Verlag: Campus Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien Sprache: Deutsch Ausgabejahr: 2011

Erhalten Sie Zugriff auf dieses
und über 100.000 weitere Bücher
ab EUR 3,99 pro Monat.

Jetzt testen
30 Tage kostenlos

Sie können das E-Book in Legimi-App für folgende Geräte lesen:

Tablet  
Smartphone  
Lesen Sie in der Cloud®
mit Legimi-Apps.
Warum lohnt es sich?
Hören Sie in der Cloud®
mit Legimi-Apps.
Warum lohnt es sich?
Seitenzahl: 565

Das E-Book kann im Abonnement „Legimi ohne Limit+“ in der Legimi-App angehört werden für:

Android
iOS
Hören Sie in der Cloud®
mit Legimi-Apps.
Warum lohnt es sich?

Das E-Book lesen Sie auf:

E-Reader EPUB für EUR 1,- kaufen
Tablet EPUB
Smartphone EPUB
Computer EPUB
Lesen Sie in der Cloud®
mit Legimi-Apps.
Warum lohnt es sich?
Hören Sie in der Cloud®
mit Legimi-Apps.
Warum lohnt es sich?

Leseprobe in angepasster Form herunterladen für:

Sicherung: Wasserzeichen

E-Book-Beschreibung Das Buch der Universen - John D. Barrow

Jahrtausendelang war für uns Menschen das eigene Universum so unbegreiflich, dass der Gedanke an andere Welten unvorstellbar war. Erst die moderne Physik mit der Theorie der Multiversen schuf die Voraussetzung, andere, neue Universen zu beschreiben, wie sie nach den Gesetzen der Physik möglich sind. John Barrow zeigt uns die bislang entdeckten Lösungen für Einsteins Universumsgleichung in diesem faszinierenden Buch: rotierende und unberechenbare, sich aufblähende und schrumpfende, heiße und kalte, bucklige und glatte, flache Universen und solche mit einem Loch in der Mitte, Universen voller Leben und Universen, die plötzlich aufhören zu existieren. Eine spektakuläre Reise in die fantastischen Welten der modernen Kosmologie – und an die Grenzen unseres eigenen Vorstellungsvermögens.

Meinungen über das E-Book Das Buch der Universen - John D. Barrow

E-Book-Leseprobe Das Buch der Universen - John D. Barrow

John D. Barrow

Das Buch der Universen

Aus dem Englischen von Carl Freytag

www.campus.de

Information zum Buch

Jahrtausendelang war für uns Menschen das eigene Universum so unbegreiflich, dass der Gedanke an andere Welten unvorstellbar war. Erst die moderne Physik mit der Theorie der Multiversen schuf die Voraussetzung, andere, neue Universen zu beschreiben, wie sie nach den Gesetzen der Physik möglich sind. John Barrow zeigt uns die bislang entdeckten Lösungen für Einsteins Universumsgleichung in diesem faszinierenden Buch: rotierende und unberechenbare, sich aufblähende und schrumpfende, heiße und kalte, bucklige und glatte, flache Universen und solche mit einem Loch in der Mitte, Universen voller Leben und Universen, die plötzlich aufhören zu existieren. Eine spektakuläre Reise in die fantastischen Welten der modernen Kosmologie – und an die Grenzen unseres eigenen Vorstellungsvermögens.

Informationen zum Autor

Physiker, Kosmologe und Bestsellerautor John D. Barrow, Jahrgang 1952, ist Professor für Mathematik und Geometrie sowie Leiter des Millennium Mathematics Project an der Universität Cambridge. Neben seiner eindrucksvollen akademischen Karriere hat er zahlreiche Bücher veröffentlicht. Im Campus Verlag erschien von ihm »Das 1x1 des Universums« (2004) und »Einmal Unendlichkeit und zurück« (2006).

Impressum

Die englische Originalausgabe des Buches erschien 2011 unter dem Titel The Book of Universes bei The Bodley Head, Random House Group, London. Copyright © 2011 John D. BarrowDas Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung ist ohne Zustimmung des Verlags unzulässig. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen.Copyright © 2011. Alle deutschsprachigen Rechte bei Campus Verlag GmbH, Frankfurt am MainUmschlaggestaltung: Guido Klütsch, KölnUmschlagmotiv: © Mehan Kulyk/Science Photo LibraryISBN der Printausgabe: 978-3-593-39337-7E-Book ISBN: 978-3-593-41155-2www.campus.de

Für Tilly,

für die nochviele Universenkommen werden.

|11|Vorwort

»Irgendetwas Unbekanntes tut etwas,

doch wissen wir nicht was.«

Arthur S. Eddington1

Universen sind gerade der große Renner. Und dies ist ein Buch über Universen. Es ist eine Geschichte, die sich um eine ungewöhnliche Tatsache dreht, die im Hintergrund verborgen ist: die geniale Leistung Albert Einsteins, der uns gezeigt hat, wie man alle Universen beschreiben kann, die möglich sind. Zuvor hat man Tausende von Jahren die Struktur unseres Universums diskutiert. Jede Menge exotischer Bilder wurden entworfen, um es zu beschreiben und zu erklären. Die Resultate waren oft von religiösen, nationalistischen, künstlerischen und ganz persönlichen Vorurteilen geprägt. Im frühen 20. Jahrhundert änderten sich die Dinge aber plötzlich: Einstein zeigte uns, wie wir alle Universen, die mit den physikalischen Gesetzen und den Eigenschaften der Gravitation in Einklang stehen, beschreiben können. Er zeigte uns, wie wir ihre Vergangenheit rekonstruieren und ihre Zukunft vorhersagen können. Diese Universen aber wirklich zu finden, war keine leichte Aufgabe. Seit damals haben sich Astronomen, Mathematiker und Physiker damit abgemüht, Einsteins komplizierte Gleichungen zu lösen. Mein Buch ist diesem Ringen gewidmet – und den Möglichkeiten, die bei diesem Kampf aufgedeckt wurden.

Was für eine Galerie von Welten! Viele tragen den Namen der berühmtesten Naturwissenschaftler des 20. Jahrhunderts. Einige Universen blähen sich auf, andere kollabieren, einige rotieren wie ein Kreisel, während wieder andere völlig chaotisch sind. Manche sind perfekt geglättet und homogen, in anderen ist die Materie zusammengeklumpt oder wird von kosmischen Gezeiten in alle Richtungen geschüttelt. Einige oszillieren bis in alle Ewigkeit, andere werden leblos und kalt, wieder andere eilen auf eine Zukunft mit immer schnellerer Expansion zu und laufen aus dem Ruder. Es gibt Universen, die Zeitreisen in die Vergangenheit erlauben, während andere damit drohen, dass in einem endlichen Zeitabschnitt unendlich viele Dinge passieren. Nur ganz wenige erlauben, dass sich in ihnen Leben entwickelt, während der große Rest niemals von bewussten Wesen erforscht werden wird. Einige enden mit einem großen Knall, andere mit einem kläglichen Winseln. Wieder andere enden überhaupt nie.

|12|Das Buch setzt sich mit Universen auseinander, in denen sich die Gesetze der Physik von Zeit zu Zeit und von Ort zu Ort ändern können, mit Universen, die verborgene Zeit- und Raumdimensionen haben, mit Universen, die ewig existieren oder in Schwarzen Löchern leben, ohne Warnung sterben werden oder mit anderen kollidieren. Es wird um inflationäre Universen gehen und um Universen, die aus etwas ganz anderem entstehen – oder sogar aus dem Nichts. Nach und nach werden wir dann zu den neuesten und derzeit besten Beschreibungen unseres Universums vorstoßen, also des Universums, das wir heute beobachten können, und uns mit dem Konzept des Multiversums auseinandersetzen, dem Universum aller möglichen Universen, dessen Existenz die modernen physikalischen Theorien behaupten. Das sind dann die fantastischsten und am weitesten reichenden Spekulationen, die derzeit in den Naturwissenschaften zu finden sind. Sie konfrontieren uns mit der Frage, ob die Ausstellungsstücke in unserer Bildergalerie möglicher Universen wirklich existieren oder ob es vielleicht doch nur ein einziges Universum gibt, das diesen Namen verdient – nämlich unseres.

Es gibt eine Vielzahl von Büchern über Kosmologie und Astronomie, die sich mit einzelnen Aspekten von Universen wie ihrem Anfang und ihrem Ende, der dunklen Energie, der dunklen Materie, der inflationären Expansion und den Bedingungen für Leben auseinandersetzen. Mein Buch soll Ihnen, liebe Leserinnen und Leser, einen Überblick über ganze Universen und die Geschichte ihrer Entdeckung und Erforschung geben – wobei ich nicht vergessen werde, die Lebensgeschichten der Wissenschaftler zu erzählen, die das alles erforscht haben.

Mein besonderer Dank für die Hilfe bei der Abfassung des Texts, beim Sammeln der Abbildungen und für die vielen historischen Informationen gilt Katherine Ailes, Allen Attard, Donato Bini, Arthur Chernin, Hyong Choi, Pamela Contractor, Cecile DeWitt, Charles Dyer, Ken Ford, Carl Freytag, Gary Gibbons, Owen Gingerich, Jörg Hensgen, Bob Jantzen, Andrei Linde, Kay Peddle, Arno Penzias, Remo Ruffini, Doug Shaw, Will Sulkin, Kip Thorne und Don York. Ganz besonders danke ich Elizabeth für ihre liebevolle Unterstützung, unseren nun nicht mehr so jungen Kindern für ihre Fragen und meiner Enkeltochter, der ich dieses Buch widme.

John D. Barrow

|13|

1. Zur rechten Zeit am rechten Ort

»Es hat mich immer überrascht,

wenn mir ein junger Mann sagte,

er würde gern als Kosmologe arbeiten.

