Big Bang. The most important scientific discovery of all times and why...

Simon Singh


Der Knalleffekt

Am Anfang war weder das Wort noch das Licht, sondern der Urknall. Die Entdeckung des Big Bang war ein abenteuerlicher, von genialen Ideen, neuen Beobachtungsmethoden, aber auch Zufällen, Rückschlägen und Ignoranz geprägter Prozess, wie er typisch ist für den Fortschritt in den Wissenschaften.

Weißes dielektrisches Material. Das seltsame Rauschen blieb, egal was Arno A. Penzias und Robert W. Wilson an ihrem neuen, riesigen Radioteleskop auch veränderten. Womöglich hing es auch mit irgendwelchen Abstrahlungen von New York zusammen, das nicht weit entfernt war. Womöglich war aber auch das "weiße, dielektrische Material", das die Tauben an der riesigen Antenne hinterließen, für den seltsamen Lärm verantwortlich. Also verfrachteten die beiden Astronomen die Tiere fünfzig Kilometer weit weg in eine neue Umgebung. Doch die Vögel kehrten flugs wieder zurück auf ihre Riesenantenne, um sie aufs Neue mit Taubenscheiße zu überziehen. Also dachte Penzias, "dass es am humansten wäre, sie zu erschießen". Doch auch nach dem Taubenmord mussten er und Wilson mit der rätselhaften unveränderlichen Störquelle leben. Erst einige Monate später begriff Penzias, dass diese nichts mit Tauben oder New York zu tun hatte, sondern schlicht mit der Entstehung des Universums. Aber nochmals von Anfang an.

Das Universum im Apfelkuchen. Die verschlungenen Pfade, über die man auf das Echo jener unvorstellbaren Explosion stieß, bei der vor rund 15 Milliarden Jahren aus dem Nichts buchstäblich alles – inklusive Zeit und Raum – entstand, seien typisch für den Fortschritt der Naturwissenschaften, meint der britische Wissenschaftspublizist Simon Singh. Der Autor populärwissenschaftlicher Bestseller ("Fermats letzter Satz", "Geheime Botschaften") hat über den großen Knall einen spannenden Wälzer verfasst, der demnächst auf Deutsch erscheinen wird. Auf Englisch trägt er den Untertitel "The most important discovery of all times", was Singh im "heureka"-Gespräch keineswegs nur als Marketinggag verstanden wissen will: "Die Bedeutung des Big Bang und seiner Entdeckung bringt für mich am besten ein Ausspruch Carl Sagans auf den Punkt. Der hat einmal treffend gemeint, dass man, wenn man auch nur einen Apfelkuchen von Grund auf machen will, zuerst das Universum erschaffen muss." Die Geschichte der Urknallentdeckung und ihre Durchsetzung, wie sie Simon Singh auf mehr als 500 Seiten erzählt, dauerte einerseits erstaunlich lang – nämlich zumindest ein paar Jahrzehnte. Andererseits ist sie auch wieder erstaunlich kurz, denn bis zu Albert Einsteins Formulierung der Allgemeinen Relativitätstheorie 1915 gab es in der modernen Kosmologie eigentlich nur das Bild des ewigen und immergleichen Universums – an dem auch der große Physiker selbst zunächst nichts geändert haben wollte.

