Author: Heinz Oberhummer
Date: 2008-02-28T17:56:07+00:00
Keywords: General; Earth Sciences; Science
Description: Das moderne Bild des Universums ist grandioser, als man es sich jemals auch nur annähernd vorstellen konnte. Aber je mehr wir über das Universum erfahren, umso mehr Geheimnisse tun sich auf. Was ist die rätselhafte Dunkle Materie und die noch mysteriösere Dunkle Energie? Wie nahe sind wir einer „Weltformel“ auf der Spur? Warum ist die Inflation die leistungsfähigste Theorie des Universums? Was war eigentlich vor dem Urknall? Warum sind die Sterne für unser Leben unabdingbar? Was ist die Ungeziefertheorie? Warum ist es unserer Generation vorbehalten, dass wir Leben außerhalb der Erde entdecken?
Publisher: Satzweiss.com

Inhaltsverzeichnis
KANN DAS ALLES ZUFALL SEIN?
Einleitung

Von der Erde zum Multiversum

Sonne, Sterne, Planeten und Monde: Lichter am Himmel

Kometen und Asteroiden: Gefahr aus dem All

Galaxien, Galaxiengruppen und Galaxienhaufen: Myriaden von Sternen

Dunkle Materie: Dominant, aber unverstanden

Universum: Bis in die Unendlichkeit

Von Ewigkeit zu Ewigkeit

Der Ursprung: Wie unser Universum entstand

Die Galaxienflucht: Das Universum expandiert

Kosmische Hintergrundstrahlung: Eine Botschaft vom Urknall

Der Urknall: Was hat geknallt?

Quantengravitation: Was war vor dem Urknall?

Dunkle Energie: Ein kosmisches Rätsel

Eine kurze illustrierte Reise durch das Universum

Das Leben der Sterne

Die Entstehung der Elemente: Wir alle sind Sternenstaub

Das lange Leben der Sterne: Vom Protostern zur Supernova

Ist da jemand?

Raumschiff Erde: Unsere Heimat

Astrobiologie: Von Spekulationen zur Wissenschaft

Gibt es Leben außerhalb der Erde?

Kann das alles Zufall sein?

Können wir das Universum erklären?

Ein lebensfreundlicher Kosmos?

Maßarbeit oder Zufall?

Nachwort

Abbildungsnachweis

Stichwortverzeichnis

A
B
C
D
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F
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Heinz Oberhummer

KANN DAS ALLES ZUFALL SEIN?

Heinz Oberhummer

KANN DAS ALLES ZUFALL SEIN?

Geheimnisvolles Universum

6. Auflage

Heinz Oberhummer

Kann das alles Zufall sein?

Geheimnisvolles Universum

Salzburg: Ecowin Verlag GmbH, 2008

ISBN: 978-3-7110-5049-6

Unsere Web-Adressen:

www.ecowin.at
www.oberhummer.at/universum

Alle Rechte vorbehalten

Lektorat: Arnold Klaffenböck

Cover: www.kratkys.net

Illustrationen: Thomas Wizany

Copyright © 2008 by Ecowin Verlag GmbH, Salzburg

Gesamtherstellung: Druckerei Theiss GmbH, A-9431 St. Stefan, www.theiss.at

Printed in Austria

Einleitung

Ich bin in Obertauern aufgewachsen, einem Ort in den Bergen von Salzburg, wo der Winter zumindest von November bis Mai dauert. Mein Vater war dort als Volksschullehrer tätig und unterrichtete neben den anderen Schülerinnen und Schülern auch meinen Bruder und mich. Er hatte übrigens den imposanten Titel „Oberlehrer Oberhummer aus Obertauern“. Die gesamte Schule bestand neben dem Lehrer, der eben mein Vater war, nur aus insgesamt acht Schülerinnen und Schülern. Man konnte in einem Zeitungsartikel über diese damals kleinste und höchstgelegene Schule Österreichs lesen, dass 25 Prozent der Schülerinnen und Schüler der Lehrer selbst stellt. Das war auch wichtig, denn sonst wäre die Schule aus Mangel an zu Unterrichtenden einfach aufgelöst worden.

Zu dieser Zeit war Obertauern noch nicht vom Fremdenverkehr überrannt und man konnte noch einen ungetrübten Blick auf den nächtlichen Sternenhimmel werfen. Heute ist er, vor allem im Winter, von Lichtquellen unterschiedlichster Art – Straßenbeleuchtung, Outdoor-Laser, Leuchtreklame von Hotels, Restaurants, Bars und Diskotheken – überdeckt und für astronomische Beobachtungen nicht mehr geeignet. Ich lebe inzwischen im tiefsten Dunkelsteinerwald, in einem winzigen Ort mit nur drei Höfen und zwölf Einwohnern, und kann den Sternenhimmel ohne Lichtverschmutzung wieder ungestört genießen.

Schon als Kind fragte ich mich, beim Betrachten der Sterne, ob die vielen Lichtpunkte da oben wohl eine Bedeutung für uns haben könnten. Ich wusste damals schon, dass die Sterne sehr weit weg sind, und konnte mir beim besten Willen nicht vorstellen, dass diese irgendeine Relevanz für uns haben könnten, wobei ich hier aus guten Gründen die pseudowissenschaftliche Astrologie ausschließe.

Meine Freude war groß, als ich als Zehnjähriger einen Sternenatlas zu Weihnachten geschenkt erhielt und mit dessen Hilfe erstmals gezielt die Lichtpunkte am nächtlichen Himmel beobachten konnte. Dieser Atlas schien mir vom Himmel geschickt, denn damit bekamen nun die einzelnen Sternbilder, die Sterne und Planeten am Himmel auch endlich Namen für mich. Jedoch ließ mein Interesse an der Beobachtung des Himmels in den folgenden Jahren nach, weil für mich auf einmal andere, grundlegendere Fragen von größerer Bedeutung waren. Warum leuchten die Sterne? Waren sie immer schon da? Wie weit sind sie entfernt? Was unterscheidet die Sonne und den Mond von den Sternen? Woraus besteht das helle Band der Milchstraße? Wie weit reicht der Himmel hinaus? Heute wissen wir ungleich mehr über das Universum als zu meiner Kindheit. Ich werde dieses Wissen, das wir teilweise sogar erst in letzter Zeit erlangt haben, in diesem Buch vor Ihnen ausbreiten.

Meine Neugierde als Kind hatte sich, ohne dass mir das damals natürlich klar war, von astronomischen zu astrophysikalischen und kosmologischen Fragestellungen gewandelt. Was ist denn nun der Unterschied zwischen diesen wissenschaftlichen Gebieten oder anders ausgedrückt einem Astronomen, Astrophysiker oder Kosmologen? Jeder weiß, was ein Astronom ist. Nun, ein Astronom – im Volksmund auch Sterngucker genannt – beobachtet den Himmel. Genauer gesagt beobachtet er das Weltall, das Universum oder den Kosmos, wobei diese drei Begriffe dieselbe Bedeutung haben. Während also die Astronomen das Universum beobachten, versuchen auf der anderen Seite Astrophysiker oder Kosmologen dieses zu erklären. Astrophysiker beschränken sich dabei auf einzelne Teilgebiete des Universums, wie zum Beispiel die Erforschung der Sterne, während Kosmologen die Eigenschaften des Universums als Ganzes zu verstehen versuchen.

Meine wissenschaftliche Tätigkeit hat sich später hauptsächlich auf den Bereich der „Nuklearen Astrophysik“ konzentriert. Dieses Wissenschaftsgebiet kann man vereinfachend auch als „Kerne und Sterne“ bezeichnen. Das Faszinierende daran ist, dass offensichtlich die riesigen Himmelsobjekte, wie die Sonne oder die Sterne in unserem Universum, mit den winzigen Objekten, den Atomkernen, auf das Engste zusammenhängen. Wie das? Auf der einen Seite erzeugt nämlich das Verschmelzen von Atomkernen in der Sonne und den Sternen die notwendige Energie, sodass die Sonne scheint und die Sterne leuchten. Auf der anderen Seite – und noch viel aufregender und faszinierender – werden in den Sternen alle notwendigen Atomkerne und Elemente erzeugt, die das Leben im Universum überhaupt erst ermöglichen.

Noch ein Hinweis: Falls Sie etwas nicht gleich verstehen und es Ihnen nicht anschaulich ist, lesen Sie trotzdem weiter. Das Buch ist so geschrieben, dass Sie, geneigte Leserinnen und Leser, jederzeit wieder voll einsteigen können, auch wenn Sie bei manchen Passagen vielleicht nicht alles so ganz verstanden haben sollten. Am Ende eines jeden Kapitels gibt es eine aufgelockerte Zusammenfassung, wo die wesentlichen Inhalte noch einmal einfach und bündig dargestellt sind.

In der Mitte des Buches befinden sich Abbildungen, wo ich in den Bilderklärungen versucht habe, die Inhalte des Buches möglichst simpel und prägnant zusammenzufassen – also sozusagen eine kurze illustrierte Reise durch das Universum.

Möge Ihnen das Lesen dieses Buches genauso viel Spaß machen wie mir das Schreiben!

Heinz Oberhummer

Von der Erde zum Multiversum

Sonne, Sterne, Planeten und Monde: Lichter am Himmel

Es ist schwierig zu veranschaulichen, wie sich die sehr großen Dinge, wie Planeten, Sterne, Galaxien und Galaxienhaufen, im Vergleich zu der Größe von Gegenständen unseres Alltagslebens verhalten. Zum besseren Verständnis stellen wir uns einen Aufzug ganz besonderer Art vor, der kurz GOL (Größen-Ordnungs-Lift) genannt wird. Wir steigen in den GOL ein und betrachten die Anzeigetafel dieses Lifts (Abb. S. 13). Momentan leuchtet auf der Anzeigetafel die Null auf. Weiters findet man unter der Anzeigetafel des GOL noch einen Hinweis: „Achtung! Erstens: Wenn Sie mit diesem Lift eine Etage hinauffahren, werden Sie um einen Faktor zehn größer! Zweitens: Wenn Sie mit diesem Lift eine Etage hinunterfahren, werden Sie um einen Faktor zehn kleiner! Drittens: Wenn Sie wieder Ihre normale Größe bekommen wollen, drücken Sie die Null!“

Wir betrachten im Folgenden nur Größenordnungen, das heißt, wir nehmen einmal an, dass wir genau einen Meter groß sind. Neugierig geworden, steigen Sie in den GOL ein und drücken auf den Knopf mit der Zahl 1. Wenn Sie dann aus dem GOL aussteigen, sind Sie wirklich zehn Meter groß. Die anderen Menschen reichen nur mehr bis zu Ihrem Knöchel, und Bäume kommen Ihnen wie Sträucher vor. Drücken Sie nun den Knopf mit der Zahl 2, so sind Sie bereits hundert Meter groß und erreichen schon fast die Höhe des Wiener Stephansdoms mit 137 Metern. Ermutigt drücken Sie den Knopf mit der Zahl 4 und sind nun 10 x 10 x 10 x 10 = 10.000 Meter groß. Sie sind jetzt größer als der höchste Berg der Erde, der Mount Everest (8.848 Meter). Wenn Sie den Knopf mit der Zahl 7 drücken, sind Sie 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 x 10 = 10 Millionen Meter = 10.000 Kilometer groß. Sie erreichen damit fast den Durchmesser der Erde mit 12.735 Kilometern.

Die Knöpfe im GOL stellen, wie Sie schon bemerkt haben, die jeweiligen Zehnerpotenzen dar, um die wir größer werden. Sie können auch die Knöpfe mit den negativen Zahlen drücken, nun werden Sie jeweils um einen Faktor 10, 100, 1000 etc. kleiner. Wenn Sie zum Beispiel den Knopf mit der Zahl –2 drücken, sind Sie nur mehr ein Hundertstel so groß als ursprünglich und gerade mal so groß wie ein Fingernagel. Mithilfe des GOL können wir abschätzen und veranschaulichen, wie groß die Objekte im Universum sind, mit denen wir es in diesem Buch zu tun haben.

Die Längeneinheit, welche Astronomen verwenden, um die unvorstellbaren Entfernungen im Universum auszudrücken, ist das Lichtjahr. Das klingt zunächst so, als handle es sich um eine Zeitdauer. Mit dem Wort Lichtjahr ist jedoch eine Entfernung gemeint, nämlich die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt. Ein Lichtjahr stellt also keine Zeiteinheit, sondern eine Längeneinheit dar. Jedermann weiß, was gemeint ist, wenn man sagt: „Salzburg liegt von Wien drei Autostunden entfernt.“ Eine Autostunde ist in diesem Fall keine Zeitdauer, sondern die Entfernung, die das Auto in einer Stunde zurücklegt.

Die Astronomen verwenden, um die riesigen Entfernungen im Universum beschreiben zu können, statt des Autos das wesentlich schnellere Licht. Eine Lichtstunde sind etwa 10.000.000 Autostunden. Das Licht legt ja in nur einer einzigen Sekunde bereits 300.000 Kilometer zurück. Ein Lichtjahr ist dann die enorme Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt. Analog zum Lichtjahr sind die Einheiten Lichtsekunde, Lichtminute, Lichtstunde die Strecken, die das Licht in einer Sekunde, Minute beziehungsweise in einer Stunde zurücklegt. Nur etwa zwei Hundertstel Sekunden braucht das Licht von New York nach Wien, vom Mond zur Erde braucht das Licht etwas mehr als eine Sekunde, und von der Sonne zur Erde bereits acht Minuten. Wenn wir uns mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen würden, könnte jede Hausfrau vor dem Mittagessen sagen: „Warte noch ein bisschen, ich muss zum Nachbarplaneten Venus, um die Suppe zu wärmen, bin aber in vier Minuten wieder zurück!“

Die Anzeigetafel des Größenordnungslifts (GOL)

Zu unserem Sonnensystem gehören die Sonne und die acht um die Sonne kreisenden Planeten (Abb. 1). Weiters befinden sich im Sonnensystem noch die um die Planeten kreisenden Monde und zahlreiche weitere kleinere Himmelskörper, wie Asteroiden und Kometen. Das Zentrum unseres Sonnensystems ist die Sonne. Sie ist auch nur ein Stern unter vielen und erscheint uns nur deshalb so viel größer, weil sie so viel näher liegt als alle anderen Sterne. Sie ist von der Erde nur acht Lichtminuten entfernt, während der nächstgelegene Stern zur Erde mit dem Namen Proxima Centauri schon etwa vier Lichtjahre entfernt ist. Kein Wunder, dass Proxima Centauri und die anderen Sterne, die alle noch wesentlich weiter entfernt sind, uns nur mehr als Lichtpunkte und nicht wie unsere Sonne als Scheibe am Himmel erscheinen.

Ein Stern ist ein extrem heißer Feuerball im Weltall. Fast alle Objekte am Nachthimmel, die wir mit freiem Auge wahrnehmen können, sind Sterne. Die Planeten in unserem Sonnensystem, der Mond, die Internationale Raumstation ISS (International Space Station) und andere künstliche, von uns in eine Erdumlaufbahn geschossene Satelliten sind keine Sterne und trotzdem mit freiem Auge für uns sichtbar. Wir können sie sehen, obwohl sie nicht selbst leuchten. Warum? Sie werden von unserer Sonne angestrahlt und sind somit auch helle, sichtbare Himmelskörper.

Was ist nun der Unterschied zwischen der Sonne, den Sternen und den Planeten? Die Sonne und die Sterne sind extrem heiße Gasbälle, die ihre Energie durch das „nukleare Brennen“, das heißt durch das Verbrennen von Atomkernen in ihrem Inneren, gewinnen. Daher scheint die Sonne und leuchten die Sterne vom Himmel. Unter dem nuklearen Brennen darf man sich aber nicht so etwas wie die Wärmeerzeugung durch ein Lagerfeuer vorstellen. Vielmehr „verbrennen“ in Sternen die Atomkerne und erzeugen millionenfach mehr Energie und Wärme als bei den chemischen Verbrennungsvorgängen auf der Erde. Hingegen können Planeten keine Energie produzieren und von selbst leuchten, weil sie um vieles kleiner als die Sonne sind. Sie können somit auch nicht die notwendige Temperatur und Dichte in ihrem Inneren erreichen, damit das nukleare Brennen zünden kann.

Unsere Sonne ist ein gelb leuchtender Stern mittlerer Größe im Universum (Abb. 2). Sterne können bis ungefähr hundert Mal größer, aber auch hundert Mal kleiner als unsere Sonne sein. Die Sonne als unser Heimatstern hat vor allem deshalb eine so große Bedeutung für uns, weil sie das notwendige Licht und die Wärme für das Leben auf unserer Erde liefert. Ohne Sonne wäre es ewige Nacht auf unserer Erde, und die Temperatur würde ziemlich rasch bis fast zum absoluten Nullpunkt bei –273,15 Grad Celsius abkühlen. Leben könnte dann sicherlich nicht auf der Erde existieren.

Die acht Planeten, welche die Sonne umkreisen, sind nach römischen Göttern benannt. Sie heißen in der Reihenfolge ihres zunehmenden Abstands von der Sonne: Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Eine einfache Merkregel für die Planetennamen lautet: Mein Vater Erklärt Mir Jeden Sonntag Unseren Nachthimmel. Die Anfangsbuchstaben der Wörter in diesem Satz stimmen dabei mit denen der Planetennamen in der Reihenfolge ihres Abstands von der Sonne überein. Falls Sie sich noch dunkel erinnern, dass es doch einen neunten Planeten mit dem Namen Pluto gegeben hat, werde ich Ihnen nach der Vorstellung der Planeten später erzählen, warum denn Pluto seinen Planetenstatus verloren hat.