Ich meine, Kosmologie ist etwas,

was einen heimsucht, nicht etwas,

was man sich aussucht.«

William H. McCrea, irischer Astronom1

Zwei ältere Herren und das Universum

Der alte Herr, der langsam die Straße hinabging, sah aus wie immer – vornehm, aber ein wenig unkonventionell, ja fast unordentlich. Ein Europäer in Amerika, mit einem traurigen Gesichtsausdruck, entschlossen, aber ohne besonders auf seine Umgebung zu achten. Er zog die Aufmerksamkeit der Leute auf sich, wenn er sich höflich den Weg durch die Käufer bahnte und durch die Studentenmassen, die in die andere Richtung strömten, um nicht zu spät zu ihren Vorlesungen zu kommen. Jeder schien ihn zu kennen, aber er vermied es, die Blicke zu erwidern. Heute hatte er einen neuen Begleiter: groß und stämmig, mit abgetragenen Kleidern, fast schon ungepflegt. Die beiden waren tief in ein Gespräch verstrickt und hatten kein Auge für die Auslagen der Geschäfte. Der ältere der beiden Herren hörte nachdenklich zu, manchmal runzelte er leicht die Stirn. Sein jüngerer Begleiter vertrat vehement seine Position und gestikulierte hin und wieder wild herum. Für keinen von beiden war Englisch die Muttersprache, und jeder von ihnen hatte seinen ganz eigenen Akzent, der die Spuren vieler fremder Länder trug. Sie wollten über die Straße und gingen ohne Hast bei Grün los, um sich für einen Augenblick ganz und gar auf das Licht, die Töne und die Bewegung des Verkehrs um sie herum zu konzentrieren. Plötzlich passierte aber etwas. Der Jüngere setzte neu an und stach mit seiner Hand in die Luft. Inzwischen war der Verkehr wieder in Bewegung geraten, aber der ältere Mann war wie angewurzelt stehen geblieben, ohne auf die Autos und die hastenden Fußgänger zu achten. Die Worte seines Kollegen hatten seine volle Aufmerksamkeit beansprucht. Die Autos donnerten links und rechts an den beiden vorbei, die nun eine menschliche Verkehrsinsel bildeten |14|– abgeschnitten vom Rest des Universums. Der ältere Mann war weiter tief in Gedanken versunken, während der jüngere vehement seinen Standpunkt wiederholte. Schließlich nahmen sie die Verbindung zu der Welt der Bewegungen um sie herum wieder auf, hatten aber offenbar vergessen, wo sie eigentlich hin wollten. Der ältere Mann drehte um und dirigierte den jüngeren auf den Gehsteig zurück, den sie vor einer Minute verlassen hatten, und die beiden gingen den Weg zurück, den sie gerade gekommen waren – ganz verloren in den neuen Gedanken, auf die sie gestoßen waren.

Die beiden hatten sich über Universen unterhalten und waren gestikulierend durch Princeton, New Jersey, gegangen, irgendwann während des Zweiten Weltkriegs.2 Der jüngere Mann war George Gamow (1904–1968), oder »Gee-Gee«, wie ihn seine Freunde nannten, ein Russe, der in die Vereinigten Staaten emigriert war. Der ältere Mann war Albert Einstein (1879–1955). Er hatte die letzten dreißig Jahre damit verbracht, zu zeigen, wie man das Verhalten ganzer Universen mit einfachen mathematischen Gesetzen beschreiben konnte. Gamow hingegen hatte erkannt, dass diese Universen eine Geschichte haben mussten, eine Vergangenheit, die von der Gegenwart in einer Weise abwich, die nur schwer vorstellbar war. Was die beiden auf ihrem Weg innehalten ließ, war Gamows Idee, dass die physikalischen Gesetze die Entstehung von »Etwas« aus dem Nichts beschreiben könnten. Dieses »Etwas« könnte ein einzelner Stern sein – aber auch ein ganzes Universum!

Was ist ein Universum?

Was ist das Universum? Wo kommt es her? Was ist sein Ziel? Diese Fragen klingen einfach, sie zählen aber zu denen, die tiefer gehen als die meisten anderen. Die Antworten hängen davon ab, wie viel man vom Universum weiß.3 Ist es einfach das, was man am Nachthimmel sehen kann – vielleicht zusammen mit all dem leeren Raum zwischen den sichtbaren Dingen, der dem Ganzen Maß und Ordnung gibt? Oder ist das Universum alles, was physikalisch existiert? Wenn wir versuchen, eine Liste der Dinge aufzustellen, die dieses »alles« ausmachen, treffen wir auch auf Dinge, die gar nicht greifbar sind: die Naturgesetze der Physiker, den Raum und die |15|Zeit – also Dinge, die wir zwar nicht sehen oder anfassen können, die aber doch ihren Einfluss geltend machen. Sie scheinen ziemlich wichtig zu sein, und sie scheinen wirklich zu existieren, ungefähr so, wie die Spielregeln beim Fußball existieren. Wir tun also gut daran, sie auch mit in den Korb zu legen, der die Aufschrift »Universum« trägt. Und was ist mit Vergangenheit und Zukunft? Den Blick nur auf das zu werfen, was jetzt existiert, schließt zu viel aus. Und wenn wir schon alles mit einschließen, was irgendwann einmal zum Universum gehört hat, warum dann nicht auch die Zukunft? All das führt uns zu einer neuen Definition des Universums: Es ist alles, was jemals existiert hat, heute existiert und irgendwann einmal existieren wird.4

Wenn wir es ganz genau nehmen, müssen wir nicht nur das mit einbeziehen, was irgendwann existieren wird, sondern auch all das, was existieren könnte. Einige Philosophen des Mittelalters5 waren von dieser Idee der Vollständigkeit so begeistert, dass sie zum Katalog dessen, was war, ist und sein wird auch hinzufügten, was nicht existiert hat und auch nicht existieren wird. Dieser Ansatz macht das Ganze, das ohnehin schon problematisch genug ist, auch nicht einfacher. Trotzdem wurde er in den modernen Untersuchungen des Universums wieder aufgegriffen, wenn auch in einer etwas abgewandelten Gestalt. Die heutigen Kosmologen interessieren sich nämlich nicht nur für die Struktur und die Geschichte unseres Universums, sondern auch für andere Arten von Universen, die nach Aussage der physikalischen Gesetze möglich sind, aber nicht unbedingt auch real existieren. Solche anderen Universen konstruieren zu können, öffnet den Weg, unser Universum zu vergleichen und zu untersuchen, ob seine vielen besonderen Eigenschaften, die (zumindest für uns) überraschend sind, auch anders hätten ausfallen können.

Das sind die Fragen, mit denen sich heute die Kosmologen herumschlagen. Sie sehen also ihre Aufgabe nicht nur darin, unser Universum so vollständig und genau wie möglich zu beschreiben, sondern auch darin, es in einer Vielfalt anderer Möglichkeiten einzuordnen. Die Kosmologen fragen heute, warum unser Universum bestimmte Eigenschaften hat und keine anderen. Das Ergebnis dieser Überlegungen könnte natürlich sein, dass außer unserem Universum keine anderen mit unterschiedlichen Strukturen, Bestandteilen, Gesetzen und unterschiedlichem Alter möglich |16|sind. Lange Zeit haben die Kosmologen angenommen, ja gehofft, dass es so ausgehen würde. Aber neuerdings geht der Trend eher in die umgekehrte Richtung, und wir scheinen damit konfrontiert zu sein, dass es viele verschiedene Universen geben kann, die alle im Einklang mit den Naturgesetzen stehen. Und zu allem Überfluss könnte es sein, dass diese anderen Universen nicht nur möglich sind, sondern in der gleichen Weise existieren wie alle anderen Dinge, die wir kennen: wie Sie und ich.

Die Bedeutung des Standorts

»Und ihm träumte; und siehe, eine Leiter stand auf der Erde,

die rührte mit der Spitze an den Himmel,

und siehe, die Engel Gottes stiegen

daran auf und nieder.«

Traum Jakobs, 1. Mose 28, 12

Die Menschen sprechen schon seit Tausenden von Jahren über das Universum. Es ging natürlich immer um ihr Universum, das man nicht mit unserem verwechseln darf. Für viele umfasste es nur das Land, soweit sie es bereisen konnten. Oder es war der nächtliche Himmel mit den Planeten und Fixsternen, die sie mit bloßem Auge sehen konnten. Die meisten alten Kulturen haben versucht, ein Weltbild aus dem zu konstruieren, was sie um sich herum sehen konnten, und Geschichten zu erzählen, die in dieser Welt – am Himmel, auf der Erde oder in den Tiefen des Meeres – spielten und dem Ganzen einen sinnvollen Zusammenhang gaben.6 Der Drang, ein Bild zu entwerfen, das über den Tellerrand, über die Erfahrungen in der Alltagswelt, hinausreicht, entsprang ursprünglich nicht einem Interesse an der Kosmologie. Es erschien vielmehr wichtig, sich selbst und andere davon zu überzeugen, dass alles einen Sinn hat und dass man selbst Teil eines solchen Sinnzusammenhangs ist. Der Boden gerät aber gefährlich ins Schwanken, wenn wir von einem Teil der Wirklichkeit keine konkrete Vorstellung haben und ihn nicht kontrollieren können. Daher waren die alten Mythen über die Natur des Universums immer abgeschlossene Geschichten: Alles |17|hatte seinen Sinn, und für alles gab es einen Platz. Es gab kein vielleicht, keine Widersprüche, nichts Ungewisses, und es gab nichts, was auf seine Erforschung noch warten musste. Die Mythen waren im wahrsten Sinne des Wortes »Theorien von allem« – aber sie dürfen nicht mit wissenschaftlichen Erkenntnissen verwechselt werden und den »Theorien von allem«, um die sich heute die Kosmologen und Elementarteilchenphysiker bemühen.

