Wolfgang Korsus Dipl.-Ing.NT, Astrophysiker
Klingenberg 40
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Edwin Powell Hubble war ein bedeutender US-amerikanischer Astronom und Namensgeber des Hubble-Weltraumteleskops, der mit dem Andromedanebel erstmals eine Galaxie außerhalb der Milchstraße erforschte und durch die sogenannte Rotverschiebung auf ein expandierendes Universum schloss. Er wurde am 20. November 1889 in Marshfield, Missouri in den Vereinigten Staaten geboren und verstarb mit 63 Jahren am 28. September 1953 in San Marino, Kalifornien. 2019 jährt sich sein Geburtstag zum 130. Mal.
Jetzt wird es langsam aber sicher interessant. Wer war Hubble? Hubble war es damals, der herausfand, dass die Rotverschiebung von Spektrallinien in sehr weit entfernten Galaxien immer größer wurde. Er ging davon aus dass die elektromagnetische Strahlung, die er von anderen Galaxien empfing, genauso funktionierte, wie die, die man auf der Erde in zahllosen Experimenten in den Laboratorien untersuchen konnte. Es wurde seit langem in der Astrophysik mit dieser Hypothese gearbeitet. Schließlich bestätigten Hubbles Beobachtung eine allgemeingültige Erkenntnis :
der Übergang von Elektronen innerhalb eines Atoms von einem Energiezustand zu einem anderen hängt immer mit einer klar abgegrenzten Menge an Energie ab. Es war egal, ob es sich um ein Sauerstoffatom hier auf der Erde handelt oder eines in irgendeiner Galaxie, die ein paar hundert Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist. Er stellte ebenfalls fest, die Lichtgeschwindigkeit ist überall konstant. Sie ist halt eine Naturkonstante .
Hubble war ein empirischer Forscher. Also, und was machte er? Er zog aus bestimmten Foraussetzungen auch die daraus folgenden Schlußfolgerungen. Natürlich wurde auch alles experimentell überprüft.
Wieso waren die Spektrallinien rotverschoben.
Wir werden nun gemeinsam versuchen, Hubbles Gedankengänge nachzuvollziehen. Wie kommt es dazu das sich solche Spektrallinien verschieben
Man könnte erst einmal versuchen es ganz einfach zu erklären…….dass sich Atome, die strahlen, also Energie abgeben, von uns wegbewegen, und zwar alle. Daraus folgt……..Wenn alle Atome sich von uns wegbewegen, dann wird die Strahlung durch einen Effekt beeinflusst, den man unter dem Namen Dopplereffekt bei Schallwellen kennt (sicher werden jetzt einige Leser an ihre Schulzeit erinnern. Ein Auto (Schallquelle) kommt auf uns zu, der Ton wird höher, die Frequenz hat sich erhöht. Dann rast das Auto an uns vorbei und entfernt sich. Der Ton wird tiefer und die Frequenz niedriger. Das kennen wir sicher : Polizeiauto mit Sirene im Einsatz. Daselbe findet auch mit der elektromagnetischen Strahlung statt. Die Strahlungsquelle kommt auf uns zu, das Licht wird hochfrequenter, aber die Wellenlänge wird kleiner, es sorgt dafür Licht verschiebt sich in den blaueren Bereich des sichtbaren Spektrums. Entfernt
sich die Quelle von uns, so wird das Licht niederfrequenter, die Wellenlänge größer, also erscheint es im roten Abschnitt des sichtbaren Spektrums. Verstanden?
Aber Achtung ! In einem expandierenden Universum gibt es kein festes Bezugssystem.
Das gerade beschriebene Beispiel für den Dopplereffekt zeigt auf, es steht ein Mensch an einer Straße und es fährt eine, nennen wir es Strahlungs- beziehungsweise Schallquelle vorbei. Leicht vorzustellen. Wie spielt sich dieses in einem sich ausdehnenden Universum ab? Eins steht schon mal fest, der Doppiereffekt kann dort natürlich nicht wirken.