Jeder der Planeten bewegt sich auf einer eigenen Bahn um die Sonne. Die Planeten können ihre Umlaufbahn nicht verlassen, weil die Anziehungskraft der Sonne und die von der Sonne weggerichtete abstoßende Zentrifugalkraft einander genau die Waage halten. Die von Johannes Kepler bereits vor etwa 400 Jahren aufgestellten Gesetze beschreiben diese Bewegung der Planeten um die Sonne. Die Zeit, welche ein Planet für den Umlauf um die Sonne braucht, wird Jahr genannt. Die Länge des Jahres ist für jeden Planeten anders. Ein Erdjahr dauert ungefähr 365 Erdtage. Für die näher an der Sonne befindlichen Planeten ist das Jahr wesentlich kürzer, während es für die äußeren Planeten wesentlich länger ist. So schwankt ein Jahr zwischen etwa 0,24 Erdjahren für den Merkur und 165,5 Erdjahren für den Neptun.

Alle Planeten haben eine annähernd kugelartige Form. Die acht Planeten unseres Sonnensystems werden in zwei Gruppen unterteilt: die vier inneren Planeten Merkur, Venus, Erde und Mars sowie die vier äußeren Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Die vier inneren Planeten sind erdähnliche Planeten, das heißt, sie haben eine feste Oberfläche wie die Erde. Die vier äußeren Planeten werden als jupiterähnlich bezeichnet, da sie wie der Planet Jupiter weitaus größer als die Erde sind und hauptsächlich aus Gas bestehen. Der Jupiter hat dabei nicht umsonst den Namen der obersten Gottheit der Römer. Er ist bei Weitem der größte aller Planeten unseres Sonnensystems und verfügt über mehr Masse als alle anderen Planeten zusammen. Im Vergleich zur Sonne ist Jupiter trotzdem ein Winzling: Seine Masse beträgt etwa nur ein Tausendstel der Sonne.

Wir wollen nun eine kleine Reise zu den einzelnen Planeten unseres Sonnensystems vom innersten Planeten Merkur zum äußersten Planeten Neptun machen:

• Der Merkur ist der sonnennächste und der kleinste Planet des Sonnensystems (Abb. 3). Er ist wegen seiner Sonnennähe von der Erde aus nur schwer sichtbar. Am ehesten kann man ihn kurz nach Sonnenuntergang oder vor Sonnenaufgang knapp am Horizont sehen. Dieser Planet hat keine Lufthülle. Ein Tag und eine Nacht sind aufgrund der langsamen Drehung des Merkurs um seine Achse mit 58 Erdentagen extrem lang. Am Merkur existieren wegen der fehlenden Lufthülle und der langsamen Drehung gewaltige Temperaturunterschiede. Am Tag steigt die Temperatur auf etwa +400 Grad Celsius, während sie in der Nacht auf –170 Grad Celsius absinkt. Die Oberfläche des Merkurs ist hügelig und mit vielen Kratern bedeckt. Die größten Krater sind übrigens nach berühmten irdischen Künstlern benannt; so heißen zum Beispiel die fünf größten Krater am Merkur Beethoven, Dostojewski, Tolstoi, Goethe und Shakespeare.

• Die Venus hat fast die gleiche Größe wie die Erde (Abb. 4). Sie ist am besten morgens und abends sichtbar und wird daher auch Morgen- oder Abendstern genannt. Sie dreht sich nur sehr langsam um ihre Achse; ein Tag und eine Nacht dauern auf der Venus 110 Erdentage. Eine dicke Wolkenschicht verdeckt die Oberfläche. Sie besteht zu 96 Prozent aus Kohlendioxid und hat einen Luftdruck, der etwa 90 Mal größer ist als auf der Erde. In einer Höhe von 50 Kilometern oberhalb der Venusoberfläche befinden sich 20 Kilometer dicke Schwefelsäurewolken, die eine direkte Sonnenbestrahlung auf die Venusoberfläche verhindern. Der hohe Kohlendioxidanteil führt zusammen mit dem hohen Luftdruck trotzdem zu einem extremen Treibhausklima. So beträgt die mittlere Temperatur auf der Venusoberfläche fast 500 Grad Celsius, wobei es dort durch diesen Treibhauseffekt sogar noch heißer ist als am Merkur. Die Venus ist fürwahr ein unwirtlicher und lebensfeindlicher Planet.

• Die Erde ist der größte der vier inneren Planeten (Abb. 5). Sie wird auch der Blaue Planet genannt, weil sie vom Weltraum aus gesehen blau mit einzelnen weißen Wolkenformationen erscheint. Diese Blaufärbung ist auf das Wasser der irdischen Ozeane zurückzuführen. Immerhin sind 71 Prozent der Erdoberfläche mit Wasser bedeckt. Die Erde ist der einzige uns bisher bekannte Himmelskörper im Universum, der Leben beherbergt.

• Der Mars ist etwa halb so groß wie die Erde und am erdähnlichsten (Abb. 6). Er wurde wegen seiner rötlichen Farbe nach dem römischen Kriegsgott Mars benannt. Die Färbung selbst verdankt er dem Eisenoxid-Staub. Die Oberfläche des Mars rostet also langsam vor sich hin. Um den Mars rankten sich schon früh alle möglichen Gerüchte. Man glaubte auf dem Mars Kanäle zu sehen, die von intelligenten Lebewesen gebaut worden sein sollen. Heute weiß man, dass die Kanäle eine optische Täuschung waren. Der Mars ist schon seit langer Zeit ein Wüstenplanet. Aufgrund der zum Mars geschickten Missionen wissen wir aber, dass zum Beispiel durch das Vorhandensein von ausgetrockneten Flusstälern auf diesem Planeten vor Milliarden Jahren reichlich flüssiges Wasser vorhanden gewesen sein muss. Das Verblüffende ist, dass sich heute auf der Marsoberfläche kaum mehr Wasser befindet. Man hat aber im Jahr 2005 durch eine Marsmission erstmals Wasser unterhalb der Oberfläche gefunden. Diese im Boden eingelagerten Wassereisschichten reichen bis in etwa eine Tiefe von vier Kilometern und bedecken eine Fläche, die etwa der Größe Europas entspricht. Das würde ausreichen, um die gesamte Marsoberfläche mit einer elf Meter tiefen Wasserschicht zu bedecken. Der Luftdruck am Mars ist nur etwa ein Prozent so groß wie auf der Erde, was dazu führt, dass am Mars wesentlich größere Temperaturunterschiede als auf der Erde auftreten. Sie liegen zwischen –85 Grad Celsius in der Nacht und +20 Grad Celsius am Tag. Täler und Gräben, bedeckt mit Sand und Geröll, wechseln auf dem Mars mit hohen Bergen, teilweise Vulkanen, ab. Auf dem Mars befindet sich auch der höchste Berg unseres Sonnensystems, der Olympus Mons, der über 26 Kilometer aufragt. Damit ist er etwa drei Mal so hoch wie der höchste Berg der Erde, der Mount Everest.

• Der Jupiter ist der größte Planet und macht seinem Namen als oberste Gottheit der Römer alle Ehre (Abb. 7). Er hat nämlich 2,5 Mal mehr Masse als die anderen Planeten zusammen. Jupiter ist nach Sonne, Erdmond und Venus von der Erde aus gesehen das vierthellste Objekt am Himmel. Jupiter hat keine feste Oberfläche, sondern ist wie auch die anderen äußeren Planeten Saturn, Uranus und Neptun ein gigantischer Gasball, der eventuell im Zentrum einen Kern aus Gestein und Eis besitzt. Ihn bedeckt eine farbige, undurchsichtige Schicht aus Gasen und Wasserstoff. In tieferen Schichten wird der Wasserstoff aufgrund des hohen Drucks flüssig und ganz im Inneren sogar fest. Trotz seiner Größe ist Jupiter in unserem Sonnensystem der Planet, der sich am schnellsten dreht und dessen Tag mit zehn Stunden am kürzesten ist. Aus diesem Grund bewegen sich rot, weiß und braun gefärbte Wolkengürtel mit Hunderten Stundenkilometern am Jupiter. Zwischen diesen Wolkengürteln existieren Verwirbelungen, darunter auch der berühmte Große Rote Fleck, ein Wirbelsturm, in dem Windgeschwindigkeiten von über 400 Stundenkilometern erreicht werden. Die Ausdehnung dieses Wirbelsturms ist so gigantisch, dass die gesamte Erde darin Platz hätte (Abb. 7).

• Der Saturn gewinnt wegen seines Ringsystems wohl den Schönheitspreis aller Planeten (Abb. 8). Er besteht aus Gas, ähnlich dem Jupiter, dessen kleinerer Bruder er ist. Das Ringsystem des Saturns setzt sich aus mehreren Teilen, die durch leere Zwischenräume getrennt sind, zusammen. Diese Aufspaltung wird wahrscheinlich durch die zahlreichen Monde des Saturns bewirkt. Die Ringe erstrecken sich bis zu 100.000 Kilometer außerhalb der Saturnoberfläche, sind aber nur etwa einen Kilometer dick. Sie entstehen dadurch, dass sich dort verschiedene Körper unterschiedlicher Größen, die von Staubteilchen bis zu häusergroßen Gesteinsbrocken reichen, befinden. Man nimmt an, dass die Ringe Überreste eines auseinandergebrochenen Saturnmondes darstellen.

• Die beiden äußersten Planeten im Sonnensystem heißen Uranus (Abb. 9) und Neptun (Abb. 10). Sie bestehen ebenfalls aus Gas. Neptun ist mit Windgeschwindigkeiten von bis zu 2000 Stundenkilometern der stürmischste Planet in unserem Sonnensystem. Uranus ist mit freiem Auge von uns kaum mehr und Neptun gar nicht mehr wahrnehmbar.

Es wurde schon öfter von Astronomen behauptet, dass man einen weiteren Planeten entdeckt habe, jedoch haben sich alle diese Behauptungen als Falschmeldungen entpuppt. Im Jahr 2005 war es aber ernst. Man hatte einen Himmelskörper außerhalb der Plutobahn entdeckt, der etwas größer als der damals noch kleinste Planet Pluto war. Der inoffizielle provisorische Name dieses Himmelskörpers, der von den drei amerikanischen Entdeckern vorgeschlagen wurde, lautete „Xena“ nach der Kriegerprinzessin in der gleichnamigen Fernsehserie. Offensichtlich war einer der Mitentdecker ein Fan dieser Serie. Allerdings fanden einige eher traditionsbewusste und konservative Astronomen die Namensgebung eines Planeten nach einer Fernsehfigur nicht gerade amüsant.

Es ist dann eine hitzige Diskussion darüber entbrannt, ob dieser neue Himmelskörper auch als Planet anerkannt werden sollte oder ob man nicht besser dem kleinsten und äußersten der damals noch neun Planeten mit dem Namen Pluto den Planetenstatus aberkennen sollte. Pluto galt nämlich wegen mehrerer seiner Eigenschaften, wie zum Beispiel seiner Kleinheit und seiner ziemlich elliptischen Bahn um die Sonne, sowieso nicht als „typischer“ Planet. Die Entscheidung der 26. Generalversammlung der „Internationalen Astronomischen Union“ im August 2006 in Prag, zuständig für die Benennung von Himmelskörpern, wurde jedenfalls mit Spannung erwartet. Dieses Gremium beschloss aber ziemlich überraschend am 24. August 2006, dass Pluto als Planet ausgedient hat. Gemäß der etwas komplizierten Definition, die bei diesem Kongress beschlossen wurde, muss ein Planet drei Eigenschaften besitzen, um als Planet zu gelten. Erstens muss er sich um einen Stern bewegen, darf aber selbst kein Stern sein. Zweitens muss er groß genug sein, dass die eigene Schwerkraft ihn zu einer Kugel formt und ihm nicht etwa die Gestalt einer Kartoffel gibt. Und drittens muss er genug Masse haben, um seine Umlaufbahn um die Sonne von kleineren Himmelskörpern freizuräumen. Das heißt, dass alle kleineren Felsbrocken auf der Bahn des Planeten um die Sonne durch die Gravitationskraft von ihm angezogen und schließlich durch den Planeten eingefangen werden. Gerade Letzteres trifft aber auf Pluto nicht zu. Nach dieser Definition war also Pluto auf einmal kein Planet mehr, sondern wurde zu einem „Zwergplaneten“ degradiert.

Die Entscheidung über diese neue Definition von Planeten ist jedoch umstritten. Besondere Gegner dieser Definition waren logischerweise die Amerikaner, da Pluto der einzige Planet war, der von einem Amerikaner, nämlich Clyde Tombaugh (1906–1997), im Jahr 1930 entdeckt wurde. Ein besonderer Feind der neuen Regelung ist auch Alan Stern, der Leiter der unbemannten Weltraummission „New Horizons“ zum Pluto, die 2006 von der Erde gestartet ist und 2015 den Pluto erreichen soll. Stern bezeichnet die Entscheidung, Pluto zu einem Zwergplaneten zu degradieren, als willkürlich. Insbesondere bemängelt er auch das Kriterium für einen Planeten, „dass ein Planet seine Nachbarschaft durch seine Gravitation von kleineren Himmelskörpern leer geräumt haben muss“. Obwohl Pluto noch wesentlich mehr kleine Himmelskörper entlang seiner Bahn hat, besitzt aber auch die Erde 10.000 erdnahe kleinere Himmelskörper. Jupiter hat sogar 100.000 solcher kleineren Objekte entlang seiner Bahn. Daher müsste laut Stern sogar Jupiter, der größte Planet des Sonnensystems, zu einem Zwergplaneten degradiert werden. Allerdings ist die Gesamtmasse aller kleinen Objekte entlang der Bahn eines Planeten verglichen mit der Masse des Planeten beim Pluto weitaus am kleinsten. Insofern ist die Entscheidung, Pluto nicht mehr als Planet anzuerkennen, doch gerechtfertigt.

Weiters waren bei der Abstimmung am letzten Tag des Kongresses nur mehr 428 Mitglieder der Internationalen Astronomischen Union anwesend, obwohl 2700 Astronomen am Kongress teilnahmen. Die Kongressteilnehmer machten aber wiederum nur vier Prozent der Gesamtanzahl der stimmberechtigten Mitglieder der Internationalen Astronomischen Union aus.

Das Ergebnis der Abstimmung, den bisherigen Planeten Pluto zum Zwergplaneten zu degradieren, kam auch für viele Astronomen überraschend. Es ist auch auf einen Putsch der „Dynamiker“ in der Internationalen Astronomischen Union, die sich mit der Bewegung und mit Gravitationseffekten von Himmelskörpern beschäftigen, zurückzuführen. Diese waren nämlich bei den Beratungen im Vorfeld des Kongresses nicht kontaktiert worden und fühlten sich dadurch benachteiligt und beleidigt.

Inzwischen sind auch mehrere Initiativen unter Mitwirkung einiger renommierter Astronomen entstanden, um Pluto den Planetenstatus zurückzugeben. Es kann nicht vorausgesagt werden, ob diese Bestrebungen jemals von Erfolg gekrönt sein werden. Mike Brown (*1965), der Mitentdecker von Xena, war jedoch nicht unglücklich mit der Entscheidung in Prag. Obwohl Xena nicht in den Planetenstatus erhoben wurde, meinte der Entdecker, dass er in die Geschichte eingehen würde als „der Kerl, der Pluto umgebracht hat“. Nun ja, wer kann das schon von sich behaupten? Später hat der neue Zwergplanet, der zunächst „Xena“ genannt wurde, auch einen neuen offiziellen Namen erhalten. Er wurde „Eris“ genannt – nach der griechischen Göttin der Zwietracht und des Streits. Das ist wohl ein sehr treffender Name nach all dem Gezänk um diesen Himmelskörper. Meiner Ansicht nach sollte man aber nun mit der einmal getroffenen Entscheidung von acht Planeten leben. Eine „Reform der Reform“ ist wohl kaum vernünftig, weil sonst die Schulbücher gleich zwei Mal umgeschrieben werden müssten. Wir sollten es in dieser Beziehung nicht unseren Kollegen der Germanistik bei der Rechtschreibreform nachmachen …

Ich habe diese Geschichte um den verloren gegangenen Planetenstatus des Pluto auch erzählt, um zu zeigen, dass sogar wissenschaftliche Entscheidungen mit nationalen und persönlichen Eitelkeiten und Befindlichkeiten zusammenhängen können. Die Bürokratie macht offensichtlich nicht einmal vor dem Himmel halt.

Der Erdmond ist der einzige natürliche Satellit, der sich in einer fast kreisförmigen Umlaufbahn um die Erde befindet (Abb. 11). Er umkreist die Erde in 27 Tagen, sieben Stunden und 43,7 Minuten. Man nimmt an, dass vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, nur 100 bis 200 Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde, ein Himmelskörper von der Größe des Mars mit der Erde kollidierte. Dabei wurde viel Materie, vorwiegend aus der Erdkruste und einem Teil des einschlagenden Körpers, in eine Erdumlaufbahn geschleudert, ballte sich dort aufgrund der Gravitationsanziehung der Bruchstücke zusammen und formte so schließlich den Mond. Die Oberfläche des Mondes ist nahezu vollständig von einer trockenen, aschgrauen Staubschicht bedeckt. Die Mondoberfläche zeigt Kettengebirge, Gräben und Rillen, flache Dome und große Ebenen. Bisher haben zwölf Astronauten den Mond betreten. Ab 2020 sollen vier Astronauten 180 Tage lang auf dem Mond verweilen, und etwa ab 2024 soll eine permanent bemannte Mondbasis am Südpol des Mondes in Betrieb genommen werden.