Einsteins größter Fehler. Denn obwohl seine Theorie letztlich darauf hinauslief, dass das Universum aufgrund der Gravitation kollabieren könnte, wollte er das statische Universum "retten". Einstein führte die "kosmologische Konstante" ein und machte den wohl größten Fehler seiner einzigartigen Forscherkarriere. Der russische Mathematiker Alexander Friedmann hingegen nahm Einsteins Theorie gewissermaßen beim Wort und sagte 1922 voraus, dass das Universum dynamisch sein müsse und sich ausdehne. Doch er starb bereits 1925, ohne dass Einstein seine Erkenntnisse ernst genommen hätte. Ähnlich erging es zunächst auch dem belgischen Priester und Kosmologen Georges Lemaître, der auf Basis der Allgemeinen Relativitätstheorie als erster Wissenschaftler überhaupt davon ausging, dass es bei einem dynamischen Universum auch irgendwann einmal einen Moment der Schöpfung gegeben haben müsse. Als Lemaître seine eigentlich bahnbrechende Erkenntnis 1927 bei einer Konferenz präsentierte, an der auch Einstein teilnahm, wurde er von diesem kurz und bündig abgefertigt: "Ihre Berechnungen sind richtig, aber Ihre Physik ist scheußlich!" Lemaître stürzte ob der Kritik Einsteins in tiefe Verzweiflung und beschloss, seine Ideen nicht mehr weiter zu verfolgen. Es sollte allerdings nicht lange dauern, bis Einstein seinen Irrtum einzusehen begann – gleichsam dazu gezwungen durch neue Beobachtungen von Edwin Powell Hubble. Der US-amerikanische Astronom fand 1929 heraus, dass sich die Galaxien umso schneller bewegen, je weiter sie von uns entfernt sind. Damit wurde nicht nur klar, dass sich unser Universum ausdehnt, sondern dass es auch einen Anfang gehabt haben muss. 1933 trafen sich Einstein und der belgische Kosmologe erneut, diesmal zu einem Seminar in der Nähe von Hubbles Observatorium. Und sechs Jahre, nachdem er Lemaîtres Physik als scheußlich abgetan hatte, hieß es nun: "Das ist die schönste und befriedigendste Erklärung der Schöpfung, der ich je gelauscht habe."

Das Größte aus dem Kleinsten. Die Urknalltheorie war deshalb aber noch lange nicht bewiesen, im Gegenteil: Weiterhin hielt die Mehrheit der Wissenschaftler am Modell des statischen Universums fest, zumal der Urknall nach den bisherigen Berechnungen jünger war als die ältesten Sterne. Ein anderes Problem war die Materienverteilung des Universums: Wie konnte man erklären, dass es zu neunzig Prozent aus Wasserstoff, zu neun Prozent aus Helium und nur zu einem verschwindend geringen Anteil aus schweren Elementen besteht? Bei dieser Frage waren nun nicht mehr die Erforscher des Allergrößten, sondern vor allem Teilchenphysiker wie George Gamow und seine jüngeren Kollegen Ralph Alpher und Robert Herman gefragt. Gamow publizierte mit Alpher 1948 einen berühmten Artikel, in dem sie die ersten fünf Minuten des Universums rekonstruierten und behaupteten, dass es damals aus einer unvorstellbar heißen und dichten Suppe aus Protonen, Neutronen und Elektronen bestanden hätte. Und weil Gamow einen besonderen Sinn für Wortspiele hatte, lud er den deutschen Kernphysiker Hans Bethe ein, als Co-Autor zu fungieren. Ihr Aufsatz sollte als Alpha-Beta-Gamma in die Wissenschaftsgeschichte eingehen. Mit einem anderen Text hatten Alpher und Herman hingegen weniger Glück: Ihre wenige Monate später entstandene Arbeit, in der sie erstmals die kosmische Hintergrundstrahlung vorhersagten, blieb zunächst ohne jede Resonanz. Penzias und Wilson stießen 1964 auf die Hintergrundstrahlung, ohne sie zunächst als solche zu erkennen. Im selben Jahr postulierten Robert Dicke und James Peebles ein zweites Mal die Hintergrundstrahlung. Darauf wiederum wurde Penzias durch einen Hinweis seines Kollegen Bernard Burke aufmerksam. Und das Ende vom Beweis für den Anfang von allem: Den Nobelpreis für Physik des Jahres 1978 teilte sich Arno Penzias mit Robert Wilson, die nicht zuletzt hatten ausschließen können, dass das Rauschen ihres Radioteleskops etwas mit Taubendreck zu tun hatte.

Klaus Taschwer in FALTER 26/2005



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