Wie ist die aktuelle Lage? Und was sind unsere Perspektiven? Die Zeit, in der wir leben und unser Standort auf der Erde bestimmen den Sinn, den wir dem Universum um uns herum verleihen. Für Menschen am Äquator sind die scheinbaren Bewegungen der Sterne klar und einfach: Sie gehen auf, wandern während der Nacht über ihren Kopf hinweg und verschwinden am gegenüberliegenden Horizont. In jeder Nacht passiert das Gleiche, und alle haben den Eindruck, im Mittelpunkt dieser himmlischen Bewegungen zu stehen. Leben Menschen aber weit entfernt von den Tropen, sieht ihr Nachthimmel ganz anders aus. Auch hier gehen einige Sterne auf und später wieder unter, aber andere sind die ganze Nacht zu sehen. Sie kreisen um einen Punkt am Himmel, wie wenn sie auf einem Mühlrad befestigt wären, dessen Achse durch diesen Punkt geht. Viele Mythen und Legenden vom großen Mühlrad am Himmel sind von den Bewohnern der nördlichen Breiten erfunden worden, um diesem nächtlichen Wirbel der Sterne einen Sinn zu geben. Und Sie werden sich natürlich fragen, was an der Achse des Mühlrades so besonders ist.

Der Grund für diese Unterschiede des Nachthimmels von Standort zu Standort ist die Neigung der Achse, um die sich die Erde einmal am Tag dreht (Abbildung 1.1). Diese Neigung hat einige bemerkenswerte Folgen: Ohne sie gäbe es keine Jahreszeiten. Wäre die Neigung erheblich größer, würden sich die Jahreszeiten weit dramatischer unterscheiden. Und diese Neigung sorgt dafür, dass wir in verschiedenen geografischen Breiten einen ganz unterschiedlichen Nachthimmel beobachten. Verlängern wir nun die Linie vom Süd- zum Nordpol in den Raum, zeigt sie in die Richtung des sogenannten nördlichen Himmelspols, der heute ziemlich genau durch den Polarstern markiert wird. Da sich die Erde dreht, scheinen sich die Fixsterne am Nachthimmel für uns in entgegengesetzter Richtung zu drehen. Gehen sie weder auf noch unter, umkreisen sie auf der Nordhalbkugel im Verlauf eines Tages einmal den nördlichen Himmelspol. Auch die Sterne, |18|die auf- und untergehen, beschreiben solche Kreisbahnen – nur dass bei ihnen ein Teil der Bahn unter dem Horizont liegt. Abbildung 1.2 zeigt, was ein Himmelsbeobachter auf der Nordhalbkugel von einem Standort mit der geografischen Breite B im Verlauf einer sternklaren Nacht sieht.

[Bild vergrößern]

1.1 Die Rotationsachse der Erde, die durch den Nord- und Südpol geht, steht nicht senkrecht auf der Erdumlaufbahn um die Sonne, sondern ist um 23,5° geneigt.

Der Horizont unseres Sternenguckers teilt den Himmel in zwei Hälften, von denen er nur eine sehen kann. Wenn er von einem Ort mit nördlicher Breite B aus den Himmel beobachtet, heißt das, dass der nördliche Himmelspol B Grad über dem Horizont liegt und der südliche Himmelspol B Grad darunter. Die Erdrotation täuscht ihm vor, dass sich der Himmel in westlicher Richtung um den nördlichen Himmelspol dreht. Die Sterne gehen am östlichen Horizont auf, um zum höchsten Punkt ihrer Bahn, dem Zenit, aufzusteigen und dann wieder herabzusinken und am westlichen Horizont zu verschwinden.7 Es gibt zwei Gruppen von Sternen, die nicht diesem allnächtlichen Wechsel von Auf- und Untergang folgen. Das sind einmal die Sterne innerhalb eines Kreises um den nördlichen Himmelspol mit einem Radius von B Grad: Sie drehen ihre himmlischen Runden, ohne jemals unter dem Horizont zu verschwinden. Diese Zirkumpolarsterne, wie sie auch genannt werden, kann man bei Dunkelheit und klarem Himmel immer sehen. Für den europäischen Himmelsbeobachter gehören heute die Sterne im Großen Wagen (auch Großer Bär) und der Kassiopeia dazu. Umgekehrt gibt es eine Anzahl südlicher Sterne innerhalb eines Kreises mit dem gleichen Radius um den südlichen Himmelspol, die unser Sternengucker im Norden nie sehen kann, weil sie nie über seinen Horizont kommen.8 Deshalb bekommen Nordeuropäer nie das Kreuz des Südens zu Gesicht.

[Bild vergrößern]

1.2 Anblick des Himmels für einen Astronomen, der sich an einem Ort mit nördlicher Breite B aufhält. Er kann jeweils nur die Hälfte des Himmels sehen. Einige Sterne, die nördlichen Zirkumpolarsterne, liegen so nahe am nördlichen Himmelspol, dass sie nie unter dem Horizont verschwinden. Eine zweite Gruppe um den südlichen Himmelspol, die südlichen Zirkumpolarsterne, kann er dagegen nie sehen, da sie nie über seinem Horizont auftauchen.

Entscheidend ist, dass die Größe der Bereiche am Himmel, die immer sichtbar oder immer unsichtbar bleiben, von der geografischen Breite des Beobachtungsortes abhängt. Abbildung 1.3 zeigt, wie der Sternhimmel für Beobachter in drei verschiedenen geografischen Breiten aussieht. Am Äquator, wo die Breite 0 Grad beträgt, gibt es weder Bereiche mit immer sichtbaren noch welche mit nie sichtbaren Sternen. Ein Beobachter kann dort jeden hellen Stern sehen, wobei die beiden gegenüberliegenden Himmelspole im Dunst des Horizonts verschwinden. Wenn ein Stern im Osten aufgeht, behält er die gleiche Richtung bei, er steht immer im Osten beziehungsweise Westen und ist damit bestens als Navigationshilfe bei nächtlichen Reisen zu See und zu Land geeignet. Der Himmel erscheint äußerst symmetrisch und einfach, und unser Beobachter gewinnt den Eindruck, sich selbst im Zentrum allen Geschehens zu befinden und unter einem Himmelszelt zu leben, auf dem sich zu seinem Vergnügen Bewegungen abspielen, die bei aller Großartigkeit doch nicht zufällig, sondern vorhersagbar sind.

[Bild vergrößern]

1.3 Anblick des Nachthimmels von drei Orten verschiedener geografischer Breite. Der Anblick ist unterschiedlich, da die Lage des Himmelspols, um den die Sterne, kreisen, von der Breite abhängt:

(a) am Äquator,

(b) in Stonehenge, Großbritannien,

(c) am Nordpol.

|21|Im anderen Extremfall, einem Beobachtungsplatz am Nordpol, wo die Breite 90 Grad beträgt, gehen die Sterne weder auf noch unter. Sie bewegen sich am Himmel in geschlossenen Kreisbahnen um den Himmelspol, der genau über dem Beobachter liegt. Nun sieht dieser Punkt wie der Brennpunkt des Universums aus und scheint damit ein ganz besonderer Platz am Himmel zu sein. In mittleren Breiten wie beispielsweise im alten Stonehenge in England, das wie Köln oder Dresden auf 51 Grad nördlicher Breite liegt, treffen wir auf Verhältnisse, die zwischen den beiden genannten Extremen liegen. Die Sterne, die weniger als 51 Grad vom nördlichen Himmelspol entfernt sind, umkreisen ihn auf geschlossenen Bahnen und bilden das erwähnte kosmische Mühlrad (Abbildung 1.4). Die anderen Sterne gehen auf und unter: Der Himmel ist aus dem Lot und erscheint schief.

Was wir am Sternenhimmel sehen, ist also von der geografischen Breite abhängig – und damit sind es auch die Mythen vom Himmel und der Natur unseres Universums. In Skandinavien und Sibirien, also in Gebieten weit weg vom Äquator, wurden Legenden von jenem großen Mühlrad am Himmel gesponnen, in dessen Mitte die Götter zu Hause waren. Dem Stern, der der Nabe des himmlischen Rads am nächsten stand, maß man eine besondere Bedeutung bei: Dort stand der Thron des Herrschers des Universums, um den alle anderen Sterne angeordnet waren.9

Ich kann mich hier nicht eingehend mit diesen alten Mythen befassen und will nur noch einmal unterstreichen, wie schwierig es ist, von einem bestimmten Standort auf der Erde ein brauchbares Gesamtbild des Universums zu gewinnen. Es können sich entscheidende Irrtümer einschleichen, die man leicht übersieht, wenn man nichts über die Sterne, die Rotation der Erde und ihre Orientierung im Raum weiß. Als die hoch entwickelten frühen Zivilisationen begannen, astronomische Beobachtungen zu machen, waren sie natürlich auch von diesen Auswirkungen des Standorts betroffen, der auf unseren kleinen Planeten beschränkt war. Heute wissen wir viel über das Sonnensystem und auch über Hunderte weit entfernte Sterne, um die Planeten kreisen – mehr als 500 kennt man zur Zeit. Wir können uns nur noch schwer vorstellen, was für ein Problem es einmal darstellte, aus dem Zentrum des Universums herausgerissen zu werden |22|und die Bewegungen der Planeten am Himmel verstehen zu müssen, die vor dem Fixsternhimmel ihre seltsamen Bahnen ziehen.

[Bild vergrößern]

1.4 Langzeitaufnahme des nächtlichen Sternhimmels in Richtung des nördlichen Himmelspols, der genau über der Spitze des Baums im Mittelpunkt des Fotos liegt.