Neben dem Erdmond gibt es noch Zehntausende von wesentlich kleineren künstlichen Satelliten, die von der Menschheit in eine Umlaufbahn gebracht wurden. Der größte künstliche Satellit, der mit 28.000 Stundenkilometern in 200 bis 300 Kilometern Höhe die Erde umrundet, ist die Internationale Raumstation ISS (International Space Station). Sie benötigt etwa eineinhalb Stunden für eine Erdumrundung. An einem klaren Abend kann man sie gut mit freiem Auge beobachten. Die ISS soll bei ihrem Endausbau im Jahr 2010 eine Masse von mehr als 400 Tonnen, eine Spannweite von 109 Metern, eine Länge von 98 Metern und eine Tiefe von 28 Metern haben – also eine Struktur, bestehend aus mehreren zusammengebauten Modulen etwa in der Größe eines Fußballfeldes.

Diese in internationaler Kooperation geplante und entstandene und seit dem Jahr 2000 immer besetzte Raumstation ist das größte zivile internationale Projekt der Menschheitsgeschichte. Die ersten zwölf Expeditionen zur ISS bestanden ausschließlich aus russischen und US-amerikanischen Raumfahrern. Mit der Ankunft von Thomas Reiter im Jahr 2006 auf der ISS trat erstmals ein europäischer Astronaut einen Langzeitaufenthalt an. Insgesamt haben mehr als 140 Personen die ISS besucht, davon absolvierten etwa 40 einen Langzeitaufenthalt von mehreren Monaten. Ein paar Besucher waren auch Weltraumtouristen, die sich für eine Summe von etwa 20 Millionen US-Dollar einen Flug gekauft haben und sich jeweils ungefähr eine Woche auf der Station aufhielten.

Der Erdmond und die ISS stellen auf jeden Fall unsere ersten Schritte auf dem Weg zum Planeten Mars dar. Doch welches Ziel auch die Raumfahrer im Weltall ansteuern werden, sie werden zunächst eine für Menschen unwirtliche und feindliche Umgebung vorfinden. Der Aufbau und die Einrichtung einer menschlichen Wohnstätte, sei es am Mond oder Mars, frei schwebend im Weltraum oder gar auf anderen Planeten, sind vom Aufwand her für Menschen eher abschreckend. Daher werden diese ersten Schritte zum Aufbau von Infrastrukturen auf außerirdischen Territorien immer von Sonden und Robotern durchgeführt. Diese könnten dann alles Notwendige errichten, sodass Menschen dort später landen und leben können.

Auch andere Planeten besitzen Monde, wie zum Beispiel der Mars. Zwei Trabanten mit den Namen „Phobos“ und „Deimos“ umkreisen ihn. Die meisten Planeten besitzen wesentlich mehr Monde, darunter Jupiter 63, Saturn 60, Uranus 27 und Neptun 13. Nur die beiden sonnennächsten Planeten Merkur und Venus besitzen keine Monde. Um Verwechslungen zu vermeiden, wird der Mond, der sich um unsere eigene Erde bewegt, auch Erdmond genannt. Der Erdmond ist bis jetzt auch der einzige Himmelskörper außerhalb der Erde, den Menschen je betreten haben.

Es war ein denkwürdiger Tag, als Galileo Galilei (1564–1642) am 7. Jänner 1610 den Himmel neugierig mit dem gerade erfundenen Fernrohr absuchte. Als er sein Fernrohr auf Jupiter richtete, erspähte er völlig unerwartet drei und am 13. Jänner dieses Jahres sogar vier Lichtpunkte neben dem Planeten Jupiter. Er fand in den folgenden Tagen heraus, dass diese Lichtpunkte sich um den Planeten Jupiter auf unterschiedlich engen Bahnen bewegten. Er hatte als erster Mensch einen Blick auf ein „Miniatur-Sonnensystem“, bestehend aus dem Planeten Jupiter und seinen vier inneren größten Monden, geworfen. Diese von Galilei entdeckten Monde werden daher auch seither als „Galileische Monde“ bezeichnet. Rasch lässt Galilei seine Entdeckung im „Sidereus Nuncius“ – zu Deutsch Sternenbote – erscheinen, wo er über die vier Jupitermonde berichtet.

Diese Entdeckung barg einigen Sprengstoff in sich, weil das erste Mal klar wurde, dass man Himmelskörper beobachtete, die sich nicht um die Erde bewegten. Das stand im eklatanten Widerspruch zum damaligen offiziellen Weltbild von Kirche und Gesellschaft, wonach alle Himmelskörper um die Erde kreisen sollten. Man darf nicht vergessen, dass dieses sogenannte geozentrische Weltbild, in dem die Erde der Mittelpunkt des Universums war, damals immerhin schon bereits etwa 1500 Jahre Gültigkeit hatte. Dieses Weltbild ist auf den griechischen Mathematiker, Astronomen und Geografen Claudius Ptolemäus, der im zweiten Jahrhundert nach Christus vermutlich in Alexandria lebte, zurückzuführen.

Die Entdeckung der Jupitermonde durch Galilei im Jahr 1610 war der erste und wichtigste Sargnagel des geozentrischen Weltbildes. Durch die Arbeiten von Galileo Galilei, Nikolaus Kopernikus (1473–1543), Tycho Brahe (1546–1601) und Johannes Kepler (1571–1630) konnte schließlich das geozentrische Weltbild zu Fall gebracht werden. Langsam setzte sich in den nächsten 150 Jahren das heliozentrische Weltbild immer mehr durch, in dem sich die Sonne im Mittelpunkt befindet. Dieses Weltbild vereinfachte wesentlich die Beschreibung der Bewegung der Planeten.

Angesichts der schlechten Qualität seines Teleskops und des Widerspruchs zur herrschenden Lehrmeinung hatte Galilei allerdings große Mühe, seine Entdeckung der Jupitermonde glaubhaft zu machen. Am Abend des 24. April 1610 traf er sich schließlich im Hause des Astronomen Giovanni Magini mit Gelehrten der Universität Bologna. Die anwesenden Professoren gaben sich auch nach dem Blick durch das Fernrohr nicht überzeugt und glaubten, dass das Gesehene auf einen Zaubertrick der Linsen zurückzuführen sei. Zwei der Professoren, Cesare Cremoni von der Universität Padua und Giulio Libri von der Universität Pisa, weigerten sich überhaupt, durch das Teleskop zu blicken. Offensichtlich herrschte damals die Meinung vor, dass nach dem geltenden geozentrischen Weltbild nicht sein kann, was nicht sein darf.

Heute wissen wir wesentlich mehr über die von Galilei entdeckten Jupitermonde. Galilei wäre wohl überrascht, was wir über sie herausgefunden haben. Ein besonderes Geheimnis birgt der zweite und kleinste der vier „Galileischen Monde“. Dieser wurde nach Europa, einer Geliebten des Zeus in der griechischen Mythologie, benannt. Europa hat immerhin einen Durchmesser von einem Viertel der Erde (Abb. 12). Die Professoren und Gelehrten, die sich im Jahr 1610 getroffen hatten, um Galileis Beobachtungen der Jupitermonde zu diskutieren, hätten sich selbst wohl in ihren kühnsten Fantasien niemals vorstellen können, welche aufregenden Details wir heute über den Jupitermond Europa wissen. Dieser birgt nämlich unter seiner etwa zehn bis 20 Kilometer dicken Eisdecke wahrscheinlich den größten Ozean des Sonnensystems. Am Grund dieses Ozeans könnten sich vielleicht sogar auch außerirdische Lebensformen tummeln. Wir werden darauf noch zu sprechen kommen.

Galileo Galilei begab sich aber durch seine Ablehnung des geozentrischen Weltbildes auch in die Fänge der Inquisition. Es ist zu erwähnen, dass nur zehn Jahre davor der Dominikanermönch Giordano Bruno (1548–1600) wegen seiner Ansichten am Scheiterhaufen in Rom verbrannt wurde. Einer der Gründe für seine Verurteilung war die Behauptung Giordano Brunos, dass nicht die Erde das Zentrum des Universums ist, sondern dass das Universum unendlich und unbegrenzt, von ewiger Dauer sowie ohne absoluten Mittelpunkt und äußeren Rand ist. Er vertrat auch die Meinung, dass es unzählige weitere bewohnbare erdähnliche Welten neben unserer Erde im Universum gibt. Erst heute wissen wir, wie recht er doch hatte. Auch war Giordano Bruno überzeugt, dass außerirdisches Leben auf solchen Welten existiert. Daran glauben heute viele Naturwissenschaftler, und ich bin überdies mit mehreren anderen Kollegen der Ansicht, dass wir sogar kurz vor der Entdeckung von außerirdischem Leben stehen. Dieses Thema werden wir noch später in diesem Buch diskutieren.

Erst acht Jahre nach seiner Verhaftung wurde Giordano Bruno am 9. Februar 1600 in den Gerichtssaal geführt. Gebrochen durch den langen und qualvollen Kerkeraufenthalt, musste er niederknien und den Urteilsspruch anhören. Erst wurde von seinem Leben, seinen Studien und seiner Lehre berichtet und darauf hingewiesen, mit welcher Fürsorglichkeit die Inquisition versucht hatte, ihm seinen Irrweg aufzuzeigen und ihn brüderlich zu ermahnen. Geschildert wurde auch, wie hartnäckig und gottlos Giordano Bruno gewesen war. Seine Stellung als Geistlicher wurde ihm aberkannt, woraufhin man ihn exkommunizierte und dem weltlichen Arm zur Bestrafung übergab. Während der ganzen Zeit erwiderte Giordano Bruno kein Wort, nur einmal sagte er in drohendem Ton: „Vielleicht habt ihr, die ihr dies Urteil fällt, mehr Grund zur Angst als ich, der ich es hinnehmen muss!“ So wurde er von den Männern des Stadtoberhaupts ins Gefängnis gebracht, wo man ihn noch acht Tage lang für den Fall festhielt, dass er seine Irrtümer widerrufen wolle – aber ohne Erfolg. Als ihm knapp vor seinem Tod bereits am Scheiterhaufen das Bild des Gekreuzigten hingehalten wurde, wies er es mit bitterer Verachtung zurück. Er ging in den glühenden Flammen bei lebendigem Leib elendiglich zugrunde und war wahrscheinlich kurz davor, auf die Welten zu verzichten, die er erdacht hatte.

Trotzdem bleibt uns der Trost, dass Giordano Bruno recht hatte, und er würde sich wundern, was wir heute wissen, nämlich dass das Universum offensichtlich noch grandioser ist, als er sich es jemals erdacht hatte. Man muss aber dazusagen, dass Giordano Bruno seine Schlussfolgerungen nicht durch Beobachtungen wie Galileo Galilei, sondern aufgrund philosophischer Überlegungen herleitete. Er folgerte sie aus dem Gedanken, dass einer allmächtigen und unbegrenzten Gottheit auch nur ein unendliches Universum mit unzähligen Welten entsprechen kann. Denn alles andere wäre einer allmächtigen Gottheit nicht würdig.

Galileo Galilei geriet wegen seiner Unterstützung des heliozentrischen Weltbildes, in der die Sonne und nicht die Erde im Mittelpunkt des Universums steht, ebenfalls in das Visier der Inquisition. Wie es in der formalen Anklage der Inquisition heißt, wurde ihm seine positive Haltung zu „(…) einer falschen Lehre, die durch viele unterrichtet wurde, nämlich, dass die Sonne in der Mitte der Welt unbeweglich ist und dass die Erde sich bewegt“, zum Verhängnis. Galileo Galilei war jedoch nicht so mutig und heldenhaft wie Giordano Bruno und widerrief seine Aussagen und Ansichten über das neue Weltbild. Immerhin wurde er die letzten neun Jahre bis an sein Lebensende unter Hausarrest gestellt, verbunden mit dem Verbot jeglicher Lehrtätigkeit. Als er wegen eines schmerzhaften Leistenbruchs um Erlaubnis bat, Ärzte in Florenz aufsuchen zu dürfen, wurde sein Gesuch abgelehnt mit der Warnung, weitere solche Anfragen würden zur Aufhebung des Hausarrests und Einkerkerung führen. Gemäß dem Urteil musste er wöchentlich die sieben Bußpsalmen beten, und seine sozialen Kontakte wurden stark eingeschränkt. Galilei selbst hielt an seiner Überzeugung der Bewegung der Erde um die Sonne fest. Es ist historisch nicht belegt und eher unwahrscheinlich, dass die Behauptung stimmt, der zufolge er beim Verlassen des Gerichtssaals gemurmelt haben soll: „Und sie bewegt sich doch!“

Wie schwer sich die Kirche seither mit den Naturwissenschaften tut, zeigt sich daran, dass es immerhin noch etwa 150 Jahre dauerte, bis Papst Benedikt XIV. endlich im Jahr 1757 den Bann über Arbeiten des heliozentrischen Weltbildes aufhob. Erst am 2. November 1992 wurde Galileo Galilei von der römischen Kirche formal rehabilitiert. Noch schwerer als mit Galileo Galilei tat sich die Kirche mit Giordano Bruno. Als im Jahr 1889 ein Denkmal für Giordano Bruno auf dem Campo dei Fiori in Rom eingeweiht werden sollte, auf dem Giordano Bruno verbrannt worden war, versuchte der Vatikan vergeblich, dieses zu beseitigen. Wohl in einer Art Trotzreaktion sprach der Vatikan einen der Unterzeichner des Todesurteils von Giordano Bruno, den Kardinal Bellamin, sogar heilig. Papst Leo XIII. richtete anlässlich der Enthüllung des Bruno-Standbildes 1889 ein Sendschreiben an die gläubige Welt mit folgenden Worten: „Seine Handlungsweise war unaufrichtig, verlogen und vollkommen selbstsüchtig, intolerant gegen jede gegenteilige Meinung, ausgesprochen bösartig und voll von einer die Wahrheit verzerrenden Lobhudelei.“ Anlässlich des 400. Todestages von Giordano Bruno im Jahr 2000 erklärten der päpstliche Kulturrat und eine theologische Kommission die Hinrichtung Giordano Brunos endlich für Unrecht. Eine vollständige Rehabilitierung des Gelehrten Giordano Bruno wie bei Galileo Galilei brachte die katholische Kirche jedoch nicht übers Herz.

Seit Giordano Bruno und Galileo Galilei hat die Kirche, mit Ausnahme von fundamentalistischen religiösen Strömungen wie jene der Kreationisten, die die Worte der Bibel wortwörtlich auslegen, den naturwissenschaftlichen Fortschritt im Wesentlichen zur Kenntnis genommen. Allerdings scheinen die meisten Theologen eine Begegnung oder auch Konfrontation in Grenzgebieten zwischen Naturwissenschaft und Theologie, wie dem Anfang unseres Universums und der Evolution des Lebens, zu meiden.

Ähnlich verhält es sich mit den meisten Naturwissenschaftlern, die sich eine Einmischung von Religionen in naturwissenschaftliche Forschung und Belange, in welcher Beziehung auch immer, strikt verbieten. Zum Beispiel warnen Naturwissenschaftler, wie der prominenteste aller Kritiker, der amerikanische Nobelpreisträger Steven Weinberg (*1933), Professor für theoretische Physik an der University of Austin, Texas, seit Jahren mit Nachdruck davor, Naturwissenschaft und Religion zu vermischen, und sehen vor allem in Fundamentalisten und anderen religiösen Enthusiasten die größten Widersacher und Feinde der Naturwissenschaft. Weinbergs Ansicht nach sollte die Naturwissenschaft die Religion am besten einfach ignorieren. Bis in unsere heutige Zeit sind die Bereiche von Religion und Naturwissenschaft möglichst getrennt und klar abgesteckt. Religionen behandeln das „Warum“ der grundlegenden Fragen der Menschen und sind mit ihrem Glauben in die Innenwelt der Menschen gerichtet, während die Naturwissenschaft das „Wie“ behandelt und sich mit ihren Experimenten und durch Beobachtung auf die Außenwelt des Menschen konzentriert.

Erst in letzter Zeit wurde, unter anderem auch durch neuere Entdeckungen, über die kosmologische Feinabstimmung von fundamentalen physikalischen Größen, die für die Existenz von Leben im Universum notwendig sind, eine Annäherung zwischen den beiden Lagern – möchte ich fast sagen – erzwungen. Es gibt aber weiterhin auf beiden Seiten sowohl unter den Theologen als auch den Naturwissenschaftlern viele Vertreter, die diese Entwicklung äußerst skeptisch betrachten. Vor allem in den USA bekämpfen sich Puristen und Fundamentalisten beider Fraktionen mit äußerster Härte und beschäftigen in fast allen Bundesstaaten die Gerichte. Mir persönlich erscheint es jedoch absurd, dass das „Warum“ und „Wie“ der grundlegenden Fragen der Menschen nicht irgendwo und irgendwie zusammenhängen sollen, um nicht zu sagen, müssen. Aus diesem Grund sollten auch die neuen und modernen Bestrebungen von einigen Theologen und Naturwissenschaftlern, die grundlegenden Fragen unseres Daseins zumindest gemeinsam zu diskutieren, begrüßt werden. Wir werden solche Fragen im letzten Kapitel des Buches diskutieren.

