riesiges logisches Problem, den »infiniten Regress«. Wenn es einen Beweger gibt, der die Planeten oder Sterne bewegt, wer bewegt denn dann den Beweger? Dann gibt es ja vielleicht einen Beweger, der den Beweger bewegt. Vielleicht gibt es sogar einen Beweger des Bewegers des Bewegers des Bewegers. Dann gibt es ja nur noch Beweger! Also NEIN! Ich weiß nicht genau, was er damals ausgerufen hat. Wahrscheinlich nicht wie Archimedes, »Heureka«, sondern er stellte ganz schlicht fest, um hier Ruhe reinzubringen, postuliere ich einen unbewegten Erstbeweger. Das ist doch eine Lösung! Man schafft ein Problem und löst es dadurch, dass man es verneint. Das ist doch perfekt.

Ein unbewegter Erstbeweger ist natürlich keine wirklich gute Lösung. Wie gehen wir heute damit um?

Wir haben einige Theorien über die Welt, aus der Sie und ich bestehen. Eine der größten Ideen, die es seit dem 20. Jahrhundert gibt, wahrscheinlich die allergrößte, ist die vom Atom, griechisch atomos, unteilbar. Die Welt besteht also aus Teilchen. Die Hypothese, dass Atome existieren, hat sich sehr bewährt. Dann hat sich auch gezeigt, dass Atome aus Atomkernen bestehen. Inzwischen haben wir diese gespalten, in Bomben wie auch in Atomkraftwerken.

Auch die Hypothese, dass es Elektronen gibt, hat sich bewährt. Das heißt, wir schaffen es heute gedanklich sowie technisch, das könnte übrigens der beste Hinweis darauf sein, dass eine physikalische Theorie nicht völlig blödsinnig ist.

Eine Digitalkamera ist in Technik gegossene Quantenmechanik. Alle diese technischen Geräte, alle digitale Elektronik, jede laser-lichtverstärkende, stimulierte Emission, das ist alles Quantenmechanik. Patienten werden in den Computertomographen, in sogenannte CT-Scanner, geschoben: Quantenmechanik. Kernspintomographen: Quantenmechanik. Eigentlich bestehen wir, die Menschen, auch nur aus Atomen, also wieder Quantenmechanik. Das heißt, mit der Vorstellung, dass die Materie aus Atomen besteht, sind wir gut dabei. Wunderbar.

Die Menschheit hat gelernt, Atomkerne zu spalten. Das Foto zeigt die Explosion von »Fat Man« am 9. August 1945 über Nagasaki. Fat Man war eine Plutonium-Bombe und doppelt so stark wie »Little Boy«, die Uran-Bombe von Hiroshima.

Einen Tag nach dem Abwurf der Bombe über Nagasaki bot Japan die bedingungslose Kapitulation an. Sie trat am 14. August 1945 in Kraft. Der Zweite Weltkrieg war zu Ende, aber die Menschheit lebte von nun an im Schrecken vor der Bombe.

Robert Oppenheimer, wissenschaftlicher Leiter des Manhattan-Projekts, verlässt im November 1945 Los Alamos, den Ort, wo die ersten Atombomben entwickelt und gebaut worden waren: »Wenn die Atombomben den Arsenalen einer kriegerischen Welt hinzugefügt werden, dann wird die Zeit kommen, in der die Menschheit die Namen von Los Alamos und Hiroshima verfluchen wird. Die Völker dieser Welt müssen sich vereinigen oder sie werden untergehen.«

BILDNACHWEIS: National Archives, gemeinfrei

Niemand bestreitet, dass wir aus Atomen bestehen, oder?

Wir haben eine Technologie, die Kernspaltung, entwickelt. Und wir können ein Universum kreieren, das so klein ist wie ein Atomkern. Dafür haben wir eine gute Physik. Wir können das Universum beschreiben, wenn es so klein ist, wie ein Atomkern. Das ist beste Kernphysik. Das können wir. 1948 war genau das der Anlass für drei Amerikaner, eine Arbeit zu schreiben.