Eine solche merkwürdige Bahn wollen wir etwas genauer untersuchen: die des Mars. Wir wollen der Einfachheit halber annehmen, dass sowohl die Erde wie auch der Mars in Kreisbahnen die Sonne umlaufen, dass der Radius der Marsbahn anderthalbmal Mal größer ist als der Erdbahnradius und dass die Erde ein Jahr für ihren Umlauf braucht, der Mars hingegen zwei. In Abbildung 1.5 ist die Bahn des Mars in einer vorkopernikanischen Sichtweise dargestellt: Sie zeigt den Abstand von der Erde. Was ist das Geheimnis dieser seltsamen herzförmigen Schleife, die von den Mathematikern »Pascalsche Schnecke« genannt wird?10 Wenn wir von rechts oben nach links gehen, sehen wir, dass sich der Mars von der Erde entfernt. Beim Überqueren der waagrechten Achse bei Marke –5 stehen sich Erde und Mars gegenüber (ihr Abstand beträgt dann 2,5 Erdbahnradien) – mit der Sonne zwischen ihnen. Sie haben den größtmöglichen Abstand voneinander. Dann, wenn der Mars anfängt, sich der Erde wieder anzunähern, passiert etwas äußerst Seltsames: Er eilt auf die Erde zu, als wenn er mit ihr zusammenstoßen will. Dann dreht er aber um und entfernt sich wieder, |23|um erneut seinen langen Weg weitab von der Erde aufzunehmen. Diese retrograde Bewegung des Mars kann man mit bloßem Auge während der Nächte verfolgen, in denen der Mars der Erde am nächsten kommt (der Abstand beträgt nur noch 0,5 Erdbahnradien) und die Erde zwischen ihm und der Sonne steht. Betrachten wir einen der weiter entfernten »äußeren« Planeten wie etwa den Saturn, der 29,5 Erdjahre für einen Umlauf um die Sonne braucht und dabei entsprechend oft der Erde nahekommt, zählen wir auch entsprechend viele Schleifen seiner Bahn.11

[Bild vergrößern]

1.5 Bahn des Planeten Mars.

(a) Schematische Darstellung der Umlaufbahnen von Erde und Mars. Der Radius der Marsbahn ist ungefähr 1,5-mal größer als der der Erdbahn. Der Mars benötigt für seinen Umlauf ungefähr 2 Erdjahre (687 Erdtage).

(b) Von der Erde aus gesehen durchläuft der Mars während der zwei Jahre eine herzförmige Schleifenbahn. Die Einheit beider Achsen ist der halbe Erdbahnradius.

Ein Beobachter in der Frühzeit der Geschichte, der die Spur des Mars am Himmel zwei Jahre lang verfolgte, konnte sehen, dass der Planet Schleifen am Himmel beschrieb. Welche Kräfte konnten da im Spiel sein? Warum schwenkte der Mars plötzlich um? Sitzt man auf der Erde fest und weiß nicht, dass sich alle Planeten einschließlich Mars und Erde mit unterschiedlicher Geschwindigkeit um die Sonne bewegen, sind diese Fragen kaum zu beantworten. Das Fazit aus all dem: Wir können die Bewegungen am Himmel sehr schwer interpretieren, wenn wir keinen Standort haben, von dem aus wir das gesamte System überblicken – oder wenn wir keine schlüssige Theorie haben.

|24|Die Kristallschalen des Aristoteles

»Die letzte Stimme, die man hört,

bevor die Welt explodiert,

wird die Stimme eines Experten sein, der sagt

›Das ist technisch unmöglich‹.«

Peter Ustinov

Eine solche Theorie zur Erklärung des komplizierten Bildes der beobachteten Bewegungen am Himmel entwickelte Aristoteles gegen 350 v. Chr. mit der Absicht, alles zu vereinfachen. Grundlage der Theorie war eine philosophische Vorstellung vom Universum: Aristoteles glaubte nicht, dass die Welt irgendwann in der Vergangenheit erschaffen wurde. Für ihn existierte sie schon immer, und sie würde ewig existieren, ohne sich wesentlich zu ändern. Er legte höchsten Wert auf Symmetrie und hielt die Kugel für die perfekteste aller Formen. Daher musste das Universum Kugelgestalt haben. Um den Objekten am Himmel einen Platz zu geben, entwickelte Aristoteles eine zwiebelartige Struktur mit nicht weniger als 56 ineinander verschachtelten Kugelschalen aus durchsichtigem Kristall.12 In ihrem Mittelpunkt liegt die Erde, die ebenfalls Kugelgestalt hat – eine Annahme, die sehr schwer mit dem zu vereinbaren ist, was wir sehen können. Jeder Planet ist an einer dieser Kugelschalen befestigt, die mit verschiedenen konstanten Geschwindigkeiten rotieren. Zwischen den Primärschalen mit den Planeten, der Sonne und dem Mond gibt es im Modell des Aristoteles diverse Extraschalen (»neutralisierende Sphären«). Jenseits der äußersten Kugelschale mit den Fixsternen erstreckt sich ein Bereich ohne Materie, also ein rein geistiger Bereich. Alle Bewegungen werden von einem »Ersten Beweger« bewirkt, der, selbst unbewegt, an der Grenze dieses Bereichs zu Hause ist und die äußerste Kugelschale in Rotation versetzt. Diese Rotation wird dann nach innen von Schale zu Schale weitergegeben, bis der gesamte Kosmos in perfekter Weise kreist. Wenn man die Geschwindigkeiten justiert, mit denen die einzelnen Schalen rotieren, kann man bereits viele der Phänomene am Nachthimmel erklären. Das Modell hatte schon viel von einer modernen wissenschaftlichen Theorie und konnte nicht nur viele der Beobachtungen erklären, sondern auch vorhersagen, was in der Zukunft geschehen würde.

|25|Der philosophische Ansatz von Aristoteles wurde später von den christlichen Denkern des Mittelalters übernommen und umgemodelt: Aus dem Ersten Beweger wurde der Gott des Alten Testaments, und aus der äußersten Sphäre wurde das himmlische Paradies. Die Stellung der Erde im Mittelpunkt des Universums war ganz im Einklang mit der zentralen Stellung des Menschen im christlich-mittelalterlichen Weltbild. Die Tatsache, dass die Erde und all die weiter außen liegenden Schalen kugelförmig waren, hatte eine wichtige Folge: Sie drangen bei ihrer Rotation nicht in den leeren Raum ein und ließen auch keinen leeren Raum hinter sich, wie die Polyeder in Abbildung 1.6 a, die dem Buch Castle of Knowledge des bedeutenden englischen Mathematikers und Physikers der Tudorzeit, Robert Recorde (1510– 1558), entstammen. Ein Vakuum war so unvorstellbar wie unendliche physikalische Größen13 – eine Ansicht, die von der abendländischen Philosophie mehr als 1500 Jahre vertreten wurde. Eine fest verankerte, kugelförmige Erde nimmt – anders als eine würfelförmige – immer den gleichen Raum ein, wenn sie rotiert. Damit wurde zum ersten Mal in der Physik ein topologisches Argument vorgebracht. Nach Aristoteles muss die sich drehenden Erde aber nicht unbedingt eine Kugel sein. Sie kann jede Form haben, solange sie in Bezug auf die Rotationsachse symmetrisch ist und damit nicht den leeren Raum tangiert oder verletzt. Ein Weinglas oder ein Stapel konzentrischer Kreisscheiben würde diese Bedingung auch erfüllen (Abbildung 1.6 b). Aristoteles nahm nicht an, dass die Bewegungen von Kräften zwischen den Objekten verursacht wurden, wie wir das seit Newton tun, indem wir beispielsweise die Schwerkraft dafür verantwortlich machen. Die Kräfte galten vielmehr als innere Eigenschaften der Objekte selbst, die sich daher so bewegten, wie es ihrer Natur entsprach. Die Kreisbewegung oder Rotation war dabei die perfekteste und natürlichste aller Bewegungen.

Das Universum des Ptolemäus

Wir haben schon gesehen, dass in einem System mit der Sonne im Mittelpunkt und Planeten, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten um sie kreisen, ganz seltsame Bewegungen am Himmel zu beobachten sind. Dass sich Planeten für kurze Zeit rückwärts oder gar in Schleifen bewegen, ist |26|eine Illusion, die uns durch die relative Bewegung der Erde zu ihnen vorgegaukelt wird. Aristoteles und seine Nachfolger standen vor der herausfordernden Aufgabe, diese merkwürdigen Beobachtungen zu erklären.

[Bild vergrößern]

1.6 (a) Eine rotierende Kugel nimmt immer das gleiche Raumvolumen ein, während Polyeder »Leere« hinterlassen, wenn sie rotieren.

(b) Ein Universum in Form eines Weinglases erfüllt die Forderung des Aristoteles auch: Rotiert es um die senkrechte Achse, hinterlässt es keinen leeren Raum.

Eine Lösung dieses Problems fand als Erster Claudius Ptolemäus um das Jahr 130. Seine Theorie kam in der antiken Welt einer »Theorie von Allem« am nächsten und bestimmte unser Denken über mehr als 1000 Jahre. Die Herausforderung bestand darin, die komplizierten Planetenbewegungen mit ihrer gelegentlichen Richtungsumkehr mit der Vorstellung von Aristoteles zusammenzubringen, dass die Erde im Mittelpunkt des Universums liegt und alle anderen Himmelskörper auf Kreisbahnen mit verschiedenen konstanten Geschwindigkeiten um sie kreisen, wobei sie weder ihre Strahlkraft noch andere innere Eigenschaften verändern (Abbildung 1.7). In der Tat eine Herausforderung! Ptolemäus hat dieses gewaltige Problem in seinem Almagest14 »gelöst«, indem er die Umlaufbahn eines Planeten durch den sogenannten Deferenten ersetzte, auf dem der Mittelpunkt des Epizykels, einer weiteren, kleineren Kreisbahn, die Erde umkreist. Der Planet wiederum durchläuft den Epizykel (Abbildung 1.8). Die Gesamtbewegung des Planeten sieht dann wie ein Kreis aus, dem eine korkenzieherartige Schwänzelbewegung überlagert ist.