Kometen und Asteroiden: Gefahr aus dem All

Kometen sind kleine Himmelskörper, deren bis zu zehn Kilometer großer Kern aus mit Staub verunreinigtem Eis besteht. Man kann daher einen Kometen auch als „schmutzigen Schneeball“ bezeichnen. Ein Komet bewegt sich auf einer stark elliptischen Bahn um die Sonne und kommt von den Außenbezirken des Sonnensystems, der „Oortschen Wolke“. In den sonnennahen Teilen seiner Bahn entsteht durch Ausgasen aufgrund der Erhitzung durch die Sonne der typische Kometenschweif, der eine Länge von zehn bis hundert Millionen Kilometern erreichen kann (Abb. 13). Schon immer hat man geglaubt, dass Kometen Unglück bringen. Der Komet Hale-Bopp brachte einigen Menschen tatsächlich den Tod. In ihrem religiösen Wahn verübten 39 Mitglieder einer Sekte im Jahr 1997 in Kalifornien gemeinsam Massenselbstmord, um ihre Seelen auf das Raumschiff zu schicken, das ihrer Ansicht nach dem Kometen folgte.

Neben den Kometen gibt es noch weitere kleinere Himmelskörper in unserem Universum, die sogenannten Asteroiden. Die meisten Asteroiden sind aus Gesteinen oder Metallen bestehende Brocken, die sich im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter befinden (Abb. 14). Durch Zusammenstöße zwischen ihnen werden Asteroiden oder Bruchstücke davon auch in Richtung Erdbahn abgelenkt. Dadurch befinden sich derzeit mehr als 800 bekannte Asteroiden mit einem Durchmesser größer als ein Kilometer in der Nähe der Erdbahn.

Versuchen wir uns vorzustellen, was passieren würde, wenn ein solcher Asteroid heute auf unserer Erde einschlagen würde. Für ein realistisches Szenario brauchen wir jetzt einen existierenden Asteroiden. Nehmen wir einmal als Beispiel den aus Gestein bestehenden und 1972 entdeckten Asteroiden „Sisyphus“, der einen Durchmesser von 8,6 Kilometern hat. Sisyphus durchläuft alle 2,5 Jahre eine Bahn, die ihn von etwas außerhalb der Marsbahn bis knapp zur Venusbahn hin- und wieder zurückführt. Dabei kommt er auch immer wieder einmal in die Nähe der Erde. In der überwiegenden Anzahl der Fälle wird sich die Erde irgendwo anders auf ihrer Bahn um die Sonne befinden. Es dauert im Mittel hundert Millionen Jahre, bis ein so großer Asteroid die Erde treffen kann.

Falls ein solches Gesteinsriff wie Sisyphus aus dem All auf die Erde zukommen würde, befindet es sich fünf Stunden vor dem Einschlag noch in Mondentfernung. Ungefähr 30 Minuten vor dem Einschlag ist der Asteroid in der Nähe der Fernmeldesatelliten. Erst jetzt wird er am Nachthimmel als heller Stern sichtbar. Drei Minuten vor dem Einschlag ist der Asteroid bereits am Tageshimmel wie ein sich schnell bewegendes Flugzeug sichtbar. Erst in einer Höhe von 350 Kilometern, in der die Internationale Raumstation ISS um die Erde kreist, erscheint der Asteroid so groß wie der Mond. Dann verbleiben nur mehr 20 Sekunden bis zum Einschlag. Er wird sich durch die Atmosphäre pflügen und heller als die Sonne leuchten, bevor er beim Einschlag das tödliche Inferno auslöst.

Wenn man bedenkt, dass dieser Himmelskörper etwa gleich hoch ist wie der höchste Berg der Erde, der Mount Everest, und mit einer Geschwindigkeit von fast 100.000 Kilometern pro Stunde auf die Erde zurast, kann man sich vorstellen, welche Energien beim Aufschlag frei werden. Ein solcher Aufschlag entspricht der Energie von sage und schreibe hundert Billionen Tonnen herkömmlichen Sprengstoffs, was einer vollständig mit Sprengstoff gefüllten Kugel mit 80 Kilometern Durchmesser gleichkäme.

Wir wollen im Folgenden die katastrophalen globalen Folgen beschreiben, wenn ein Felsbrocken wie Sisyphus auf der Erde einschlägt. Es entsteht zunächst eine gewaltige Druckwelle, die in der Umgebung von Hunderten Kilometern alles flach macht. Bei einem Einschlag dieses Killers ins Meer – was wahrscheinlich ist, denn immerhin sind zwei Drittel der Erde mit Wasser bedeckt – entsteht ein mehrere hundert Meter hoher Tsunami, der alles von den Küsten bis weit ins Landesinnere dem Boden gleichmacht. Gleichzeitig werden aber auch gewaltige Mengen von Gesteinstrümmern und Staub, bestehend sowohl aus dem Material von Sisyphus als auch aus dem Einschlagkrater, in die Höhe geschleudert. Dieser Schutt lagert sich dann zehn bis hundert Meter hoch in einem weiten Umkreis um den Einschlagkrater auf dem Boden ab. Selbst in Tausenden Kilometern Entfernung wird sich noch eine einige Zentimeter hohe Schutt- und Staubschicht ablagern. Ein Teil dieses Materials wird aber durch den Einschlag nochmals zurück bis außerhalb der Atmosphäre geschleudert. Diese Gesteinstrümmer regnen dann neuerlich einige Stunden nach dem ersten Einschlag, nun aber fast auf die gesamte Erde, nieder. Sie werden durch die Reibung mit der Luft wiederum bis zur Glut erhitzt. Beim Auftreffen auf die Erde entzünden sie dann spontan alles Brennbare, aber diesmal auf einem Großteil der Erdoberfläche.

Die meisten Wälder brennen nieder, und das Feuer vernichtet praktisch die gesamte Vegetation. Schließlich bedecken dann auch Rauch, Ruß und Staub aufgrund des Einschlags die gesamte Erde. Diese Wolken lassen dann kein Sonnenlicht mehr zur Erdoberfläche durch. Schätzungen ergeben, dass es hierauf auf der gesamten Erde für ein bis sechs Monate Nacht sein wird und es damit für die notwendige Photosynthese der Pflanzen zu finster ist. Damit ist sowohl im Meer als auch am Land die Nahrungskette entscheidend unterbrochen. In dieser Periode sinken die Temperaturen auf der gesamten Erde unter den Gefrierpunkt, ein Zustand, der für einige Jahre bestehen bleibt. Nicht genug damit, es wird noch Jahrzehnte danach saurer Regen vom Himmel fallen.

Wäre es für Menschen möglich, heute ein solches Inferno zu überleben? Das wäre wohl nur in Bunkern mit ausreichenden Vorräten der Fall, die allerdings für Jahre und Jahrzehnte reichen müssen. Inwieweit das technisch möglich ist und wie eine Auswahlprozedur für solche Bunkerbewohner, die nicht dem Untergang geweiht sind, stattfinden könnte, ist mehr als problematisch und fraglich.

Vor etwa 65 Millionen Jahren hat es tatsächlich schon einmal ein ähnliches Szenario durch den Einschlag eines zehn Kilometer großen Asteroiden gegeben. Diese Naturkatastrophe löste eines der größten Massensterben in der Erdgeschichte aus. Das Ereignis wird auch als KT (Kreide-Tertiär)-Impakt bezeichnet, weil es an der Grenze der beiden erdgeschichtlichen Zeitalter Kreidezeit und Tertiär stattfand. Die damals noch lebenden Dinosaurier auf der Erde erlebten ein gewaltiges Naturschauspiel, das aber nicht nur für sie, sondern zumindest für die Hälfte der damals auf der Erde lebenden Arten das endgültige „Aus“ bedeutete.

Woher wissen wir, dass es einen solchen Einschlag gegeben hat? Zunächst hat man den Ort des Einschlags, nämlich den Chicxulub-Krater im Golf von Mexiko nahe der Halbinsel Yucatán in Mittelamerika, gefunden. Ein wesentlicher Hinweis für einen derartigen Einschlag ist, dass man in der Gesteinsschicht, welche die Grenze zwischen Kreide und Tertiär markiert, auf der gesamten Erdoberfläche einen erhöhten Anteil des Elements Iridium findet. Einen solchen erhöhten Anteil, verglichen mit der Häufigkeit im Erdmantel, stellt man auch in Asteroiden, die auf der Erde einschlagen, fest. Weiters kann dieser Iridiumgehalt nicht durch Vulkanismus ausgelöst worden sein, da die Häufigkeitsverteilung der verschiedenen Atomsorten des Elements Chrom eindeutig auf die Beimischung von Material außerhalb der Erde hinweist. Zur Vervollständigung muss aber gesagt werden, dass es auch erweiterte oder alternative Theorien gibt, die besagen, dass das Massensterben auch auf den Einschlag von mehreren Asteroiden oder Kometen oder aber doch auf Vulkanismus zurückzuführen sein könnte.

Es ist klar, dass solche Vernichtungsereignisse durch Kometen oder Asteroiden die Entwicklung des Lebens auf der Erde immer wieder entscheidend beeinflusst haben. Nicht nur dadurch, dass viele Arten durch derartige Einschläge ausgestorben sind, sondern auch, dass durch deren Untergang neue ökologische Nischen für Lebewesen auf der Erde frei wurden. Zum Beispiel machte das Aussterben der Dinosaurier vor 65 Millionen Jahren den Weg für die Säugetiere frei. Diese besetzten die entstandenen Nischen durch eine Vielzahl von Säugetiergruppen, aus denen schließlich und endlich auch der Mensch hervorging.

Etwas kleinere Asteroiden oder Kometen können aber auch heute mit einer größeren Wahrscheinlichkeit auf der Erde einschlagen. Ein solcher gefährlicher Asteroid mit etwa 300 Metern Durchmesser ist der Asteroid „Apophis“, benannt nach dem ägyptischen Gott der Finsternis und der Zerstörung. Obwohl der Sinn des Namens sehr geeignet erscheint, sind zwei der Entdecker Fans der TV-Serie „Stargate SG-1“ und haben wahrscheinlich den Asteroiden nach einem Außerirdischen mit dem Namen Apophis benannt, der in dieser Serie auftritt und die Zerstörung der Erde im Sinn hat.

Als der Asteroid Apophis im Jahr 2004 entdeckt wurde, sah es ein paar Tage so aus, dass er mit einer Wahrscheinlichkeit von 2,7 Prozent am Freitag, den 13. April 2029, auf der Erde einschlagen würde, was massive regionale Verwüstungen verursacht hätte. Nach dem derzeitigen Stand des Wissens wird er aber die Erde knapp verfehlen und am Abend des 13. April 2029 in der Höhe unserer Fernmeldesatelliten an der Erde vorbeiziehen. Er wird dann mit freiem Auge in der Abenddämmerung bei uns in Europa am Himmel beobachtet werden können. Noch einmal gefährlich wird es am 13. April 2036, wo nach letzten Abschätzungen immerhin noch ein Risiko von etwa 0,002 bis 0,02 Prozent besteht, dass Apophis auf der Erde einschlägt. Es gibt jedoch noch mehrere Unsicherheiten bezüglich des Einschlags im Jahr 2036, vor allem wie groß die Ablenkung von Apophis durch die Erde bei seinem ersten knappen Vorbeiflug im Jahr 2029 sein wird. Ein möglicher Einschlag von Apophis würde eine Energie von 1500 Millionen Tonnen TNT freisetzen, was etwa 30 Mal der Energie der von der Menschheit größten gezündeten Wasserstoffbombe entsprechen würde. Wenn er im Meer einschlagen würde, könnte Apophis einen Mega-Tsunami, von der doppelten Höhe wie die des katastrophalen Tsunami in Südostasien zu Weihnachten 2004, auslösen.

Kann man einen Asteroiden ablenken und eine derart dramatische Katastrophe von der Menschheit abwenden? Dass prinzipiell eine Möglichkeit existiert, wurde am US-amerikanischen Unabhängigkeitstag am 4. Juli 2005 in der Mission „Deep Impact“ gezeigt. Damals wurde von einem unbemannten Raumschiff aus ein 370 Kilogramm schweres Projektil freigesetzt, das dann auf den Kometen „Tempel 1“ gelenkt wurde und dort einschlug. Diese Weltraummission wurde nach dem Film „Deep Impact“, einem Hollywood-Blockbuster des Jahres 1998, benannt. Der Einschlag am Kometen Tempel 1 konnte vom Mutterraumschiff, vom Hubble-Weltraumteleskop und von Observatorien auf der ganzen Welt beobachtet werden. Man konnte somit neben Analysen der Zusammensetzung des Kometen auch zeigen, dass man in der Lage ist, die Bahn eines Kometen zu ändern. Mit der Mission „Deep Impact“ wurde daher bewiesen, dass die Menschheit heute prinzipiell erstmals die Möglichkeit hat, einen solchen Himmelskörper abzuwenden. Die NASA überlegt nun Pläne, einen Peilsender oder ein vergleichbares Ortungssystem am Asteroiden Apophis abzusetzen. Dieser könnte dann die exakte Bahn von Apophis bestimmen. Wenn die Bahn bekannt ist, könnte man zum Beispiel den Asteroiden mit einem Raumschiff mit etwa vier Tonnen treffen, diesen dadurch ablenken und das Risiko eines Einschlags auf der Erde im Jahr 2036 vermindern. Eine alternative Möglichkeit besteht darin, die Bahn des Asteroiden nur langsam zu ändern. Wenn man ein unbemanntes Raumschiff in die Nähe eines solchen Asteroiden bringt, könnte dieses dann über Jahre hinweg einen Asteroiden durch die Gravitationskraft des Raumschiffs allmählich so ablenken, dass er nicht mehr auf der Erde einschlägt.

Galaxien, Galaxiengruppen und Galaxienhaufen: Myriaden von Sternen

Man kann die Milchstraße, bestehend aus unzähligen Sternen, am nächtlichen Himmel außerhalb der Lichter einer Stadt als milchig aussehendes Band beobachten. Der Name Milchstraße kommt aus der antiken griechischen Sagenwelt. Der Säugling und spätere Held Herakles saugte der Sage nach an der Brust der Göttin Hera so stark, dass diese ihn von sich stieß und dabei einen Strahl ihrer Milch über den ganzen Himmel verspritzte. Die Bezeichnung Milchstraße in der modernen Astronomie und Astrophysik steht jedoch auch für unsere Heimatgalaxie, in der sich mit der Sonne noch etwa 100 bis 200 Milliarden weitere Sterne befinden, die in einer spiralförmigen Struktur mit einer Ausdehnung von ungefähr 100.000 Lichtjahren, die um einen breiten zentralen Balken in der Mitte angeordnet sind (Abb. 15). Von der Seite gesehen ist die Milchstraße eine dünne Scheibe mit einer Dicke von 3000 Lichtjahren. In dieser galaktischen Scheibe befinden sich die Spiralarme mit dem Großteil der Sterne. Diese Sterne kreisen in etwa 220 bis 240 Millionen Jahren um das Zentrum der Milchstraße. Die meisten Spiralgalaxien besitzen im zentralen Bereich eine ausgeprägte Ausbuchtung mit einer sehr großen Dichte von Sternen.

Die Sonne befindet sich am Rand eines Spiralarms, 25.000 bis 28.000 Lichtjahre vom Zentrum der Milchstraße entfernt. Stellen Sie sich nun vor, Sie fliegen als Glühwürmchen inmitten eines riesigen Schwarms von Artgenossen mit, der die Form eines Diskus hat. In diesem Schwarm kreisen alle Glühwürmchen um das Zentrum des Schwarms. Wenn Sie dann als ein Glühwürmchen in den Außenbezirken des Schwarms in Richtung der zentralen Ebene des Diskus blicken würden, sehen Sie wesentlich mehr Glühwürmchen, während ober- und unterhalb davon weitaus weniger Glühwürmchen zu sehen wären. Genau so entsteht der helle Lichtbogen der Milchstraße am nächtlichen Sternenhimmel, weil wir dort in die zentrale Ebene der Milchstraße schauen und viel mehr Sterne sehen, als wenn wir unsere Blicke in die anderen Richtungen lenken.

All jene Sterne, die wir mit freiem Auge sehen, gehören zur Milchstraße. Wegen der undurchsichtigen Gas- und Staubwolken im Weltall sind nur die Sterne in einem kleinen Bereich bis zu Tausenden von Lichtjahren für uns sichtbar, während die Milchstraße selbst einen mehr als hundertfach größeren Durchmesser hat. Der Raum zwischen den Sternen ist nämlich nicht leer. Vielmehr befinden sich dort ausgedehnte Wolken aus Gas und Staub, die sogenannten interstellaren Wolken (Abb. 16). In allen solchen Wolken ist insgesamt etwa zehn Mal mehr Materie vorhanden als in den gesamten Sternen. In unserem Glühwürmchenbild müssen wir uns also noch vorstellen, dass sich im diskusförmigen Schwarm dichte Rauchschwaden befinden, die uns den Blick auf die meisten Glühwürmchen im Schwarm verwehren, weil sie zu weit weg und durch den Rauch verdeckt sind. Diese Rauchschwaden entsprechen den Gas- und Staubwolken im Weltall zwischen den Sternen, die unseren Blick vor allem in Richtung Zentrum der Milchstraße verhindern. Deshalb weiß man auch nicht genau, wie viele Sterne unsere Milchstraße umfasst. Es könnte irgendeine Zahl zwischen 100 und 200 Milliarden sein.