Nun kam Georges Lemaitres ins Spiel. Wenn sich alles in alle Richtungen von uns entfernt, dann, so stellte er fest, muss und wird es eine andere Erklärung für die Rotverschiebung geben: wir sprechen von dem Raum, der sich bewegt? Es ist der Raum, der sich bewegt, weil er sich ausdehnt. Man darf sich das wie folgt vorstellen. Mit dem Raum bewegen sich die Galaxien davon. So ähnlich bewegen sich Rosinen in einem aufquellenden Hefeteig, man könnte meinen sie bewegten sich selbst, tatsächlich aber werden sie mitgetragen. Sie sollen den Unterschied zwischen bewegen und bewegt werden auch wirklich verstehen – hier noch ein weiteres Beispiel: Auf einen Luftballon werden mehrere Wattebäuschchen draufgeklebt, quasi sind das die Galaxien. Der Luftballon wird jetzt aufgeblasen. Was sehen Sie? Die Wattebäuschchen verändern nicht ihre Form und dank Klebstoff bleiben sie auf der Stelle, dennoch entfernen Sie sich trotzdem voneinander. ( denk dran, Schulversuch) was sieht man ? Der Abstand zwischen den Wattebäuschchen wird immer größer, und zwar umso schneller, je weiter sie am Anfang voneinander entfernt waren. Hier spiegelt sich etwas, oder ist Lemaîtres Gedanke plötzlich da.
Das Universum es expandiert, so ähnlich wie der Luftballon vom „Beispiel“ – und zwar als Ganzes. Es beeindruckt schon stark, eine enorme Denkkraft. Es wurde bis dahin über das Ganze gesprochen. Eigentlich über alles, was physikalisch überhaupt da sein kann. Da macht Lemaitre diese Aussage. Locker ausgedrückt: Eine, die einen vom Hocker haut !
Wenn ein Wissenschaftler sagt, wir haben hier einen Teil des Universums, und dieser Teil funktioniert so ähnlich wie das, was wir von der Erde kennen, dann ist das auch schon sehr bedeutend. Aber zu behaupten, dass das, was wir von der Erde kennen, z.B. die physikalischen Gesetze, die Strahlung, der Aufbau der Materie, die Lichtgeschwindigkeit, die Ladungen und vieles mehr, dass das alles überall im Universum genauso funktioniert – so etwas kann doch keiner wissen, niemand kann es überprüfen. Doch gibt es Lebewesen in diesem Universum, die über einen ca. 1,38 Kilogramm schweren Erkenntnis-apparat (Gehirn verfügen), manchmal etwa zwei Meter groß sind und im besten Fall 100 Jahre alt werden. Was ist da besonderes dran! Ja, manche von ihnen machen halt Aussagen über alles. Das wird ein Mensch sein, und mit so einem Selbstbewusstsein sind wir weit gekommen. Wir wissen, wie es funktioniert, wir wissen auch wie es sich darstellt…….und letztendlich wissen wir sogar, wie es zu allem Bestehenden kommen konnte.
Alles klar, bitte wundern Sie sich nicht…….schließlich sind wir Physiker. …..Entschuldigung diese verdammte Überheblichkeit. Sicherlich basiert sie auf vorhandener chronischer Einbildung. Unter diesen Umständen ist es sicher nicht möglich, Ihnen, für Sie verständliche Erklärungen zu geben.
Lassen Sie mich zum Ernst der Sache zurückkommen.
Ich scheue mich nicht zuzugeben, trotz meiner jetzt 70 Lenze und staune selbst ich immer noch und kann mich immer wieder daran begeistern, dass wir Lebewesen die sich Mensch nennen mit unserem Gehirn tatsächlich an solche Dinge denken und sie erkennen können. Man muss eben auch die Physik des ganzen Universums so behandeln wie in einem Experiment auf der Erde.
Womit wir wieder bei Lemaître wären. Er kam, nachdem er das Universum hat expandieren lassen, naheliegenderweise auf einen hervorragenden Gedanken, auf den Sie sicher jetzt auch kommen können.
Denn Sie müssen sich einfach nur fragen:
Wenn das Universum expandiert, wie groß war es dann gestern? Genau! Es war natürlich kleiner, ist ja logisch. Wenn es also expandiert, wenn es die ganze Zeit auseinanderfliegt, war es gestern kleiner.
Es geht weiter, wir denken jetzt an vorgestern
Ergebnis……? Noch kleiner …… Weiter vorstellen und weiter! Es kommt der Moment, wo sich die Frage stellt: Ja Anfang…..wie klein ist das Universum jetzt ? Oder besser wie groß war es ?