[Bild vergrößern]

1.7 Modell des Universums von Aristoteles und Ptolemäus.

Ptolemäus verfeinerte sein Modell noch, indem er der Bahn des Planeten um die Sonne weitere Epizykel hinzufügte. Die Nachfolger des Ptolemäus im Mittelalter waren auf eine noch größere Genauigkeit aus und bauten daher immer wieder neue Epizykel an.15 Das Modell hatte schließlich so viele Schrauben, an denen man zur Feineinstellung drehen konnte, dass man die Berechnung aller Bewegungen der Planeten und der Sonne äußerst genau an die Beobachtungen anpassen konnte. Auch die rückläufige Bewegung der Planeten konnte mit zusätzlichen Epizykeln beschrieben werden.

Diese frühen Versuche, die von der Erde aus beobachtete komplizierte Bewegung der Planeten und der Sonne zu erklären, zeigen, wie schwer es ist, einzig aus Beobachtungen heraus oder nur aufgrund eines allgemeinen philosophischen Prinzips die richtige und genaue Beschreibung des Universums zu finden. Wären die Aristoteliker kritischer gewesen, hätten sie sich noch mit anderen unangenehmen Problemen herumschlagen müssen, wie etwa mit der Frage, warum die Erde keine perfekte Kugel ist. Einerseits war es ihnen wichtig, die Erde im Mittelpunkt zu sehen, aber wie ging man nun damit um, dass es andererseits auch Kreisbewegungen in den Epizykeln gab, deren Mittelpunkt nicht die Erde war? Wie konnte es sein, dass der Mittelpunkt des Deferenten eines Planeten nicht die Erde |28|war? Diese Verschiebungen im Raum mögen zwar klein gewesen sein, sie hatten aber eine grundlegende Bedeutung, denn ein ganzes Weltbild kann über die prinzipielle Frage stürzen, ob die Erde wirklich der Mittelpunkt des Universums ist – oder nicht.

[Bild vergrößern]

1.8 Epizykel. Ein Planet P bewegt sich auf einer kleinen Kreisbahn, dem Epizykel, dessen Zentrum Z sich auf einer größeren Umlaufbahn, dem Deferenten, um die Erde E bewegt.

Die Kopernikanische Wende

»Hätte mich der allmächtige Gott um Rat gefragt,

bevor er mit der Schöpfung begann,

hätte ich ihm etwas Einfacheres vorgeschlagen.«

Alfons von Kastilien16

Der Ansatz des Ptolemäischen Modells des Universums mit der Erde im Mittelpunkt war falsch, und das Modell war reichlich kompliziert. Es gab aber so viele Möglichkeiten, es zu justieren und damit an neue Beobachtungen der Planetenbewegungen anzupassen, dass es lange Zeit unangefochten blieb und bis über das 15. Jahrhundert hinaus überlebte.17 Muss man an eine Theorie nach jeder neuen Beobachtung anbauen, ist der Wert der Theorie als Instrument zur Erklärung des Geschehens gering. Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Theorie entwickelt, woher die neuen Autos kommen, die auch behauptet, dass alle Autos rot sind. Sehen Sie nun am Montagmorgen einige schwarze Autos vom Fließband kommen, müssen Sie Ihre Theorie revidieren. Sie besagt nun, dass alle Autos rot sind, außer am Montag: Da gibt es offensichtlich einige schwarze Autos. Immer wieder kommen nun rote und schwarze Autos herausgerollt. Alles scheint |29|in Ordnung zu sein, aber an einem Dienstag kommt plötzlich ein grünes Auto. Gut, nun sagt Ihre Theorie, dass alle Autos entweder rot oder schwarz sind, aber am Dienstag um 10 Uhr vormittags sind auch einige grün. Sie können sich vorstellen, wie das weitergeht: Ihre Theorie der Autoentstehung wird mit immer mehr Epizykeln ausgestattet. Jede neue Tatsache führt zu einer kleinen Veränderung der Theorie, um wenigstens ungefähr Ihre grandiose Theorie der Autoentstehung zu retten, mit der alles anfing. Irgendwann wird der Punkt erreicht, an dem Sie die Botschaft kapieren und neu anfangen sollten.

Das ist natürlich ein übertriebenes Beispiel. Die Theorie von Ptolemäus war weit ausgefeilter, denn die Korrekturen durch die hinzugefügten Epizykel, mit denen auch feinste Details der beobachteten Bewegungen erklärt werden konnten, wurden immer kleiner. Das Verfahren war eines der ersten Beispiele für einen Annäherungsprozess, der konvergiert, also sich immer mehr der Wirklichkeit annähert. Jeder neue Zusatz war kleiner als der vorhergehende und beschrieb die Beobachtungen besser.18 Das funktionierte für die meisten Zwecke ganz gut, obwohl ein Modell mit dem falschen Himmelskörper im Zentrum zugrunde lag. Es musste schon etwas sehr Überzeugendes geschehen, um diese Theorie zu Fall zu bringen.

Nikolaus Kopernikus (1473–1543) wird in der Regel als Revolutionär angesehen, als der Wissenschaftler, der den Menschen ihren Platz im Mittelpunkt des Universums streitig machte. Die Wahrheit ist aber etwas komplizierter und weit weniger dramatisch. Und wenn er ein Revolutionär war, dann ein ziemlich zögerlicher. Sein großes Werk, De revolutionibus orbium coelestium libri VI ging 1543 kurz vor seinem Tod in Nürnberg in Druck, aber die Resonanz war bescheiden.19 Die Auflage war klein, und nur wenige der Exemplare wurden überhaupt gelesen.20 Aber mit der Zeit wurde Kopernikus’ Weltbild zum Wendepunkt unserer Sicht auf das Universum. Schließlich ersetzte es das Ptolemäische Bild des Planetensystems mit der Erde im Mittelpunkt durch das Bild eines Systems mit der Sonne als Zentralgestirn, wie wir es auch heute noch vertreten: Durch die Kopernikanische Wende trat an die Stelle des geozentrischen Weltbilds das heliozentrische.21

Die Fortschritte der Buchdruckerkunst im frühen 16. Jahrhundert trugen dazu bei, das Weltbild Kopernikus’ über die Skizzen in seinem Buch |30|zu verbreiten, darunter seine berühmteste Darstellung (Abbildung 1.9), sein einfaches Modell des Planetensystems. Sie ist in Latein beschriftet und zeigt konzentrische Kugelschalen um die im Mittelpunkt stehende Sonne (sol). Der äußerste Kreisring (I) markiert die »ruhende Sphäre der Fixsterne« jenseits des Planetensystems. Jeder der anderen sechs Kreisringe (II–VII) beherbergt einen der damals bekannten sechs Planeten Saturn (saturnus), Jupiter (jupiter), Mars (mars), Erde (terra, mit dem Mond, der als Sichel dargestellt ist), Venus (venus) und Merkur (mercurius).

[Bild vergrößern]

1.9 Heliozentrisches Bild des Sonnensystems nach Kopernikus.

Die Planetensysteme von Ptolemäus und Kopernikus waren im 16. und 17. Jahrhundert nicht die einzigen, die diskutiert wurden. Abbildung 1.10 aus Giovanni Ricciolis Almagestum Novum von 1651, dessen Titel auf den (alten) Almagest des Ptolemäus anspielt, stellt auf schöne Weise sechs der Weltbilder oder -systeme vor, die für die Astronomen in der Zeit nach Kopernikus zur Auswahl standen.

[Bild vergrößern]

1.10 Die sechs wichtigsten Weltsysteme nach Giovanni Riccioli.

Es sind sechs verschiedene Modelle dargestellt (I–VI):

Modell I ist das Ptolemäische Weltbild mit der Erde im Mittelpunkt, die von der Sonne auf einer Bahn umkreist wird, die weiter außen liegt als die Bahnen von Mond, Merkur und Venus.

Modell II ist das Platonische Weltbild – wieder mit der Erde im Mittelpunkt und wieder mit den um sie kreisenden Planeten und der Sonne, aber nun liegt die Bahn der Sonne weiter innen als die von Merkur und Venus.

Modell III ist das sogenannte ägyptische Weltbild, nach dem Merkur und Venus um die Sonne kreisen, die zusammen mit den äußeren Planeten die Erde umkreist.

Modell IV, das sogenannte Tychonische Weltbild, stammt von dem dänischen Astronomen Tycho Brahe (1546–1601). Wieder steht die Erde im Mittelpunkt, und Sonne und Mond umkreisen sie, während die Planeten die Sonne umkreisen. Die Bahnen von Merkur und Venus liegen daher zum Teil zwischen Erde und Sonne, während die Bahnen von Mars, Jupiter und Saturn sowohl die Erde als auch die Sonne umschließen.

Modell V wurde von Riccioli selbst erfunden und als semi-tychonisches Weltbild bezeichnet. Mars, Venus und Merkur umkreisen die Sonne, die wie Jupiter und Saturn die Erde umkreist. Riccioli wollte Jupiter und Saturn gegenüber dem |32|Mars absetzen, weil man damals schon wusste, dass diese beiden Planeten wie die Erde Monde haben, während die Marsmonde noch nicht entdeckt waren.

Modell VI ist schließlich das Kopernikanische Weltbild, das wir schon aus Abbildung 1.9 kennen.

Die Auswahl astronomischer Weltbilder aus alten Zeiten hat uns einige einfache Lektionen erteilt: Es ist nicht leicht, das Universum zu verstehen, wenn man nur den Sternhimmel betrachtet. Wir waren bei der Wahl des Beobachtungsortes lange Zeit gezwungen, uns mit der Oberfläche unseres Planeten zu begnügen, der um einen durchschnittlichen Stern mittleren Alters kreist. Der Anblick des nächtlichen Himmels hängt sehr stark davon ab, wo wir uns auf der Erdoberfläche befinden, wann wir beobachten – und von der Vorstellung vom Platz des Menschen im großen Weltsystem. Unsere Weltanschauung bestimmt unser Weltsystem.