Die Andromeda-Galaxie ist die der Milchstraße am nächsten gelegene größere Galaxie (Abb. 17). In der Form ähnelt sie der Milchstraße, besitzt aber etwa fünf Mal so viele Sterne wie diese. Für einen Beobachter der Andromeda-Galaxie würde unsere Milchstraße ähnlich aussehen wie die Andromeda-Galaxie für uns. Diese Galaxie ist mit freiem Auge als blasser Fleck am Nachthimmel erkennbar. Die Andromeda-Galaxie ist mit 2,5 Millionen Lichtjahren das am weitesten entfernte Objekt, das wir mit freiem Auge am Himmel beobachten können. Das Licht der Andromeda-Galaxie, das wir heute am Himmel sehen, hat seine Reise also schon vor 2,5 Millionen Jahren begonnen, als gerade einmal die ersten Menschen die Erde bevölkerten. So ist die Andromeda-Galaxie in gewisser Weise auch mit unserer Vergangenheit verbunden.

Die Andromeda-Galaxie mit ihren tausend Milliarden Sternen wird aber auch unsere Zukunft bestimmen, denn das Schicksal der gesamten Milchstraße und vielleicht auch der Erde ist mit der Andromeda-Galaxie verbunden. Sie befindet sich nämlich auf Kollisionskurs mit der Milchstraße und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 120 Kilometern pro Sekunde in unsere Richtung. In ungefähr zwei Milliarden Jahren wird es dann so weit sein, dass der Zusammenstoß stattfindet. Einige Zeit vorher schon wird die Andromeda-Galaxie, wie anhand von Abbildung 17 zu ersehen, fast den gesamten Himmel einnehmen, ein dann wahrhaft prachtvoller und gigantischer Anblick.

Wie findet nun dieser gigantische Unfallhergang statt? Nun, einen solchen Zusammenstoß muss man eher als eine Umwandlung und nicht als einen zerstörerischen Prozess bezeichnen. Zu einer Kollision zwischen einzelnen Sternen kommt es nämlich überraschenderweise während eines derartigen Zusammenstoßes fast nicht. Das liegt daran, dass die Sterne winzig klein sind im Vergleich zu den Entfernungen zwischen den Sternen. Wenn man annimmt, dass die Sonne die Größe einer Orange hätte, wären die nächsten Sterne bereits mehrere tausend Kilometer entfernt. Die Galaxien durchdringen sich daher eher wie geisterhafte Nebelschwaden.

In einer isolierten Galaxie hat die Gravitationskraft zum Zentrum der Galaxie genau die Stärke, um sich mit der nach außen gerichteten Zentrifugalkraft die Waage zu halten. Dadurch bewegen sich die Sterne in nahezu kreisförmigen Bahnen um das Zentrum der Galaxie. Wenn sich jedoch zwei Galaxien annähern, kommt die Gravitationskraft der jeweils anderen Galaxie hinzu. Dies führt dazu, dass die außen liegenden Sterne – darunter die Sonne und damit auch die Erde – wie Wassertropfen von einem sich drehenden Autoreifen wegspritzen und wahrscheinlich aus der Milchstraße in die Tiefen des Universums geschleudert werden. Dort würde die Erde ein einsames Dasein fristen, und am irdischen Nachthimmel würden dann von der Erde auch keine Sterne mehr sichtbar sein, weil wir uns nicht mehr in einer Galaxie befinden.

Galaxien, also Ansammlungen von Sternen, können aber noch andere Formen als Spiralen haben. Elliptische Galaxien unterscheiden sich von anderen Galaxienformen durch die gleichmäßige Verteilung ihrer Sterne und das Fehlen auffälliger Strukturen wie in den Spiralgalaxien (Abb. 18). Wahrscheinlich sind alle elliptischen Galaxien aus dem Zusammenstoß und der anschließenden Vereinigung von Spiralgalaxien hervorgegangen. Simulationen des Zusammenstoßes zwischen der Milchstraße und der Andromeda-Galaxie zeigen auch, dass auf diese Weise aus den beiden Spiralgalaxien in der Zukunft eine elliptische Galaxie entstehen wird.

Es gibt auch Zwerggalaxien, die sogar viel häufiger vorkommen als große Galaxien, sich aber in größeren Entfernungen naturgemäß schwieriger beobachten lassen. Die meisten Zwerggalaxien sind irreguläre Galaxien von unregelmäßiger Form, die weder Spiralarme noch elliptische Formen haben. Sie sind wesentlich leuchtschwächer als elliptische und Spiralgalaxien. Die bekanntesten Zwerggalaxien sind die „Große Magellansche Wolke“ und die „Kleine Magellansche Wolke“, die man auf der Südhalbkugel der Erde als zwei diffus leuchtende Nebelflecken am Nachthimmel mit freiem Auge beobachten kann (Abb. 19). Diese beiden Zwerggalaxien stellen kleine Begleitgalaxien der Milchstraße dar und werden von dieser durch deren Gravitationskraft angezogen. Auch die Andromeda-Galaxie hat wie die Milchstraße zwei Zwerggalaxien als Begleiter (Abb. 17).

Neben unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, gibt es im von uns einsehbaren Universum etwa noch hundert Milliarden weitere Galaxien, die im Mittel aus bis zu Hunderten Milliarden Sternen bestehen. Das ergibt insgesamt eine unvorstellbar große Anzahl von Sternen. Hätten wir die gleiche Anzahl von Glaskugeln mit einem Durchmesser von 8 cm, so könnten wir die gesamte Erdoberfläche etwa bis zur Höhe des Mount Everest damit bedecken. Die Galaxien sind aber nicht gleichmäßig im Universum verteilt, sondern bilden Galaxiengruppen, bestehend aus Ansammlungen von vielen Galaxien. Galaxiengruppen umfassen bis zu 50 Galaxien. Wir befinden uns in der „Lokalen Gruppe“, einer Ansammlung von Galaxien in der ungefähren Form eines Ellipsoids, bestehend aus über 30 Galaxien. Die beiden größten Galaxien in der Lokalen Gruppe bilden dabei unsere Milchstraße und die Andromeda-Galaxie. Die anderen Galaxien sind wesentlich kleinere Galaxien oder sogar Zwerggalaxien.

Die nächstgrößeren Strukturen im Universum nach den Galaxien und Galaxiengruppen sind dann Galaxienhaufen, die aus einer Ansammlung Tausender einzelner Galaxien bestehen (Abb. 20). Diese Galaxien bewegen sich alle mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten im gemeinsamen Schwerefeld des Galaxienhaufens. Unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße, befindet sich im Außenbezirk des sogenannten Virgo-Haufens. Galaxienhaufen sind von einem dünnen, zehn bis hundert Millionen Grad heißen Gas durchdrungen, das durch seine Röntgenstrahlung beobachtbar ist. Dieses Gas macht etwa 15 Prozent der Masse eines Galaxienhaufens aus. Eine Masse von ungefähr fünf Prozent ist durch die Sterne in den Galaxien vorhanden. Woraus bestehen aber dann die restlichen 80 Prozent der Masse eines Galaxienhaufens? Die Antwort darauf ist die „Dunkle Materie“, die wir im nächsten Abschnitt behandeln werden.

Dunkle Materie: Dominant, aber unverstanden

Der Großteil des Universums besteht nicht aus normaler Materie, wie wir sie kennen und die unser Leben ermöglicht, sondern aus der für uns nicht sichtbaren Dunklen Materie. Die Bezeichnung „dunkel“ bezieht sich darauf, dass die Dunkle Materie nicht leuchtet, sondern eben dunkel ist. Die Dunkle Materie ist zumindest fünf Mal so häufig wie die uns bekannte normale sichtbare Materie. Wie der Name schon sagt, sendet sie aber kein Licht oder andere Strahlung aus und ist deshalb nicht direkt beobachtbar. Dunkle Materie kann ausschließlich indirekt durch die von ihr erzeugte Gravitationskraft nachgewiesen werden.

Die Dunkle Materie umgibt die Galaxie wie eine ausgedehnte Wolke und reicht weit über die Grenzen der Galaxie hinaus. Die Galaxie ist gleichsam wie in einem Kokon im Zentralgebiet der Dunklen Materie eingebettet.

Wie können wir denn überhaupt die Dunkle Materie nachweisen, wenn diese nicht sichtbar ist? Es gibt gleich mehrere unabhängige Hinweise für die Dunkle Materie. Bereits 1933 beobachtete Fritz Zwicky (1898–1974), dass das Gas und die Galaxien in einem Galaxienhaufen auseinanderdriften und dieser ohne Gravitationswirkung von zusätzlicher Materie sich einfach auflösen würde. Ebenso würden die Sterne in den Außenbezirken der Galaxien aufgrund ihrer Rotationsgeschwindigkeit um das Zentrum der Galaxien einfach davonfliegen. Galaxien und Galaxienhaufen können also im Universum nur existieren, wenn man die Dunkle Materie annimmt, durch deren Gravitationskraft die Galaxien und Galaxienhaufen zusammengehalten werden. Sogar das Licht von Galaxien wird durch die Gravitationskraft von Dunkler Materie auf dem Weg zur Erde abgelenkt. Astronomen können aus Beobachtungen dieser Ablenkungen des Lichts echte dreidimensionale Karten der Verteilung der Wolkengebilde der Dunklen Materie im All erstellen (Abb. 21).

Großräumige Computersimulationen des Universums zeigen auch, dass die Entstehung der Strukturen von Galaxien und Galaxienhaufen in unserem Universum nur erklärt werden kann, wenn man annimmt, dass die Dunkle Materie zumindest um einen Faktor fünf häufiger ist als die normale sichtbare Materie. Wenn man in den Computersimulationen weniger als diesen Wert für die Häufigkeit der Dunklen Materie annimmt, sind die in den Simulationen erhaltenen Strukturen im Universum verglichen mit den tatsächlich beobachteten Strukturen zu wenig ausgeprägt. Das heißt, die in Abbildung 22 aus Computersimulationen berechneten Strukturen von Galaxien und Galaxienhaufen wären dann wesentlich diffuser und verschmierter und würden nicht mehr mit den tatsächlich beobachteten Strukturen im Universum übereinstimmen. Genau umgekehrt ist es, wenn man einen höheren Wert für die Dunkle Materie annimmt. Dann wären die in den Computersimulationen in Abbildung 22 erhaltenen Strukturen von Galaxien und Galaxienhaufen des Universums viel zu klumpig, verglichen mit den tatsächlich beobachteten Strukturen.

Es gibt also mehrere unabhängige Hinweise, dass die Dunkle Materie tatsächlich existiert. Wenn es die Dunkle Materie aber wirklich gibt, warum können wir sie dann nicht wahrnehmen? Wo befindet sich die Dunkle Materie, wo ist sie dann versteckt? Hinter diesem Buch? Unter unserem Tisch? Oder draußen vor unserem Haus? Nun, man muss sich vorstellen, dass die normale Materie für die Dunkle Materie praktisch vollkommen durchsichtig ist. So, wie das Licht ungehindert durch eine sauber geputzte dicke Glasscheibe hindurchgeht und wir nichts von der Glasscheibe merken, geht auch die Dunkle Materie durch unsere normale Materie hindurch und wir bemerken sie nicht.

Wir können diese Auswirkungen der Dunklen Materie aufgrund ihrer Gravitationskraft nur in großräumigen Strukturen wie Galaxien und Galaxienhaufen feststellen. Man muss sich die Dunkle Materie als gigantische Wolkengebilde vorstellen (Abb. 21). Zu den Zentren dieser Wolken driftet dann wegen der Gravitationskraft die normale Materie und sammelt sich dort an. Dadurch entstanden hier auch die Galaxien oder Galaxienhaufen. Da es viel mehr Dunkle Materie als normale Materie gibt, reicht die Wolke der Dunklen Materie weit über die Grenzen der sichtbaren Galaxien und Galaxienhaufen hinaus. Die Galaxien und auch die Galaxienhaufen sind gleichsam wie Kokons in den Zentralgebieten der Dunklen Materie eingebettet (Abb. S. 42). Die normale Materie bewegt sich wegen der starken Gravitationskraft der Dunklen Materie zu deren Zentren. In diesen Gebieten bilden sich dann aus der normalen Materie die für uns sichtbaren Galaxien und Galaxienhaufen. Die Zentren der Wolkengebilde der Dunklen Materie sind also die Keimzellen der aus normaler Materie bestehenden Galaxien und Galaxienhaufen. Man hat noch keine kleinräumigen klumpigen Strukturen der Dunklen Materie, etwa in der Größe von Sternen oder Planeten, entdeckt. Auf diesen kleinen Distanzen ist die Dunkle Materie im Unterschied zur normalen sichtbaren Materie offensichtlich gleichmäßig und nicht klumpig im Universum verteilt.

Woraus könnte denn die Dunkle Materie nun wirklich bestehen? Eine Möglichkeit sind bisher unbekannte Elementarteilchen. Solche Teilchen konnten aber bis jetzt noch nicht nachgewiesen werden. Ein bevorzugter Kandidat für diese Elementarteilchen sind die „supersymmetrischen Teilchen“. Erst bei Zusammenstößen von Teilchen mit extrem hohen Energien kann es sein, dass Reaktionen von normaler Materie mit solchen Teilchen überhaupt stattfinden und diese dadurch nachgewiesen werden können. Man versucht daher auch Teilchen in riesigen Beschleunigern, wie zum Beispiel dem in Genf in der Schweiz gebauten „Large Hadron Collider (LHC)“, auf so hohe Energien zu beschleunigen, dass solche supersymmetrischen Teilchen erzeugt werden. Dadurch könnte man diese supersymmetrischen Teilchen dann vielleicht auch tatsächlich nachweisen. Die Dunkle Materie würde einfach aus diesen Elementarteilchen aufgebaut sein.

Universum: Bis in die Unendlichkeit

Unter dem Universum, Weltall oder Kosmos versteht man den gesamten Weltraum mit allen seinen Himmelskörpern. Die Galaxien und Galaxienhaufen sind filamentartig angeordnet, das heißt, sie bilden faserförmige Strukturen. Dazwischen befinden sich riesige, ausgedehnte Leer- oder Hohlräume. Im Großen und Ganzen ähnelt das Universum daher in seiner Struktur einer Bienenwabe, die, wie in Abbildung 22 dargestellt, durch wandartige Strukturen und die dazwischenliegenden Leer- oder Hohlräume gebildet wird. Die Leerräume, in der sich keine Galaxien befinden, haben gigantische Ausdehnungen von 300 bis 500 Millionen Lichtjahren. Falls wir irgendwo zufällig im Universum ausgesetzt wären, so würden wir in der überwiegenden Anzahl der Fälle in einem solch riesigen Leerraum landen. Wir würden dort keinen einzigen Stern mit freiem Auge sehen. Umgeben von ewiger Nacht, ohne Sonne und Sterne, wäre das für uns ein wahrhaft fremdartiger und trostloser Ort. Wenn wir ein Fernrohr mithätten, könnten wir damit weit entfernte Galaxien erkennen. Nur weil sich die Erde mitten in der Milchstraße befindet, können wir den prachtvollen Sternenhimmel in der Nacht sehen. In unserem Glühwürmchenbild des Universums gibt es also nicht nur einen Glühwürmchenschwarm, sondern unendlich viele, die zunächst Gruppen und dann wiederum Haufen von Schwärmen bilden. Zwischen diesen Haufen befinden sich aber auch riesige Gebiete, in denen kein einziges Glühwürmchen zu finden ist.

Unsere Erde ist schon lange nicht mehr der Mittelpunkt des Universums. Sie hält sich in einem unbedeutenden Spiralarm unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, auf. Auch die Lokale Gruppe, in der sich neben etwa 30 weiteren Galaxien unsere Milchstraße befindet, ist nur ein unwesentlicher Vorposten im Virgo-Haufen, der wiederum aus über tausend Galaxien besteht und dessen Zentrum rund 50 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist. Neben dem Virgo-Haufen gibt es Hunderte Millionen weitere Galaxienhaufen in dem von uns sichtbaren Bereich unseres Universums. Der modernen Kosmologie und der Einsteinschen Relativitätstheorie zufolge lässt sich mit naturwissenschaftlichen Methoden ein absolutes Zentrum des unendlich ausgedehnten Universums dann auch gar nicht ermitteln. Diese Annahme scheint unsere Vorstellungskraft bei Weitem zu sprengen – ein Universum, das sich immer weiter und weiter in die Unendlichkeit erstreckt, ohne jemals ein Ende zu nehmen. Das Ganze wird aber noch einmal wesentlich übertroffen vom Konzept des Multiversums (Abb. 23), in dem es sogar nochmals eine unendliche Anzahl verschiedener Universen gibt. Unser Universum wäre dann nur mehr ein Teilgebiet eines gewaltigen Multiversums. Auf diese Multiversum-Hypothese werden wir später noch weiter eingehen.

Selbst Giordano Bruno würde, obwohl sein damaliges ausgedachtes Weltbild so revolutionär war, vom heutigen, noch wesentlich grandioseren Bild des Universums überrascht sein. Er würde sich aber in seiner Intuition bestätigt sehen, dass einer allmächtigen Gottheit auch nur ein grandioses und unendliches Universum entsprechen kann. Dass es nach unserem heutigen Weltbild nicht nur ein unendlich ausgedehntes Universum, sondern vielleicht sogar ein Multiversum gibt, würde sicherlich bestens in das Weltbild Giordano Brunos von einer wirklich allmächtigen Gottheit passen.

