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(German) Warum ist das Weltall dunkel?

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Ist das Universum endlich?

Zu jener Zeit waren die Teleskope noch nicht so leistungsfähig.

Also zurück zu Keplers Idee eines kleinen statischen, endlichen Universums mit nicht so vielen vielen Sternen darin. Aber solch ein statisches Universum hätte ein kleines Problem: die Schwerkraft. Die Anziehungskraft zwischen allen Planeten und Sternen würde mit der Zeit dazu führen, dass sie zueinander hin gezogen werden und das Universum schließlich in sich zusammenfällt.

Unser Universum würde scheinbar schrumpfen – denn ein solch endliches Universum würde aufgrund der Anziehungskräfte mit der Zeit immer kleiner werden und schliesslich kollabieren. Das Universum muss also unendlich gross sein – aber wenn dem so ist, müsste es ja auch unendlich viele Sterne geben, der nächtliche Himmel dürfte also gar nicht dunkel sein. Vertrackt, nicht wahr?

Zu jener Zeit waren die Teleskope noch nicht so leistungsfähig und man dachte, dass die winzigen Lichtkleckse die man durch sie sieht, nur Nebel sind innerhalb unserer eigenen Galaxie. Bis Edwin Hubble mit einem viel leistungsfähigeren Teleskop erkannte, dass diese Flecken tatsächlich ganze Galaxien jenseits unserer Milchstraße waren! Wenn sich diese Galaxien auf uns zubewegen, dachte er, wäre das ein ziemlich guter Hinweis darauf, dass das Universum kollabiert und wir in einem endlichen, statischen Universum leben, genau wie Kepler sagte.

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Was hat Hubble gefunden?

Aus einem expandierenden Universum ergeben sich überraschende Konsequenzen.

Tatsächlich bewegen sich die Galaxien nicht auf uns zu. Das Universum kollabiert also nicht. Es steht aber auch nicht still – nein, er fand heraus, das sich die Galaxien tatsächlich von uns weg bewegen. Und zwar um so schneller, je weiter die Galaxie entfernt war! Eine ziemliche Überraschung.

💡 Nicht die Galaxien selbst bewegen sich von uns weg – es ist der Raum selbst, der expandiert. Da der Raum selbst, im Gegensatz zu allen anderen Objekten im Universum (einschliesslich Licht), keinem Geschwindigkeitslimit unterliegt, können sich Galaxien sogar mit Überlichtgeschwindigkeit auseinander bewegen. Dabei sind es nicht die Galaxien selbst, die sich bewegen, sondern der Raum um sie herum – ähnlich einem Hefeteig, in dem Rosinen sitzen und der sich beim Backen ausdehnt.

Warum dehnte sich das Universum aus? Und wenn es sich ausdehnt, dann muss es damals, vor langer Zeit, ja auch kleiner gewesen sein. Dann wären alle Galaxien, Sterne und Planeten quasi zusammengequetscht, und noch weiter in der Zeit zurück die gesamte existierende Materie zu einem einzigen Punkt komprimiert gewesen. Und was könnte all diese Materie in Bewegung gesetzt haben? Eine Art gigantischer Explosion vielleicht? Eine Art Urknall? Das ist es, was Kosmologen glauben. Es ist die berühmte Urknalltheorie. Man nimmt an, das vor etwa 14 Milliarden Jahren das Universum aus einer gigantischen Explosion entstand.

Zurück zu unserem Problem: warum ist der Himmel nachts so dunkel? Nun, es gibt zwei sehr wichtige Konsequenzen, die sich aus einem expandierenden Universum ergeben.

Die erste: wenn man Wassertropfen in eine Badewanne fallen lässt, erzeugt jeder Tropfen, wenn er auf das Wasser trifft, eine Welle. Diese Wellen breiten sich gleichmässig aus. Aber was, wenn wir unsere Hand ins Wasser halten und diese hin und her bewegen? Dann sehen wir, das sich die von unserer Hand verursachten Wellen in Bewegungsrichtung stauchen, ähnlich dem Schall vor einem Düsenjet, der kurz davor ist, die Schallmauer zu durchbrechen. Dieses Phänomen nennt man den Dopplereffekt.

Es ist derselbe Effekt, der auftritt, wenn ein Krankenwagen an uns vorbeifährt. Kommt er auf uns zu, nehmen wir seine Schallwellen komprimiert war, der Ton ist höher. Fährt er von uns weg, wird der Ton tiefer, weil sich der Abstand der Schallwellen, von unserem Punkt aus gehört, vergrössert. In ähnlicher Weise geschieht genau das mit Licht, das von fernen Sternen kommt. Denn Licht ist ja ebenfalls eine Welle.

Auf der nächsten Seite: Von sichtbarem und unsichtbarem Licht

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