Als sich im Verlauf der Geschichte unser Blick auf das Universum in immer größere Weiten erstreckte, wurden auch diese Probleme immer größer, denn die Aufgabe der Wissenschaft besteht nicht nur darin, die himmlischen Bewegungen zu beschreiben und vorauszusagen: Letzten Endes wollen wir wissen, was es mit dem gesamten Universum auf sich hat. Die ersten entschlossenen Schritte in diese Richtung machten die Astronomen des 18. Jahrhunderts. Ihrem Weg wollen wir nun folgen.

|33|

2. Wandel und ewige Wiederkehr

»Symmetrie beruhigt mich,

das Fehlen von Symmetrie macht mich ganz verrückt.«

Yves Saint Laurent

Besondere Zeiten und besondere Orte

»Kein Breitengrad, der nicht dächte,

er wäre Äquator geworden,

wenn alles mit rechten Dingen zugegangen wäre.«

Mark Twain1

Nikolaus Kopernikus hat einem ganz neuen philosophischen Weltbild seinen Namen gegeben. In der Wissenschaft ist ein antikopernikanischer Blick die abschätzige Bezeichnung für ein Denken, das weiterhin darauf beharrt, den Menschen im Zentrum aller Dinge zu sehen. In der Astronomie wird das Kopernikanische Prinzip oft beschworen, um die Idee zu unterstreichen, dass unsere Position im Universum nicht besonders privilegiert ist. Statt die Erde für den Mittelpunkt des Universums zu halten, wie es die alten Denker taten, gehen wir beim Aufstellen von Theorien davon aus, dass das Universum überall fast gleich beschaffen ist und dass die Erde ein ganz durchschnittlicher Planet ist, der einen ganz durchschnittlichen Stern in einer ganz durchschnittlichen Galaxie umkreist.

Das Herausrücken der Erde und des Menschen aus dem Zentrum des Universums stellt für die Wissenschaft sicher eine wichtige Erkenntnis dar, aber wir müssen auch zugeben, dass dieses Konzept Tücken hat, wenn man ihm allzu übereifrig folgt. Wir haben zwar keinen Grund für die Annahme, unseren Platz im Universum in jeder Hinsicht als einmalig anzusehen, aber es wäre genauso irreführend, ihn in keiner Weise für etwas Besonderes zu halten.

Wir wissen inzwischen, dass Leben nur in Bereichen des Universums existieren kann, die über ganz besondere Eigenschaften verfügen. Ganz offensichtlich können wir nicht im Inneren eines Sterns existieren, wo nicht einmal Atome überleben. Auch in Bereichen, wo die Materiedichte so gering ist, dass sich keine Sterne bilden können, gibt es für uns keinen |34|Platz.2 Wenn typische Bereiche im Universum dadurch ausgezeichnet sind, keine Umgebung zu haben, in der Leben entstehen und dauerhaft existieren kann, leben wir in einem untypischen Bereich. Diese einfache Modifizierung der Kopernikanischen Perspektive spielt bei der Überprüfung von Vorhersagen der modernen Kosmologie eine entscheidende Rolle.3

Ganz im Gegenteil zur Meinung von Immobilienmaklern ist die Lage nicht alles. Wichtig ist auch der Platz in der kosmischen Geschichte. Ändern sich die Gesamteigenschaften des Universums im Laufe der Zeit, wird es also zum Beispiel immer wärmer oder kälter, können oder konnten Sterne, Planeten und Leben nur in bestimmten Zeitabschnitten der Geschichte entstehen. Diese Einschränkung gilt für viele der wichtigsten Eigenschaften unseres expandierenden Universums. Das Universum erscheint uns sehr alt, weil die Bausteine der komplexen Chemie, die Kerne von Elementen wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, in den Sternen in langwierigen Kernreaktionen entstehen. Dieser Prozess hat seinen Höhepunkt in der Explosion eines Sterns als Supernova, die diese lebensfördernden Elemente im Raum verteilt, wo sie schließlich ihren Weg zu den Planeten, zu Ihnen und zu mir finden. Ein solcher Prozess der stellaren Alchemie dauert Milliarden von Jahren. Wir sollten daher nicht überrascht sein, wenn wir unser Universum so alt vorfinden. Wir würden in einem wesentlich jüngeren Universum nicht existieren, da es noch nicht genügend Zeit gehabt hätte, um die Bausteine für so etwas Komplexes wie Leben zu erzeugen.

Irgendwann in der Zukunft wird der letzte Stern seinen nuklearen Treibstoff verbraucht haben und sterben. Er wird zu einem extrem dichten, sich endlos abkühlenden Trümmerstück kollabieren, einem Schwarzen Loch. Das heißt aber, dass dann auch kein Leben mehr im Universum existieren wird – eine trostlose Aussicht, die einige für so unbefriedigend halten, dass sie ihr den Glauben an ein ewiges, niemals aussterbendes Leben entgegensetzen.4 Es ist sicher, dass ein Leben mit biochemischen Prozessen auf der Basis von Kohlenstoff nicht ewig existieren kann. Wenn wir aber einen Blick in die Richtung werfen, in die sich unsere fortschrittlichsten Technologien entwickeln, gibt es eine Hoffnung. Die voranschreitende Miniaturisierung erlaubt es, Ressourcen zu sparen, den Wirkungsgrad von Prozessen zu erhöhen, die Umweltverschmutzung zu verringern |35|und die bemerkenswerte Flexibilität der Quantenwelt mit einzubeziehen. Es könnte sein, dass weit fortgeschrittene Zivilisationen irgendwo im Universum schon gezwungen waren, diesen technologischen Weg zu beschreiten. Ihre nanoskaligen Messsonden, ihre Maschine von der Größe von Atomen und ihre Nano-Computer würden wir mit unserer grobmaschigen Beobachtung des Universums überhaupt nicht wahrnehmen, da sie kaum Spuren hinterlassen. Das könnte möglicherweise der sanfte Entwicklungsweg sein, den auch wir in sehr ferner Zukunft einschlagen müssen, um überleben zu können.

Demokratie im Weltall

Die Nachfolger von Kopernikus haben sein heliozentrisches Planetensystem immer mehr verfeinert und schließlich mit Hilfe einer neuen Theorie der Bewegung und der Gravitation mathematisch beschrieben, die ein junger Mann aus Lincolnshire namens Isaac Newton (1643–1727) entwickelte. Newtons Gravitationsgesetz und seine drei Bewegungsgesetze haben das Weltverständnis der Physiker und Ingenieure über mehr als 250 Jahre bestimmt.5 Durch sie wurden all die zuvor bildlichen Beschreibungen der Bewegung in präzise mathematische Formeln verwandelt. Mit den neuen Gesetzen konnte man nun viele Aufgaben lösen und beispielsweise mit Erfolg voraussagen, wie sich der Mond und die Planeten in der Zukunft bewegen würden. Eine dieser neuen Erkenntnisse besagte, dass die Bahn eines Planeten um die Sonne nicht kreisrund ist, wie es Kopernikus noch angenommen hatte, sondern eine Ellipse, in deren einem Brennpunkt die Sonne steht (Abbildung 2.1).

Erstes Gesetz (Trägheitsprinzip): »Ein Körper verharrt in seinem Zustand des Ruhens oder des Sich-geradlinig-gleichförmig-Bewegens, außer insoweit wie jener von eingeprägten Kräften gezwungen wird, seinen Zustand zu verändern.«

Zweites Gesetz (Kraft und Beschleunigung): »Die Änderung einer Bewegung ist der eingeprägten Bewegungskraft proportional und erfolgt entlang der Geraden, entlang welcher diese Kraft eingeprägt wird.«

[Bild vergrößern]

2.1 Eine übertrieben gezeichnete elliptische Umlaufbahn eines Planeten um die Sonne, die in einem der Brennpunkte der Ellipse steht.

Drittes Gesetz (Gesetz von actio und reactio): »Zu einer Einwirkung gehört immer eine gleich große entgegengesetzt gerichtete Rückwirkung, beziehungsweise die gegenseitigen Einwirkungen zweier Körper aufeinander sind immer gleich groß und in entgegengesetzte Richtungen gerichtet.«6

In diesen Gesetzen sind viele bemerkenswerte Einsichten versteckt. Das erste Gesetz bezieht sich auf Körper, auf die keine Kräfte einwirken. Aber wer hat jemals einen solchen Körper gesehen? Es ist eine Idealisierung, die von Newton zum grundlegenden Trägheitsprinzip erhoben wurde. Zuvor hatte man geglaubt, dass ein solcher Körper immer langsamer wird und schließlich zur Ruhe kommt. Newton hatte aber erkannt, dass die Abbremsung durch Kräfte wie etwa die Reibung oder den Luftwiderstand bewirkt wird. Fehlen solche Kräfte, behält der Körper seine Bewegung bei.

Wenn Newton von Körpern spricht, die sich bewegen oder in Ruhe sind, müssen wir fragen: Worauf bezieht sich die Ruhe? Newton bezog alle Bewegungen auf einen »absoluten Raum«, der von den fernen Fixsternen markiert wurde, von denen er annahm, sie seien unveränderlich und in ewiger Ruhe. Seine Gesetze legen fest, wie sich die Körper auf dieser Bühne bewegen und dort ihre Rolle spielen. Nichts was sie tun, kann jemals die Struktur dieser Bühne verändern. Newton stellte auch fest, dass nur ganz bestimmte Darsteller auf dieser kosmischen Bühne die Gültigkeit seiner einfachen Gesetze erkennen können. Sie dürfen nur Trägheitsbewegungen ausführen, müssen sich also so bewegen, dass sie gegenüber den Fixsternen, die den absoluten Raum aufspannen, weder beschleunigt werden noch relativ zu ihnen rotieren. Angenommen, der Pilot eines rotierenden Raumschiffs schaut hinaus in den Weltraum. Für ihn rotieren |37|die Fixsterne umgekehrt zur Drehrichtung seines Raumschiffs auf Kreisbahnen und erfahren daher aus der Sicht des Piloten eine Beschleunigung, obwohl keine Kräfte auf sie einwirken. Für den sich drehenden Piloten gilt also Newtons erstes Gesetz nicht, und die Form des zweiten Gesetzes ist für ihn weit komplizierter.7

Die Bedeutung, die das Kopernikanische Prinzip für die Naturgesetze und ihre Resultate hat, wird durch Newtons Formulierungen verdeutlicht, denn für ganz besondere Beobachter sehen die Bewegungsgesetze einfacher aus als für andere. Andererseits müssen die wahren Naturgesetze natürlich für alle Beobachter gleich aussehen – wo immer sie sich befinden und wie immer sie sich bewegen. Niemand sollte so privilegiert sein, besonders einfache Gesetze vorzufinden. Es gilt der alte Grundsatz: Gleiches Recht für alle.