Von Ewigkeit zu Ewigkeit

Der Ursprung: Wie unser Universum entstand

Vorstellungen von einem Beginn des Universums, in dem Gott nicht vorkam, waren für die Theologen bis ins 18. Jahrhundert ketzerisch. Ebenso das heliozentrische Weltbild, welches der Inquisition ein Dorn im Auge war. Die Entstehung des Universums beschränkte sich auf die Beschreibung in der Genesis, dem ersten Buch der jüdischen und christlichen Bibel. Es wurde nur die Frage diskutiert, wann genau das Universum entstanden ist. Die anspruchsvollsten Rechnungen in dieser Richtung wurden von Erzbischof James Ussher im Jahr 1624 durchgeführt. Er sammelte die entsprechenden Textstellen in der Bibel von der Genesis an und zählte die Jahre von jeder Geburt, angefangen bei Adam und Eva über die Propheten, die Zeit der Könige und so fort, und summierte mit großer Sorgfalt alle Daten. Er kam zu dem Schluss, dass die Schöpfung des Universums am Samstag, den 22. Oktober 4004 vor Christi um sechs Uhr nachmittags stattfand. Weil die heilige Schrift als die absolute Autorität in allen Fragen und auch der Schöpfung galt, wurde dieses Datum in manchen Kreisen noch bis ins 19. Jahrhundert anerkannt. Heute wissen wir, dass die Berechnung des Alters des Universums durch Erzbischof Ussher um rund 13,7 Milliarden Jahre zu gering ausfiel.

Nach der modernen Kosmologie entstand das Universum vor 13,7 Milliarden Jahren beim Urknall aus einem extrem heißen und dichten Anfangszustand. Es dehnt sich seither immer weiter aus. Dadurch bewegen sich alle Galaxienhaufen voneinander weg, und zwar umso schneller, je weiter sie voneinander entfernt sind. Man kann sich die Expansion des Weltalls am besten als einen unendlich ausgedehnten Gugelhupf mit Rosinen – für unsere deutschsprachigen Nachbarn: Rosinennapfkuchen – vorstellen, der sich immer weiter aufbläht. Der Teig unseres Gugelhupfs entspricht dem Raum in unserem Weltall, während die Rosinen die sich voneinander entfernenden Galaxienhaufen im Universum darstellen.

Das Bild des Gugelhupfs veranschaulicht auch am besten die Beschreibung der Ausdehnung des Universums in der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein (1879–1955). In dieser Theorie dehnen sich der Raum und die Zeit selbst immer weiter aus. Für die folgenden Überlegungen ist jedoch nur die Ausdehnung des Raums wichtig. Dadurch bewegen sich auch die im Raum eingebetteten Galaxienhaufen auseinander. Das bedeutet, dass sich alle Punkte im Universum voneinander entfernen und damit auch alle Distanzen zwischen zwei verschiedenen Orten im All mit der Zeit immer größer werden. Durch die Expansion des Raums nach dem Urknall kühlte sich gleichzeitig das Universum immer weiter ab.

Für den kritischen Leser möchte ich noch zwei in der Literatur verbreitete unklare Konzepte im Zusammenhang mit dem Urknall und der Ausdehnung des Universums ausräumen. Erstens: Mit dem Begriff Urknall ist nicht nur der Anfang des Kosmos, sondern meist auch die Entwicklung in der Frühzeit des Universums in den ersten 400.000 Jahren nach dessen Entstehung gemeint. Auch wir verwenden den Begriff Urknall im Buch in diesem Sinn. Zweitens: Bei der Ausdehnung des Universums entfernen sich die Galaxienhaufen voneinander und nicht die Galaxien, wie oftmals behauptet wird. So haben wir ja im vorigen Kapitel gehört, dass in unserem Galaxienhaufen die Milchstraße und die Andromeda-Galaxie sogar aufeinander zukommen. In den aus vielen Galaxien bestehenden Galaxienhaufen ist die anziehende Gravitationskraft so stark, dass sie die allgemeine Ausdehnung des Raums dominiert. Daher bleiben die Galaxien in jedem Galaxienhaufen zusammen und entfernen sich nicht durch die allgemeine Expansion des Universums voneinander. Vielmehr bewegen sich nur die Galaxienhaufen auseinander.

Dass das Universum einen Anfang hatte, stellt für die Naturwissenschaftler zunächst eine Riesenüberraschung dar, und viele waren mit dieser Entdeckung auch nicht besonders glücklich. Wir haben im vorigen Kapitel erfahren, dass die Naturwissenschaftler nach jahrhundertelangen Kämpfen, vor allem mit der Kirche, endlich sich mit der Ansicht durchgesetzt hatten, dass es kein absolutes Zentrum in unserem Kosmos gibt, sondern dass alle Orte im Universum gleichberechtigt sind. Das heißt, wir leben an keinem besonderen Ort im Universum. Nun musste man aber feststellen, dass es zwar keinen besonders ausgezeichneten Ort im Raum, aber offensichtlich doch einen besonderen Zeitpunkt gibt. Dieser ganz besondere Zeitpunkt ist eben der Anfang unseres Universums, der Urknall. Das Wort Urknall, im Englischen „Big Bang“, hat natürlich nicht unmittelbar mit einem Knall zu tun, sondern wurde von den Vertretern der wichtigsten Alternativtheorie zum Urknall eher abwertend verwendet, um die Theorie des Urknalls lächerlich zu machen. Die Alternativtheorie zum Urknall wird Gleichgewichtstheorie des Universums, im Englischen „Steady-State-Theorie“, genannt – also eben ein Zustand des Universums, in dem durch alle Zeiten die Struktur des Universums unverändert bleibt. Dieser Gleichgewichtszustand des Universums besagt, dass sich das Universum schon seit ewigen Zeiten im Großen und Ganzen nicht verändert hat und auch in weiterer Zukunft gleich aussehen wird.

Der größte Teil der Wissenschaftler bevorzugt aber die Theorie des Urknalls, weil es mehrere unabhängige Hinweise für die Entstehungsgeschichte unseres Universums aus einem Urknall gibt, die wir gleich besprechen werden. Übrigens würde sicherlich auch Giordano Bruno eher eine Gleichgewichtstheorie des Universums bevorzugen und mit einem Beginn des Universums in einem Urknall wohl seine Schwierigkeiten haben. Denn warum sollte ein allmächtiger Schöpfer sein Universum nicht von Ewigkeit zu Ewigkeit, sondern nur vom Urknall bis in alle Ewigkeit schaffen? Wie wir später in diesem Kapitel noch sehen werden, postulieren manche moderne kosmologische Theorien tatsächlich einen Kosmos, in dem der Urknall in unserem Universum zwar vorkommt, aber nicht mehr der Anfang von allem ist.

Woher weiß man nun, dass es überhaupt einen Urknall gegeben hat? Für diese Theorie existieren zumindest drei unabhängige grundlegende Hinweise, die mit den Vorhersagen des Urknallmodells übereinstimmen: die Galaxienflucht, die kosmische Hintergrundstrahlung und die Häufigkeiten der im Urknall entstandenen leichten chemischen Elemente. Wissenschaftler, die nicht von der Urknalltheorie ausgehen, müssen berücksichtigen, dass solch alternative Theorien zumindest diese drei unabhängigen Hinweise auf den Urknall wiedergeben müssen. Meist ist dies aber nur unter ziemlich weit hergeholten Annahmen möglich. Wir werden nun im Folgenden diese fundamentalen Säulen behandeln, die einen Beginn des Universums im Urknall nahelegen.

Die Galaxienflucht: Das Universum expandiert

Unter Galaxienflucht versteht man, dass alle anderen Galaxienhaufen sich von unserem eigenen Galaxienhaufen wegbewegen – man könnte auch sagen, sie fliehen vor uns. Diese Wegbewegung ist umso schneller, je weiter sich die Galaxienhaufen von uns entfernt befinden. Denken Sie noch einmal darüber nach, was passiert, wenn der Teig im Gugelhupf aufgeht. Wenn Sie auf einer Rosine beheimatet wären, entfernten sich alle anderen Rosinen von Ihnen weg, und zwar umso schneller, je weiter die jeweilige Rosine von Ihnen entfernt ist. Wenn zum Beispiel eine Rosine von Ihrer Rosine doppelt so weit entfernt ist wie eine andere, wird sie sich bei der Ausdehnung des Kuchens auch doppelt so schnell von Ihnen wegbewegen wie diejenige, die nur halb so weit entfernt liegt. Genau so ist es mit dem Raum im Universum bei der Galaxienflucht. Durch die Ausdehnung des Weltalls entfernen sich die Galaxienhaufen voneinander. Es sollte wohl richtiger Galaxienhaufenflucht genannt werden, weil sich ja, wie vorher besprochen, eigentlich die Galaxienhaufen und nicht die Galaxien durch die Ausdehnung des Raums voneinander entfernen. Aber der Name Galaxienflucht hat sich nun mal in der Wissenschaft eingebürgert.

Woher wissen wir überhaupt, dass sich die Galaxienhaufen von uns wegbewegen, als wären sie alle auf der Flucht vor uns? Das können wir durch einen physikalischen Effekt, der Rotverschiebung genannt wird, beobachten. Dazu müssen wir zunächst wissen, dass die überwiegende Anzahl der Sterne, wie auch zum Beispiel unsere Sonne, und somit auch die aus Sternen bestehenden Galaxien und Galaxienhaufen ihr Licht hauptsächlich im gelben Bereich aussenden. Dieses Licht, das ursprünglich von den Sternen in weit entfernten Galaxien und Galaxienhaufen im gelben Bereich ausgesandt wurde, kommt jedoch bei uns als Licht im roten Bereich an. Wie kann man das erklären?

Jedes Teleskop, das ins All gerichtet wird, ist interessanterweise auch eine Zeitmaschine. Bei jeder astronomischen Beobachtung blickt man nämlich in die Vergangenheit unseres Universums, da ja das Licht eine gewisse Zeit braucht, bis es uns auf der Erde erreicht. Beispielsweise sehen wir das Licht der Sterne eines Galaxienhaufens, der eine Milliarde Lichtjahre von uns entfernt ist, nicht wie er jetzt ist, sondern wie dieser Galaxienhaufen vor einer Milliarde Jahren aussah, als das Licht von dort seine Reise begann. Das Licht hat dann eine Milliarde Jahre benötigt, bis es von diesem fernen Galaxienhaufen zu uns gekommen ist. Diese Tatsache erlaubt uns also, in die Vergangenheit unseres Universums, wie wir später sehen werden, sogar bis zum Urknall selbst zurückzublicken. Erst dadurch wurde es möglich, die atemberaubende Entwicklung unseres Kosmos vom Urknall bis heute auch tatsächlich zu beobachten und damit die Vorgänge in der Entwicklung des Universums zu verstehen.

Wir können unser Universum aus prinzipiellen Gründen nur bis zu einer gewissen Entfernung beobachten. Tatsächlich sehen wir bloß einen winzigen Ausschnitt des wahrscheinlich unendlich ausgedehnten Weltalls, der dadurch gegeben ist, dass das Licht nicht länger zu uns brauchen darf, als das Universum alt ist. Folglich ist der für uns sichtbare Ausschnitt des Universums eine Kugel mit uns als Mittelpunkt und einem Radius von etwa 14 Milliarden Lichtjahren. Außerhalb dieses Radius hatte das Licht seit dem Urknall bis heute einfach noch nicht genügend Zeit, um uns zu erreichen.

Wenn also das Licht der Sterne in weit entfernten Galaxienhaufen irgendwann in der Vergangenheit ausgesandt wurde, erreicht uns dieses Licht erst Milliarden Jahre später. In dieser Zeit hat sich aber der gesamte Raum überall im Universum wie der Teig im Bild des Gugelhupfs ausgedehnt. Eine Ausdehnung des Raums bedeutet aber, dass auch die Länge einer Lichtwelle, das heißt die Wellenlänge, größer wird. Je mehr Zeit das Licht braucht, um von einem weit entfernten Galaxienhaufen zu uns zu kommen, umso mehr wird sich auch der Raum ausgedehnt und damit auch die Wellenlänge des Lichts vergrößert haben. Eine Vergrößerung der Wellenlänge des Lichts ist aber nichts anderes als eine Verschiebung der Farbe des Lichts vom gelben hin zum roten Bereich, da rotes Licht eine größere Wellenlänge hat als gelbes Licht. Durch diese so entstandene Rotverschiebung des Lichts lässt sich die Geschwindigkeit, mit der sich die Galaxienhaufen von uns wegbewegen, und damit die Ausdehnungsgeschwindigkeit des Universums bestimmen.

Warum ist die Galaxienflucht, welche wir durch die Rotverschiebung der sich von uns wegbewegenden Galaxien beobachten können, ein Hinweis auf den Urknall? Nun, wenn sich das Weltall immer weiter ausgedehnt und die ganze Materie im Universum sich immer auseinanderbewegt hat, müssen wir doch annehmen, dass im Universum gestern alles näher zusammen war als heute. Je weiter wir in die Vergangenheit zurückgehen, umso dichter war daher das Universum. Schließlich war beim Urknall vor 13,7 Milliarden Jahren die Materie des Universums in einem extrem dichten und heißen Zustand zusammengepresst.

Kosmische Hintergrundstrahlung: Eine Botschaft vom Urknall

Ehe wir zu unserem Hauptthema, dem Urknall, zurückkehren, wollen wir einige wesentliche Erkenntnisse der Atomphysik zusammenfassen:

1. Ein Atom setzt sich aus dem Atomkern und der Atomhülle zusammen.

2. Der Atomkern ist aus positiv geladenen Protonen und neutralen Neutronen aufgebaut. Die Atomhülle besteht aus den negativ geladenen Elektronen.

3. Atome besitzen gleich viele Protonen im Atomkern wie Elektronen in der Atomhülle und sind daher ungeladen.

4. Ein Element ist ein Atom mit einer bestimmten Anzahl von Protonen im Atomkern, die gleich der Anzahl der Elektronen in der Atomhülle ist und damit die chemischen Eigenschaften des Elements bestimmt.

5. Die acht leichtesten Elemente sind der Wasserstoff (je ein Proton und Elektron), Helium (je zwei Protonen und Elektronen), Lithium (je drei Protonen und Elektronen), Beryllium (je vier Protonen und Elektronen), Bor (je fünf Protonen und Elektronen), Kohlenstoff (je sechs Protonen und Elektronen), Stickstoff (je sieben Protonen und Elektronen) und Sauerstoff (je acht Protonen und Elektronen).

6. Moleküle setzen sich aus Atomen zusammen. Es gibt einfache Moleküle, wie Wasser (H2O), oder aber komplizierte Moleküle, wie die Moleküle des Lebens, bestehend aus Verbindungen mit Kohlenstoff, darunter Aminosäuren, Proteine und Kohlenhydrate.

7. Ein Plasma ist ein Gas, bestehend aus Atomen, in denen alle oder ein Teil der Elektronen nicht im Atom gebunden sind, sondern sich frei bewegen. Ein solches Plasma existiert bei hohen Temperaturen, wie zum Beispiel heute noch in der Sonne, und wird auch auf der Erde, etwa in Blitzen oder bei jeder Funkenentladung, erzeugt.

Beim Urknall war es in den ersten Bruchteilen der ersten Sekunde so heiß, dass das gesamte Universum zunächst nur aus Elementarteilchen, den kleinsten Bausteinen im Weltall, sowie aus Strahlung bestand. Bei diesen hohen Temperaturen wurden die im Weltall vorhandenen Elementarteilchen und die Strahlung ununterbrochen ineinander umgewandelt. Es gab im Urknall überall fast gleich viele Teilchen und sogenannte Antiteilchen, wobei die Betonung aber auf dem Wörtchen „fast“ liegt. Man muss wissen, dass sich ein Teilchen und ein Antiteilchen, wenn sie zusammentreffen, sofort gegenseitig vernichten und gänzlich in Strahlung umwandeln. Wenn jedoch zu Beginn unseres Kosmos genau gleich viele Teilchen und Antiteilchen überall im Universum vorhanden gewesen wären, wären alle diese Teilchen und Antiteilchen aufgrund der hohen Dichte beim Urknall in einer gigantischen Vernichtungsorgie einfach verschwunden, und es wäre nur Strahlung übrig geblieben. Das Universum würde dann für alle Zeiten eine reine Strahlungswüste ohne irgendwelche Materie sein. Wenn jedoch im Kosmos keine Materie existieren würde, gäbe es auch keine Atomkerne, Atome, Sterne und Planeten oder auch Leben im Universum, weil all diese Objekte ja aus Materie aufgebaut sind.

Es existierte also beim Urknall aus Gründen, die wir nicht verstehen, ein Milliardstel mehr Teilchen als Antiteilchen, die nicht vernichtet wurden. Der Rest der Materie ist, abgesehen von dem winzigen Milliardstel Überschuss der Materie, mit der gesamten Antimaterie zerstrahlt. Wir können diese vom Urknall stammende Strahlung sogar noch heute als sogenannte kosmische Hintergrundstrahlung mit entsprechenden Teleskopen im Mikrowellen- und Radiowellenbereich beobachten. Wir haben ja gesagt, dass jedes Teleskop auch eine Zeitmaschine ist, die uns erlaubt, in die Vergangenheit zu blicken. Diese uralte Strahlung war schon seit 13,7 Milliarden Jahren vom Urknall unterwegs, bevor sie uns erreichte.

Die Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung, ein Nachglühen des Urknalls, war ein wichtiger Hinweis, dass es diesen wirklich gegeben hat. Diese Strahlung erreicht uns fast vom Beginn des Universums, genauer gesagt etwa 400.000 Jahre nach der Entstehung des Universums. Warum nur fast? Nun, die ersten etwa 400.000 Jahre nach der Entstehung des Universums war dieses für die kosmische Hintergrundstrahlung wie ein Nebel vollkommen undurchsichtig. Damals herrschte noch eine so hohe Temperatur, dass das gesamte Universum aus einem Plasma, das heißt von den elektrisch geladenen Atomkernen und Elektronen, erfüllt war. Die kosmische Hintergrundstrahlung wurde ununterbrochen von den Atomkernen und Elektronen gestreut (Abb. S. 60, oben). Erst ungefähr 400.000 Jahre nach der Entstehung des Weltalls sanken die Temperatur und die Dichte so weit, dass sich aus den Atomkernen und Elektronen die Atome bildeten und die kosmische Hintergrundstrahlung nicht mehr hin und her gestreut wurde (Abb. S. 60, unten). Ab diesem Zeitpunkt löste sich der Nebel auf, und das Universum wurde durchsichtig. Wir empfangen also heute in allen Richtungen vom Himmel die Hintergrundstrahlung, die von dieser Nebelwand ausgeht.

Als sich die kosmische Hintergrundstrahlung auf ihre Reise machte, war das Universum gerade ein 35.000tel Mal so alt wie heute. Wenn wir eine menschliche Altersskala für das Universum verwenden und uns vorstellen, dass dieses heute einem 70-jährigen Mann entspricht, dann würde die kosmische Hintergrundstrahlung aus einer Zeit stammen, als dieser Mann nicht einmal einen Tag alt war. Wir können deshalb wirklich sagen, dass uns diese Strahlung praktisch vom Urknall her erreicht. Natürlich hat sich während der langen Reise der kosmischen Hintergrundstrahlung das Universum aufgebläht. Dadurch ist die Wellenlänge dieser Strahlung wesentlich größer geworden, sodass sie heute nicht mehr als Licht wie zu Beginn ihrer Reise wahrgenommen, sondern im Mikrowellen- und Radiowellenbereich beobachtet werden kann. Wir können sie daher in diesem Bereich mit geeigneten Teleskopen nachweisen.

Oben: Bis etwa 400.000 Jahre nach der Entstehung des Universums war das Universum ein Plasma, bestehend aus elektrisch geladenen Atomkernen (große schwarze Kreise) und Elektronen (kleine weiße Kreise). Dadurch wurde die kosmische Hintergrundstrahlung (Linien mit Pfeilen) von den Atomkernen und Elektronen ununterbrochen hin und her gestreut. Unten: Nach etwa 400.000 Jahren nach der Entstehung des Universums war dieses so weit abgekühlt und durch die Ausdehnung weniger dicht. Dadurch konnten sich aus den Atomkernen und Elektronen die Atome bilden, und die kosmische Hintergrundstrahlung wurde durch die nun ungeladenen Atome nicht mehr in alle Richtungen hin und her gestreut.

Die kosmische Hintergrundstrahlung wurde mit einer Radioantenne von Arno Penzias (*1933) und Robert Woodrow Wilson (*1936) im Jahr 1965 zufällig entdeckt, wofür sie auch 1978 den Nobelpreis für Physik bekamen. Die kosmische Hintergrundstrahlung, die uns aus allen Richtungen des Himmels erreicht, ist fast gleichmäßig. Sie weist aber dennoch minimale Schwankungen in der Wellenlänge von etwa einem Hunderttausendstel auf, je nachdem, aus welcher Richtung sie vom Himmel kommt (Abb. 24). Die Schwankungen der kosmischen Hintergrundstrahlung entstanden durch Dichteunterschiede zum Zeitpunkt der Aussendung etwa 400.000 Jahre nach dem Urknall. Es hat also tatsächlich schon damals Gebiete mit etwas größerer und kleinerer Dichte gegeben, aus denen dann ein paar hundert Millionen Jahre später die ersten Galaxien und Galaxienhaufen im Universum gebildet wurden. Wir können darum in den Schwankungen der kosmischen Hintergrundstrahlung bereits das Embryonalstadium der später gebildeten Galaxien und Galaxienhaufen erkennen.

Die kosmische Hintergrundstrahlung, die uns praktisch vom Urknall weg erreicht, können auch Sie beobachten. Wenn Sie einen Fernsehsender einschalten und einen Kanal anwählen, auf dem gerade kein Programm gespeichert ist, sehen Sie auf dem TV-Bildschirm tanzende Punkte, die aussehen wie Schneegrieseln. Einige Prozent dieses Flimmerns sind auf die Hintergrundstrahlung zurückzuführen, weil diese Strahlung auch im Bereich der Radio- und Fernsehwellen einen Beitrag liefert. Wenn also das Fernsehprogramm langweilig ist, schalten Sie einfach auf einen Kanal ohne Sender und schauen Sie sich den Urknall an. – Nach einem Vortrag von mir in einem Gymnasium berichtete mir eine Physiklehrerin von einer Mutter, die völlig konsterniert in eine Sprechstunde kam und um Aufklärung bat. Ihr Sohn sei nun völlig durchgeknallt und beobachtet am Fernseher den Urknall …

Der Urknall: Was hat geknallt?

Wir wollen uns nun der Frage zuwenden, was denn beim Urknall überhaupt geknallt hat. Unmittelbar im ersten Bruchteil einer Sekunde nach dem Beginn des Universums geschah etwas Merkwürdiges. Im ganzen Kosmos existiert das „Inflatonfeld“. Im Bruchteil einer Sekunde nach der Entstehung des Universums setzte dieses Inflatonfeld im Universum gewaltige Energiemengen frei. Die Energie führte zu einer plötzlichen gewaltigen Ausdehnung des gesamten Raums mit Überlichtgeschwindigkeit. Diese überlichtschnelle Ausdehnung steht aber nicht im Widerspruch zur Speziellen Relativitätstheorie. Letztere verbietet eine überlichtschnelle Bewegung eines Objekts im Raum. Sie gilt jedoch nicht für eine überlichtschnelle Ausdehnung des Raums selbst. Durch diesen Vorgang wurden im winzigen Bruchteil einer Sekunde alle Entfernungen um den unvorstellbar riesigen Faktor von mindestens 10^50 ausgedehnt. Diese Zahl „10 hoch 50“ entspricht einer Zahl mit sagenhaften 50 Nullen hinter der Eins, das sind:

100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 Zwei Punkte, die sich vor dieser abrupten Ausdehnung ganz nahe beisammen befunden haben, waren nachher auf einmal extrem weit voneinander entfernt.

Diese Phase der extrem raschen Expansion nennt man das inflationäre Universum oder auch nur einfach Inflation. Das dazugehörige Modell heißt Inflationstheorie. Das Wort Inflation bezeichnet diesen Vorgang sehr gut, weil Inflation im Lateinischen ein Sich-Aufblasen oder Aufschwellen bedeutet. Bei der Inflation hat sich das Universum beim Urknall in extrem kurzer Zeit gigantisch ausgedehnt, während die darauf folgende Ausdehnung des Universums bis heute im Vergleich dazu nur mehr sehr gemächlich erfolgte. Wir können zwar das inflationäre Universum nicht direkt beobachten, aber wir sehen sehr wohl die Auswirkungen der Inflation. Durch die Inflationstheorie lassen sich mehrere Beobachtungen von grundlegenden Eigenschaften unseres Universums erklären und einige kosmologische Probleme mit einem Schlag lösen.

Durch die Annahme des inflationären Universums konnte zunächst geklärt werden, dass der Kosmos über große Distanzen gleichmäßig ist. Natürlich ist das Universum in kleineren Maßstäben ungleichmäßig, da es ja Planeten, Sterne, Galaxien und Galaxienhaufen gibt. Wenn man über Milliarden von Lichtjahren mittelt, ist das Universum extrem homogen und es existieren überall die gleichen Strukturen, wie in Abbildung 22 dargestellt. Die gewaltige Ausdehnung durch die Inflation hat also das Universum geglättet, genau so wie die ursprünglichen Runzeln und Falten in einem Strudelteig durch das Auseinanderziehen geglättet werden.

Laut Quantentheorie gibt es immer wieder winzige Schwankungen oder Fluktuationen von physikalischen Größen. Nach der Inflation entstanden dadurch Bereiche mit unterschiedlicher Dichte im Universum. Das heißt, in manchen Gebieten war die Dichte nach der Inflation etwas größer als in deren Umgebung. Im darauf folgenden Ausdehnungsprozess des Universums wurden diese Dichteschwankungen im Weltall immer größer und führten Hunderte Millionen Jahre später schließlich zu den riesigen Strukturen der Galaxien und Galaxienhaufen. Man muss sich das so vorstellen, dass die Galaxien und Galaxienhaufen, die wir am Himmel sehen, die Abbilder von winzigen Bereichen sind, in denen die Dichte beim Urknall ein wenig größer war als in deren Umgebung.

Die Inflation kann aber noch etwas ganz anderes erklären. Sie ist der Grund dafür, dass es im Universum geknallt hat. Unter dem „Knall“ versteht man im Fall des Urknalls das Freisetzen der Energie. Nach dem Ende der kurzen Phase der Inflation verwandelte sich die gewonnene, aufgestaute Energie des Inflatonfeldes in Materie und Strahlung. Außerdem war die Inflation der Auslöser für die anschließende, bis heute andauernde Ausdehnung des Kosmos. Aufgrund der Inflation wurde also dem Universum der Kick gegeben, sodass es seither immer weiter expandiert.

Die Unordnung des chaotischen Zustands vor der Inflation wurde durch die Ausdehnung in einen Zustand großer Ordnung übergeführt. Stellen Sie sich vor, dass sich Ihr unaufgeräumter Schreibtisch auf einmal auf die Größe von Europa ausdehnen würde. Nun wären die auf Ihrem Schreibtisch verteilten Gegenstände, wie zum Beispiel Kugelschreiber, Bleistifte, Zettel, Bücher, Memos, auf einmal Hunderte Kilometer voneinander entfernt. Sie würden dann auch sagen, dass Ihr jetzt gigantisch großer Schreibtisch zwar nicht im Ganzen, aber in den Teilgebieten wesentlich geordneter ist. In diesem Sinne weist das aufgeblähte Universum auch eine größere Ordnung auf. Diese durch die Inflation hervorgerufene Ordnung präparierte so den Kosmos für die weitere anschließende Entwicklung der geordneten Strukturen im Universum, wie Galaxienhaufen, Galaxien, Sterne, Planeten und das Leben selbst. Dieser Ordnungszustand ist für die Entstehung unseres Lebens unbedingt notwendig. Zusammenfassend können wir sagen, dass die Theorie der Inflation eine unserer leistungsfähigsten Erklärungsansätze für unseren Kosmos darstellt.

Es gibt aber noch eine überraschende Wendung der Inflationstheorie, die vor allem auf den russisch-amerikanischen Kosmologen Andrei Dmitrijewitsch Linde (*1948) zurückzuführen ist. Linde gilt als einer der Mitbegründer der Inflationstheorie und ist der Entdecker der sogenannten chaotischen, ewigen Inflation. Viele Physiker halten diese Theorie für die überzeugendste Modellvorstellung der Inflation. Linde arbeitete vormals am russischen Lebedev-Physik-Institut, bevor er 1990 an die renommierte amerikanische Stanford-Universität in Kalifornien berufen wurde. Ich habe Andrei Linde das erste Mal 2001 bei einer Konferenz an der Universität Cambridge in Großbritannien getroffen, an der 30 führende Kosmologen, Astrophysiker, Astronomen, Kern- und Teilchenphysiker, aber auch Philosophen und Theologen teilnahmen, um die Frage zu diskutieren, inwieweit unser Universum für Leben abgestimmt ist und ob das alles Zufall sein kann oder nicht.

Bei diesem Treffen lernte ich durch Andrei Linde das Modell der chaotischen, ewigen Inflation näher kennen. Um welche Idee geht es in dieser Theorie? Es gibt keinen Grund, warum die Inflation, welche zu einer gigantischen Expansion des Universums führte, nur einmal im Urchaos auftreten sollte. Stattdessen hat Andrei Linde vorgeschlagen, dass das Inflatonfeld immer wieder in verschiedenen Gebieten des Urchaos auftreten kann, sodass inflationäre Ausdehnungen einsetzen. Es gibt dann beliebig viele weitere Urknalle, die in der Entstehung von verschiedenen, unendlich vielen Universen münden. Wenn das so ist, ist unser Universum nur eines von unendlich vielen, die als Blasen im Urchaos entstanden sind und immer weiter entstehen (Abb. 23). Man kann sich das Ganze wie einen sich rasch ausdehnenden Ozean voller Seifenwasser vorstellen, in dem immer wieder neue Blasen aus Seifenschaum gebildet werden. Dieses Modell, in dem jede dieser Blasen einem eigenen Universum entspricht, nennt man Multiversum-Hypothese.

Da die anderen Universen wahrscheinlich auf ewig von dem unseren getrennt sind, ist es schwer vorstellbar, wie wir dieses Multiversum jemals direkt überprüfen können. Doch diese Hypothese ist als theoretischer Rahmen faszinierend. Das Konzept des Modells der Inflation gibt, wie oben beschrieben, die wichtigsten Eigenschaften unseres Universums exzellent wieder und ist der Spitzenreiter der derzeitigen kosmologischen Theorien. Daher muss auch das Konzept des Multiversums, obwohl es bis jetzt nur ein spekulativer Ansatz ist, ernst genommen werden, und viele Wissenschaftler sind überzeugt, dass es auch wirklich in der Natur realisiert ist.

Oft wird argumentiert, dass die Multiversum-Hypothese nichts mehr mit Naturwissenschaften zu tun hat, weil sich diese ja nur mit beobachtbaren Effekten oder experimentell Zugänglichem befassen sollte. Daher stehen Naturwissenschaftler zu Recht extrem skeptisch – um nicht zu sagen: ablehnend – Theorien gegenüber, die sich nicht überprüfen lassen. Meiner Meinung nach gehören aber andere Universen schon jetzt zu dem eigentlichen Gebiet der Naturwissenschaften. Die Frage nach anderen Universen erscheint mir alles andere als absurd oder gar sinnlos, selbst wenn wir jetzt noch nicht eine Antwort darauf erwarten können. Die Idee des Multiversums wurde nicht nur so ausgedacht, gleichsam ohne irgendeine Begründung. Es gibt einen ernsthaften Hintergrund, nämlich die Inflation in unserem Universum. Und man kann sie auch widerlegen, wenn Beobachtungen die Inflationstheorie von Andrei Linde ausschließen sollten. Zum Beispiel hat man aus der Analyse der kosmischen Hintergrundstrahlung untersucht, ob diese Beobachtungen mit dieser Inflationstheorie im Widerspruch stehen. Das Ergebnis war, dass die Aussagen der Inflationstheorie tatsächlich hervorragend mit diesen Beobachtungen übereinstimmen.

Man kann die heutige Situation der Hypothese des Multiversums mit derjenigen vergleichen, als die Erde im Mittelalter noch nicht von Menschen umrundet war. Davor hatte es aber auch schon kluge Leute gegeben, die angenommen hatten, dass die Erde eine Kugel sei, weil durch die Krümmung der Erde bei einem Segelschiff zuerst die Segel erscheinen und dann erst allmählich das Schiff über dem Horizont auftaucht. Ähnlich können wir aus den Beobachtungen unseres eigenen Universums schließen, dass es durch beliebig viele Inflationsvorgänge ein Multiversum mit unendlich vielen unterschiedlichen Universen gibt.

Quantengravitation: Was war vor dem Urknall?

Die inflationäre Ausdehnung hat im ersten Bruchteil einer Sekunde nach dem Urknall stattgefunden. Wir brauchen aber jetzt eine Theorie, die unser Universum zusätzlich noch vor der Inflation, also wirklich zur Zeit der Entstehung, erklären kann. Nach unserer derzeitigen Theorie zur Beschreibung, der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein, müssten zum Zeitpunkt der Entstehung die Dichte und Temperatur gegen unendlich gehen. Eine unendliche Dichte und Temperatur sind aber sowohl für unser Verständnis als auch aus physikalischen Gründen nicht möglich. Dass nach der Allgemeinen Relativitätstheorie die Werte gegen unendlich gehen, zeigt vielmehr, dass offensichtlich diese Theorie in der Beschreibung an ihren Grenzen angelangt ist und nicht mehr gültig sein kann. Das ist in der Physik immer so: Wenn eine Theorie in einem bestimmten Bereich nicht realistische physikalische Werte ergibt, hat diese offensichtlich auch die Grenzen ihrer Gültigkeit erreicht. Daher eignet sich Einsteins Theorie nicht mehr, die Entstehung des Universums zu beschreiben. Der tiefere Grund dafür liegt darin, dass in der Allgemeinen Relativitätstheorie auch die Effekte der Quantentheorie berücksichtigt werden müssen.

Es ist notwendig, den Gegensatz zwischen den Gesetzen des Großen und des Kleinen bei der Entstehung unseres Kosmos zu überwinden und in einer einzigen harmonischen Theorie zusammenzuführen. Das Problem dieser größten Herausforderung der modernen Physik kann auch konkreter formuliert werden. Die neue Theorie der „Quantengravitation“ muss sowohl die Gesetze der Allgemeinen Relativitätstheorie als auch die der Quantentheorie vereinigen. Die Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt eine der vier grundlegenden Kräfte unseres Universums, die Gravitationskraft. Die Quantentheorie beschreibt die anderen drei Elementarkräfte. Vereinfacht gesagt kann die Gravitationskraft nicht in kleinste Portionen oder Quanten zerlegt werden, während das bei den anderen drei Kräften sehr wohl möglich ist. Das macht es so schwer, diese beiden Theorien zu vereinigen.