Bewaffnet mit den Newtonschen Gesetzen konnten nun Physiker und Astronomen versuchen, den Sinn der Bewegungen herauszufinden, die sie am Himmel beobachteten. Sie konnten versuchen zu verstehen, wie die Sterne verteilt waren und wie die aktuell sichtbaren Dinge aus einem einfachen Anfang hervorgegangen sein konnten. Ihnen fehlten allerdings noch die mächtigen Fernrohre, die wir heute besitzen. Daher war ihr Blick auf die kosmische Landschaft sehr begrenzt. Trotzdem konnten sie Modellvorstellungen der Verteilung der Sterne im All entwickeln und sie mit dem verbinden, was sie von der Physik und den Bewegungen wussten. Entscheidend war, dass sie anfingen, über die Newtonschen Gesetze nachzudenken und darüber, was sie über die Veränderungen des Universums aussagen konnten.

Das Universum im Wandel

»Round like a circle in a spiral,

like a wheel within a wheel.«8

Dusty Springfield

In den Jahrhunderten nach Newton wurden unsere Vorstellungen vom Umfang und der Größe des Universums immer klarer. Thomas Wright (1711–1786), ein Uhrmacher, autodidaktischer Astronom, Landvermesser und Architekt aus Byers Green im Norden Englands, war der Erste, der |38|versuchte, ein detailliertes Bild der Milchstraße9 mit ihren Sternbändern, den Gasen, dem Dunst und dem Licht zu zeichnen, wie es alle Himmelsbeobachter von alters her bewundert haben. Aus den Beobachtungen mit den ersten Teleskopen schloss er, dass der Weltraum nicht in zufälliger Weise mit Sternen gesprenkelt ist, sondern Cluster von Sternen aufweist. In einem dieser Cluster befinden wir uns, um nach draußen ins All zu schauen. Wie sieht die wirkliche dreidimensionale Struktur der Milchstraße aus, die wir am Nachthimmel beobachten? Wright schlug zwei Möglichkeiten vor. Die erste geht von der Zusammenballung von Sternen in einer Scheibe mit flachen Ringen aus, die denen des Saturn ähneln und um das Zentrum der Milchstraße kreisen. Dieses Zentrum wäre dann das Zentrum der Schöpfung, von dem aus alle Naturgesetze ihren Ausgang nehmen. Die zweite Möglichkeit ist, dass sich die Sterne auf einer Kugelschale verteilen. Die Milchstraße wäre dann ein Schnitt durch die Ränder dieser Schale, womit man der Tatsache Rechnung tragen würde, dass wir nicht im Zentrum der Galaxie leben (Abbildung 2.2 a).10

Wright bemühte sich sehr um eine poetische und bildreiche Beschreibung des Universums. Er zeichnete einen drei Meter mal zwei Meter großen Plan des Universums, auf dem ein weites Spektrum von astronomischen Erscheinungen zu sehen ist, darunter Sonnenfinsternisse und die Umlaufbahnen von Kometen. Durch die Sonne und die anderen Welten, die John Milton in seinem Verlorenen Paradies erwähnt, wurde er zu der Idee eines unendlichen Universums mit vielen Sonnensystemen angeregt, in denen jeweils Planeten das Zentralgestirn umkreisen. Für Wright deutete unsere Sonne auf andere Sonnen hin, und die Erde war für ihn nur einer von vielen Planeten. Er schätzte, dass es in der Milchstraße mehr als 3888000 Sterne und 60000000 »planetarische Welten wie unsere« geben musste. Und das war nur ein winziger Teil des gesamten Nachthimmels!

Wrights Vorstellungen gingen nämlich noch weiter. Er konnte keinen Grund sehen, warum es nur eine dieser großen Sternansammlungen geben sollte, und stellte sich im Universum unendlich viele – teils kugelförmige, teils scheibenförmige – vor, in deren Zentren Sterne entstehen. Die schwachen Lichtflecken überall am Nachthimmel waren für ihn ferne Milchstraßen, die eine »endlose Unermesslichkeit erzeugen … nicht unähnlich dem bekannten Universum« (Abbildung 2.2 b). Wrights Spekulationen |39|und seine Modellvorstellungen waren wichtig, weil sie über die Betonung des Sonnensystems hinausgehen, wie wir sie von Kopernikus’ Versuch kennen, ein größeres Universum ins Auge zu fassen. Die Vorstellung von einem Universum mit einer Vielzahl von Galaxien (oder »Inseluniversen«), von denen die Milchstraße nur eine ist, fand allerdings erst Anerkennung, als 1921 der amerikanische Astronom Heber Curtis in einer großen öffentlichen Diskussion am Smithsonian Institute in Washington gegen Harlow Shapley die These verteidigte, die Spiralnebel, die wir am Nachthimmel sehen, seien in Wirklichkeit ferne Galaxien wie unsere Milchstraße. Sharpley beharrte hingegen darauf, dass bereits die Milchstraße das gesamte Universum umfasst – ein wenig überzeugendes Argument für die damaligen Astronomen.

[Bild vergrößern]

2.2 (a) Thomas Wrights Modell der Milchstraße als diskusartiger Scheibe im Raum, in der die Sterne gleichmäßig verteilt sind.

(b) Wrights ewiges Universum enthält eine unendliche Zahl von Galaxien, die wie Blasen im unendlichen Raum treiben.

Ironischerweise erinnert man sich hauptsächlich an die weit vorausblickenden Arbeiten Wrights wegen der Art und Weise, wie sie von anderen |40|Wissenschaftlern aufgegriffen wurden, die besser ausgerüstet waren, um Beweise liefern zu können. Wright selbst leistete keinen weiteren wesentlichen Beitrag zur beobachtenden Astronomie, da er eine Karriere als Architekt11 begann, aber einer seiner scharfsinnigsten jungen Leser war von dem Bild des Universums fasziniert, das er geschaffen hatte: 1751 las der damals 27 Jahre alte Immanuel Kant (1724–1804) in einer Hamburger Zeitung einen wenn auch nicht ganz seriösen Bericht über Wrights Arbeiten.12 Vier Jahre später antwortete er mit einer anonymen Arbeit über das Universum, die den Titel Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels, oder Versuch von der Verfassung und dem mechanischen Ursprunge des ganzen Weltgebäudes, nach newtonschen Grundsätzen abgehandelt trug und 1755 in Königsberg erschien. Der Text fand aber kaum Verbreitung, weil der Verleger Petersen bankrottging und die gedruckten Exemplare vom Gerichtsvollzieher eingezogen wurden. Erst ein Jahrhundert später erlangte die Schrift Berühmtheit, als die Astronomen durch einen Vortrag Hermann von Helmholtz’ auf sie aufmerksam geworden waren.

Kant griff Wrights Bild der Milchstraße mit Begeisterung auf und sah den Sternenring als rotierende Scheibe, in der die nach innen gerichtete Anziehung durch die nach außen gerichtete Zentrifugalkraft, die aus der Drehbewegung um das Zentrum der Galaxie entspringt, ausgeglichen wird. Ohne Schwerkraft würde sich die Sternenscheibe im Weltall verlieren, ohne Rotation würden alle Sterne ineinanderstürzen. All die »Nebel«13, welche die Astronomen mit ihren Teleskopen sehen konnten, waren Kant zufolge ebenfalls rotierende Sternenscheiben.

Dass überall im Universum ähnliche Verhältnisse zu herrschen schienen, spiegelte die Allgemeingültigkeit – man könnte nun sagen: universelle Gültigkeit – der Newtonschen Gravitations- und Bewegungsgesetze wider. Die Sternensysteme variieren nur in ihrer scheinbaren Helligkeit, was man auf die unterschiedliche Entfernung zurückführen kann. Ihre unterschiedliche Gestalt am Himmel wird durch die unterschiedliche Ausrichtung erklärt, die sie uns gegenüber haben – etwa zu vergleichen mit einem Rugbyball, den man aus verschiedenen Winkeln anschaut. Kant ging nun einen Schritt weiter und überlegte sich weitere denkbare Anordnungen. Wenn Sterne in Galaxien wie der Milchstraße zusammengeballt sind, so sind vielleicht auch diese Galaxien in großen Anhäufungen von |41|Galaxien angeordnet, die auch wieder Haufen von Galaxienanhäufungen bilden und so fort? Dieses System erscheint aber nicht ganz stimmig, da es erfordern würde, dass die Galaxien um das Zentrum der Galaxienanhäufung rotieren und eine Scheibe bilden. Diese Scheiben würden wieder eine rotierende Scheibe bilden und so fort. Aber trotz dieser Widersprüche war Kants Ansatz ein brillanter Schritt, um mit Hilfe der Newtonschen Gesetze die Struktur des Universums jenseits unseres Sonnensystems zu verstehen.14

Das Beeindruckendste an Kants Universum ist, dass es sich weiterentwickelt: Es ändert sich im Laufe der Zeit, indem Sterne auftauchen und wieder verschwinden.15 Kants Universum ist unendlich ausgedehnt und hat daher kein wirkliches Zentrum, kann aber besondere Regionen mit größerer Materiedichte aufweisen. Unser Sonnensystem befindet sich in einer solchen Region. Das Leben und die Ordnung breiten sich wie eine kugelförmige Welle vom Zentrum in den Raum aus. Die Welle lässt auf ihrem Weg neue Welten zurück. In jedem Größenbereich entstehen neue Strukturen, die wieder wie die Milchstraße von Schwer- und Zentrifugalkraft im Gleichgewicht gehalten werden.16 Während der Kamm dieser Welle mit anderen Sonnensystemen gefüllt ist, sind in ihrem Nachlauf tote Welten versammelt, die ihre Vorräte aufgebraucht haben und dem Zerfall preisgegeben sind. Die Entwicklung neuer produktiver Gebilde findet am äußeren Rand der expandierenden Schale statt. Dort ist die Front der Schöpfung, während sich in den Zentralregionen die alte zerfallene Materie sammelt. Dabei entsteht aber kein kosmischer Friedhof, denn diese Materie kann sich auch wieder selbst neu anordnen und aufbereitet werden, um dann wieder wohlgeordnete Sterne und Planetensysteme zu bilden. Das gleicht einem »Phönix der Natur«, und das Universum wird ewig bestehen: »Die Schöpfung ist niemals vollendet. Sie hat zwar einmal angefangen, aber sie wird niemals aufhören. … Auf die gleiche Art vergehen Welten und Weltordnungen und werden von dem Abgrunde der Ewigkeiten verschlungen; dagegen ist die Schöpfung immerfort geschäftig, in andern Himmelsgegenden neue Bildungen zu verrichten und den Abgang mit Vortheile zu ergänzen.«17

Kant sah all dies als den Teil eines großen göttlichen Plans, wonach der Schöpfer sich ständig damit beschäftigt, neue und größere Welten zu erschaffen. |42|Alles Leben, das wir kennen, hat eine endliche Spanne, und wir können nicht annehmen, von diesem Gesetz ausgenommen zu sein. Die Natur ist aber unerschöpflich reich und erlaubt, dass »auf gleiche Weise ganze Welten und Systeme den Schauplatz [verlassen], nachdem sie ihre Rolle ausgespielt haben«18, da alle überhaupt möglichen Kombinationen von Materie im Laufe der Zeit durchgespielt wurden. Kant fand ein »gewisses Naturgesetz«, das jene Zyklen bewirkt, in denen die frühesten Gebilde zuerst zerfallen, während sich neue Gebilde herausformen: »Die ausgebildete Welt befindet sich diesemnach zwischen den Ruinen der zerstörten, und zwischen dem Chaos der ungebildeten Natur mitten inne beschränket, und wenn man, wie es wahrscheinlich ist, sich vorstellet, daß eine schon zur Vollkommenheit gediehene Welt eine längere Zeit dauren könne, als sie bedurft hat, gebildet zu werden: so wird ungeachtet aller der Verheerungen, die die Vergänglichkeit unaufhörlich anrichtet, der Umfang des Universi dennoch überhaupt zunehmen.«19

Später wechselte Kant von seinen frühen Arbeiten zur Astronomie und Newtonschen Physik zur kritischen Philosophie und wurde zu einem der berühmtesten Philosophen. In seiner Kritik der reinen Vernunft von 1781 führte er eine wichtige Unterscheidung zwischen Realität und Wahrnehmung der Realität ein. Wir haben die objektive Wahrheit von der Wahrheit zu unterscheiden, die unsere Vernunft mit ihren ganz besonderen Kategorien des Denkens erfassen kann. Die absolute Wahrheit der Dinge können wir nicht herausfinden. Wir können nur einen Teil von ihr mit Hilfe der Kategorien unseres Denkens begreifen.20 Kant verglich die Bedeutung seiner philosophischen Argumente mit der Kopernikanischen Revolution, die in der Astronomie stattgefunden hatte: »Bisher nahm man an, alle unsere Erkenntnis müsse sich nach den Gegenständen richten; aber alle Versuche, über sie a priori etwas durch Begriffe auszumachen, wodurch unsere Erkenntnis erweitert würde, gingen unter dieser Voraussetzung zu nichte. Man versuche es daher einmal, ob wir nicht in den Aufgaben der Metaphysik damit besser fortkommen, daß wir annehmen, die Gegenstände müssen sich nach unserem [sic] Erkenntnis richten. … Es ist hiemit eben so, als mit den ersten Gedanken des Kopernikus bewandt, der, nachdem es mit der Erklärung der Himmelsbewegungen nicht gut fort wollte, wenn er annahm, das ganze Sternheer drehe sich um den Zuschauer, versuchte, |43|ob es nicht besser gelingen möchte, wenn er den Zuschauer sich drehen, und dagegen die Sterne in Ruhe ließ. In der Metaphysik kann man nun, was die Anschauung der Gegenstände betrifft, es auf ähnliche Weise versuchen.«21

Kant und Laplace: Nebel im Weltall

Kant lieferte auch einen Beitrag zur wichtigsten konkurrierenden Theorie. In seiner Naturgeschichte von 1755 skizzierte er auch ein anderes Szenario, nach dem sich das Sonnensystem aus einer Wolke aus Gas und Materie gebildet hat, die sich wirbelnd dreht. Diese Idee wurde in weit präziserer Form von dem französischen Astronomen Pierre Laplace (1749–1827) in seiner populären Darstellung des Weltsystems22 vorgestellt. Dieses äußerst lesenswerte Buch hatte großen Einfluss auf das französische (und später europäische) intellektuelle Leben.

Laplace hatte in Frankreich eine bedeutende Stellung. Er war der wissenschaftliche Berater Napoleons I. und ein bedeutender Astronom, Mathematiker und Physiker, der vom Kaiser geadelt wurde und bis in den Rang eines Marquis aufstieg. Er war auch ein glühender Anhänger des Rationalismus und wollte zeigen, dass die Entstehung von Planeten auch ohne übernatürliche Eingriffe möglich ist. Im letzten Kapitel seines Buches erklärt er die Ursprünge des Sonnensystems aus der Kontraktion und Rotation von Materiewolken, aus denen Planeten entstehen, die alle in der gleichen Ebene um eine Zentralsonne kreisen und sich alle in gleicher Richtung um ihre Achsen drehen.23 Laplaces Weltbild wurde als »Nebularhypothese« bekannt. Sie erfreute sich bei Astronomen großer Beliebtheit, die glaubten, dass jeder Lichtfleck am Nachthimmel ein Planetensystem darstellt. Das Szenario unterschied sich deutlich von dem Wrights, der diese Lichtflecken als Galaxien von der Art unserer Milchstraße erklärte und in ihnen jeweils Milliarden von Sternen und Planetensystemen vermutete.

Der Entwurf Laplaces wurde in England zum Standardmodell des Universums. 1890 befand die bedeutendste Erforscherin der Geschichte der Astronomie in diesen Tagen, Agnes Clerke, dass »kein kompetenter Denker |44|heute, das ist gewiss, behaupten kann, dass irgendein einzelner Nebel ein Sternensystem vom Rang der Milchstraße sein kann. Wir haben eine praktische Gewissheit erlangt, dass alles am Himmel, die Sterne wie auch die Nebel, zu einem einzigen mächtigen Gebilde gehören.«24

Dieses »viktorianische« Universum war ein gewaltiges Karrenrad aus Sternen: die Milchstraße. Die Vorstellung, dass irgendeiner dieser Lichtflecke am Nachthimmel eine selbstständige Galaxie sein könnte, verlor vorübergehend mehr und mehr an Bedeutung.

Wallace und Kelvin: Abstürzende Sterne

Alfred Russel Wallace (1823–1913) war ein bedeutender Wissenschaftler des 19. Jahrhunderts, der heute für seine Entdeckung, dass sich die lebenden Organismen in einem Prozess der natürlichen Selektion entwickelt haben, zu Unrecht weniger Anerkennung erfährt, als ihm gebührt. Er lebte im England Edwards VII., der 1901 nach dem Tod seiner Mutter Viktoria König wurde: Das viktorianische wurde durch das nachviktorianische oder edwardianische Zeitalter abgelöst. Es war ein Glücksfall für Charles Darwin, der über die gleiche Idee nachdachte und über eine lange Zeit hinweg Belege für sie sammelte, dass Wallace ihm schrieb und ihm von seinen Vorstellungen berichtete, statt sie einfach in einer Fachzeitschrift zu veröffentlichen. Schließlich wurden dann die Theorien von Wallace und Darwin zur gleichen Zeit publiziert.25 Wallace interessierte sich für Physik, Astronomie und die Geowissenschaften, unterstützte Darwin lange Zeit als Kollege und überließ ihm Fundstücke von Arten aus weit entfernten Gegenden der Welt. 1903 veröffentlichte er unter dem Titel Man’s Place in the Universe26 eine umfassende Studie der Faktoren, die aus der Erde einen bewohnbaren Ort machen, und über die philosophischen Schlüsse, die man aus dem Zustand des Universums ziehen kann.

Wallace war von einem einfachen kosmologischen Modell beeindruckt, das Lord Kelvin,27 der führende britische Wissenschaftler jener Tage und Präsident der Royal Society (1890–1895), auf der Grundlage von Newtons Gravitationsgesetz entwickelt hatte, um das Schicksal der gewaltigen Materiewolken im All erklären zu können. Kelvins Interessen waren äußerst |45|weit gestreut und sehr früh erwacht: Schon mit zehn Jahren hörte er Vorlesungen an der Universität von Glasgow, und mit fünfzehn schrieb er wichtige Forschungsarbeiten über die Struktur der Erde. Er vertiefte unser Verständnis des Energieerhaltungssatzes und der thermodynamischen Gesetze und führte die absolute Temperaturskala ein. Er entwickelte aber nicht nur Theorien, sondern arbeitete auch experimentell. So entwarf und verwirklichte er 1858 das erste transatlantische Unterseekabel. Er fand auch noch die Zeit, einen Standardregenmesser zu konstruieren, eine Wärmepumpe zu erfinden, die für Zentralheizungen und Klimaanlagen verwendet werden konnte, und spielte eine wichtige Rolle bei der Planung der ersten elektrischen Eisenbahnen.