Wenn dieser wissenschaftliche Durchbruch einmal gelingt, wäre es möglich, das Universum auch bei dessen Entstehung zu beschreiben. Dies wäre auch die lang ersehnte, aber noch nicht gefundene „Theorie für Alles“, die im Prinzip unser gesamtes Universum beschreiben könnte. Jener Begriff ist ziemlich übertrieben, weil er nicht nur hochmütig klingt, sondern auch in die Irre führt. Für die meisten Naturwissenschaften wäre die Entdeckung einer endgültigen „Theorie für Alles“ gänzlich belanglos. Trotzdem: Wenn man jedoch immer weiter nach dem Warum fragt, landet man doch entweder bei der Theorie des Kleinen, das heißt bei der Teilchenphysik, oder bei der des Großen, das heißt bei der Kosmologie. Insofern hat der Name „Theorie für Alles“ doch seine Berechtigung.

An der Aufstellung einer gültigen Theorie der Quantengravitation arbeiten viele geniale Physiker schon seit Jahren, sind aber einer Lösung nicht sehr viel näher gekommen. Die Entwicklung dieser Theorie scheint eine besonders harte Nuss zu sein. Weil es aber jene Theorie noch nicht gibt, können Physiker auch nicht sagen, was genau am Anfang des Universums passiert ist. Wir können daher das Universum fast bis zu dessen Beginn beschreiben, aber eben nur fast. Es bestehen Ansätze und Fortschritte zu einer tragfähigen und vollständigen Theorie der Quantengravitation unter Verwendung von ziemlich unterschiedlichen Methoden und konkurrierenden Richtungen. Welche Ergebnisse haben wir in der Theorie der Quantengravitation bis jetzt erzielt?

Die ersten Formulierungen zu einer Quantengravitation stammen von James B. Hartle (*1939), Universität Kalifornien, und Stephen William Hawking (*1942), Universität Cambridge. In dieser „Hawking-Turok-Lösung“ ergibt sich der heutige Zustand des Universums als die Summe aller möglichen denkbaren Entwicklungen des Universums. In diesem Modell „ohne Grenzen“ gibt es auch keinen Anfang des Universums, ebenso wie auf einer Kugeloberfläche kein Punkt existiert, von dem diese Fläche ihren Anfang nimmt. Es hat sich jedoch gezeigt, dass das Modell des Universums von Hartle und Hawking auch Probleme mit sich bringt. Die von ihnen vorgestellte Lösung eines Universums „ohne Grenzen“ ist wie gesagt bereits etwas überholt. Stephen Hawking favorisiert im Moment eine modernere Version dieser Theorie als eine Möglichkeit für eine „Theorie für Alles“, die jedoch keine allgemeine Anerkennung gefunden hat.

Eine der gegenwärtig gängigsten Ansätze für diese Theorie ist die Superstringtheorie, oft auch nur Stringtheorie genannt. In diesem Modell wird vorausgesetzt, dass die Elementarteilchen, die in der herkömmlichen Elementarteilchenphysik als punktförmig angenommen werden, tatsächlich winzige schwingende Saiten, im Englischen eben „strings“, sind. Allerdings lassen sich die verschiedenen Stringtheorien nach bisherigem Kenntnisstand nur in bestimmten Dimensionen, wie zum Beispiel in einem zehn- oder elfdimensionalen Universum, formulieren. Wir leben aber in einem vierdimensionalen Universum mit den drei Raumdimensionen Länge, Breite und Höhe sowie einer Zeitdimension. Wo sind dann die anderen Dimensionen? Nun nimmt man in der Stringtheorie an, dass die Ausdehnungen dieser Dimensionen so winzig klein sind, dass wir sie einfach nicht beobachten können.

Mich stört an der Stringtheorie vor allem, dass die Mathematik dieser Theorie prinzipiell in ihren Möglichkeiten zur Beschreibung eines Universums extrem umfang- und variantenreich ist. Sie stellt ein mathematisches Konstrukt dar mit unzähligen Lösungsmöglichkeiten, die zumindest in die Tausende, wenn nicht viel mehr, gehen. Man findet daher auch viele unterschiedliche Versionen der Stringtheorie, die auf die Beschreibung unseres Universums angewandt werden könnten. Die Frage ist nur, welche dieser vielen Theorien im Universum auch wirklich realisiert sind. Das kann im Endeffekt nur durch Beobachtungen oder Experimente geklärt werden. Die Stringtheorie baut aber nicht wirklich darauf auf. So nimmt diese These unbewiesene Grundannahmen, wie die Existenz von zusätzlichen Dimensionen, an. Dafür gibt es aber derzeit keine beobachtbaren Hinweise. Kritiker der Stringtheorie behaupten auch, dass wissenschaftliche Ressourcen verwendet werden, die in keinem Verhältnis zu ihrer bisherigen wissenschaftlich gesicherten Ausbeute stehen. Die Stringtheoretiker hätten trotz des Einsatzes der fähigsten zeitgenössischen Physiker im letzten Vierteljahrhundert keine Aussagen geliefert, die überprüfbar gewesen wären.

Es gibt eine neue Theorie, die „Schleifen-Quantengravitation“, die mit weniger Hypothesen als die Stringtheorie auskommt und trotzdem Aussagen über den Anfang des Universums machen kann. Die Bezeichnung Schleifen-Quantengravitation folgt aus dem Umstand, dass in dieser Theorie schleifenförmige Strukturen in Raum und Zeit eine wichtige Rolle spielen. In der Schleifen-Quantengravitation wird versucht, die in der Allgemeinen Relativitätstheorie formulierte Geometrie von Raum und Zeit mit den Konzepten der Quantentheorie in Einklang zu bringen. In den extremen Bedingungen zu Beginn des Universums lassen sich die Vorgänge nicht mehr mit den klassischen Begriffen von Raum und Zeit beschreiben. Stattdessen verändern sich im Modell der Schleifen-Quantengravitation die Eigenschaften des Universums nicht fortlaufend kontinuierlich in der Zeit, sondern im Takt von aufeinanderfolgenden Zeitschritten.

Das Spannende an der Schleifen-Quantengravitation ist aber, dass in diesem Modell der Urknall nur ein Zwischenstadium darstellen könnte und das Universum immer wieder neu geboren werden kann. Gehen wir von einem bereits existierenden Universum aus, das sich gerade durch die Gravitationskraft wieder zusammenzieht. Dabei wird dieses Universum in einer Art umgekehrten Urknalls durch die Kontraktion extrem dicht. Bei diesen hohen Dichten setzt dann eine abstoßende Kraft durch Quanteneffekte ein, die schließlich die Gravitationskraft übertrifft und das Universum dazu zwingt, sich wieder auszudehnen.

Anstelle des Urknalls gäbe es demnach eine „Quantenfeder“ – in Analogie zu einer Feder, die zuerst zusammengedrückt wird und dann wieder auseinanderschnellt, nur dass im Universum Quanteneffekte diese Aufgabe übernehmen. In diesem Fall würden die physikalischen Größen beim Urknall auch nicht gegen unendlich gehen. Im Modell der Schleifen-Quantengravitation hätten wir dann jedenfalls ein Universum ohne Anfang. Das Weltall hätte immer schon existiert, und wir können auch Aussagen machen, was vor dem Urknall passierte. Falls sich jedenfalls die Quantengravitation als richtig herausstellen sollte, hätte Giordano Bruno mit seinen Überlegungen in einem weiteren Punkt recht behalten: Unser Universum würde dann tatsächlich von Ewigkeit zu Ewigkeit existieren.

Jedenfalls müsste eine endgültige „Theorie für Alles“, wie derzeit in Ansätzen die Stringtheorie oder Schleifen-Quantengravitation, auch auf jeden Fall die Inflation beinhalten. Ich würde sogar sagen, dass die Eigenschaft der Inflation eine der entscheidenden Prüfsteine für eine solche endgültige Theorie sein muss. Inwieweit und wie schnell das gelingen kann, steht heute noch in den Sternen.

Was passiert aber mit unserem Universum in der Zukunft? Wird es sich immer weiter auseinanderbewegen, oder wird es sich wieder zusammenziehen und ein weiteres, neues Universum bilden können? Dieser Frage werden wir im nächsten Abschnitt nachgehen.

Dunkle Energie: Ein kosmisches Rätsel

Die Überraschung war groß, als sich in den letzten Jahrzehnten herausstellte, dass unsere normale Materie nur etwa fünf Prozent des gesamten Materie- und Energiehaushalts im Universum ausmacht. Der Rest besteht jedoch aus etwas, das wir noch nicht erklären können, nämlich zu etwa 25 Prozent aus der im vorigen Kapitel besprochenen Dunklen Materie und zu ungefähr 70 Prozent aus „Dunkler Energie“. Die normale Materie – das ist der Stoff, aus dem wir geschaffen sind – schwimmt daher nur wie kosmisches Treibgut im kosmischen Ozean, der hauptsächlich aus Dunkler Materie und Dunkler Energie besteht.

Woher weiß man, dass es die Dunkle Energie geben muss? Normalerweise müsste man annehmen, dass aufgrund der Anziehung durch die Gravitationskraft, vor allem der Dunklen Materie, die Ausdehnung des Universums mit der Zeit abgebremst würde. Mehrere unabhängige Beobachtungen ergeben jedoch, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt. Diese Beschleunigung, welche die Anziehung durch die Gravitationskraft der Dunklen Materie überwindet, muss durch irgendeine Energiezufuhr geschehen. Wenn ein Auto einen Berg hinauf beschleunigt und damit die Schwerkraft der Erde überwindet, nehmen wir an, dass dies durch irgendeine Energie, im Fall des Autos durch den Motor, geschieht. Genau so ist es mit dem Universum: Um die Anziehung durch die Gravitationskraft der Galaxienhaufen zu überwinden und sogar noch zu beschleunigen, muss es irgendeine unbekannte Energie geben, die den Namen Dunkle Energie erhielt. Die Eigenschaft „dunkel“ bezieht sich darauf, dass die Träger dieser Energie nicht leuchten und somit dunkel sind.

Diese Eigenschaft teilt die Dunkle Energie mit der Dunklen Materie. Der Unterschied zwischen beiden besteht darin, dass die Dunkle Materie durch die anziehende Gravitationskraft zwischen den Galaxien die Auseinanderbewegung des Universums bremst, während die Dunkle Energie diese beschleunigt. Die Dunkle Energie entspricht also einer Art von Antigravitation, weil sie im Gegensatz zur Gravitation keine Anziehung, sondern eine Abstoßung bewirkt. Bei der Dunklen Materie verfügen wir zumindest über gewisse Hinweise, woraus diese bestehen könnte, während wir bis jetzt keine Ahnung haben, was die Dunkle Energie ist. Es stellt schon eine Ironie der Natur dar, dass die Dunkle Energie, die den größten Teil des Universums ausmacht, für uns offensichtlich auch am mysteriösesten ist und uns das größte Rätsel aufgibt.

Es gibt mehrere unabhängige Hinweise auf die Existenz der Dunklen Energie. Der erste ergab sich ab dem Jahr 1998 aus Beobachtungen von extrem heftigen Sternexplosionen in der Frühzeit des Universums. Genauer gesagt wurde die Leuchtkraft einer speziellen Art von explodierenden Sternen gemessen. Diese sogenannten Supernovae vom Typ I werden wir im nächsten Kapitel noch besprechen. Aus der Analyse dieser Explosionen kam man überraschenderweise zu einem neuen Schluss. Die Ausdehnung des Universums wird nicht wie angenommen durch die Anziehung der Gravitationskraft, vor allem der Dunklen Materie, im Lauf der Zeit immer weiter verlangsamt, sondern im Gegenteil beschleunigt sich der Ausdehnungsprozess durch die unbekannte Dunkle Energie.

Das Verhältnis der Stärken von Dunkler Materie und Dunkler Energie muss sich jedoch in der Geschichte des Universums geändert haben. Hatten wir es zunächst in den ersten zehn Milliarden Jahren nach dem Urknall durch die Oberhand der Dunklen Materie mit einer Abbremsung der Ausdehnung des Universums zu tun, kam es in den letzten vier Milliarden Jahren durch das Überwiegen der Dunklen Energie zu einer Beschleunigung. Dieser Wechsel der Dominanz von Dunkler Materie zu Dunkler Energie liegt daran, dass die Dunkle Materie durch die Ausdehnung des Universums immer mehr verdünnt und daher die Anziehung durch die Gravitationskraft immer schwächer wird. Die Dunkle Energie bleibt hingegen gleich. Deshalb wird in Relation die Dunkle Energie mit der Zeit immer stärker, bis sie schließlich vor etwa fünf Milliarden Jahren die Oberhand erlangte und die Abbremsung des Universums in eine Beschleunigung überging. Die normale, uns bekannte Materie spielt übrigens wegen ihrer Kleinheit von nur etwa fünf Prozent in diesem Wettkampf zwischen Dunkler Materie und Dunkler Energie kaum eine Rolle. Es ist schon komisch, dass die normale Materie, aus der wir und unsere Umwelt bestehen und die wir auch als Sterne und Galaxien beobachten können, so gänzlich unbedeutend in der Entwicklung und im Schicksal des Universums ist.

Man kann sich das Ganze wie einen Wettkampf bei einem kosmischen Tauziehen vorstellen: Auf der einen Seite versucht die Dunkle Materie das Universum zusammenzuziehen, während auf der anderen Seite die Dunkle Energie das Universum auseinanderzuziehen trachtet. In diesem Duell gewinnt zunächst die Dunkle Materie, mit der Zeit erlahmen jedoch ihre Kräfte und die Dunkle Energie gewinnt immer mehr an Boden. Man kann jedoch in dieser Analogie nur das sich hin- und herbewegende Tau beim Tauziehen beobachten, während die eigentlichen Akteure, die am Tau ziehen – nämlich die Dunkle Materie und Dunkle Energie –, unsichtbar sind.

Es gibt Erklärungsversuche über die Natur der Dunklen Energie, die aber in keiner Weise zufriedenstellend sind. Die einfachste Erklärung liefert die Quantentheorie, nach der überall im Universum im Vakuum für kurze Zeit Energie entstehen und gleich darauf wieder verschwinden kann. Diese Energie wird Vakuumenergie genannt, weil es diese selbst im Vakuum gibt, wo eigentlich nichts vorhanden sein sollte. Das kann man sich schwer vorstellen, aber wie sagte schon Niels Bohr (1885–1962), einer der Begründer der Quantentheorie: „Wer von der Quantentheorie nicht schockiert ist, der hat sie nicht verstanden.“ Jedenfalls wäre die Vakuumenergie die am nächsten liegende Erklärung der Dunklen Energie. Sie wäre dann einfach nichts anders als die Vakuumenergie. Wenn man die Größe dieser Energie jedoch berechnet, ergibt sich ein Wert, der um zumindest 55 Größenordnungen, also einer Eins mit 55 Nullen dahinter, im Vergleich zu den Beobachtungen zu groß ist. Das kann man getrost als den größten Fehler bezeichnen, der jemals in irgendeiner Berechnung der theoretischen Physik aufgetreten ist. Das spiegelt offensichtlich unsere Unkenntnis und Ignoranz gegenüber der Natur der Dunklen Energie wider.

Eine weitere Erklärung für die Dunkle Energie liefert ein hypothetisches Feld, welches das gesamte Universum ausfüllt und Quintessenz genannt wird. Der Name rührt von den antiken Griechen her, die glaubten, dass das „fünfte Element“ oder Äther den Kosmos jenseits der Erde ausfüllt. Es existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Theorien, die unter dem Begriff Quintessenz zusammengefasst werden. Es gibt aber keine experimentellen Nachweise für eine solche Quintessenz. Zusammengefasst liefert weder die Vakuumenergie noch die Quintessenz auch nur annähernd eine befriedigende Erklärung für die Dunkle Energie.

Es bestehen sogar neue Theorien, die behaupten, dass wir bei der Beobachtung der Beschleunigung des Universums einem Scheineffekt aufsitzen. Dies könnte dann eine Beschleunigung des Universums nur vortäuschen. Wenn aber keine Beschleunigung des Universums vorhanden ist, brauchen wir auch keine Dunkle Energie mehr zu ihrer Erklärung.

Wie wird sich das Universum in Zukunft weiterentwickeln? Nun, die Zukunft ist immer schwierig vorauszusagen, überhaupt für das gesamte Universum. Ehrlich gesagt wissen wir einfach noch nicht, ob sich das Universum immer weiter ausdehnt oder in ferner Zukunft wieder zusammenzieht. Wenn sich das Universum immer weiter ausdehnt, wird durch die Ausdehnung die Dichte der Materie immer weiter abnehmen. Nach hundert Milliarden Jahren sind dann alle Sterne ausgebrannt und erloschen. Neue Sterne werden wegen der inzwischen geringen Materiedichte nicht mehr gebildet. In unvorstellbar fernen Zeiten bilden sich galaktische Friedhöfe, nur mehr aus riesigen Schwarzen Löchern bestehend. Später zerfallen sogar die sonst stabilen Protonen, und nach ungezählten Milliarden Jahren verdampfen selbst die größten Schwarzen Löcher. In diesem Universum verbleibt dann lediglich eine dünne „Suppe“ von einzelnen Elementarteilchen, die ungezählte Lichtjahre voneinander entfernt sind. Dieser dunkle, kalte und leere Zustand bis in alle Ewigkeit ist eine eher düstere Aussicht für die Zukunft des Universums.

Eine andere Möglichkeit der Zukunft des Universums besteht darin, dass sich das Universum wieder zusammenzieht und in einer Art umgekehrten Urknalls implodiert. Wie oben im Modell der Schleifen-Quantengravitation oder auch in manchen Modellen der Stringtheorie beschrieben, könnte es zu einem weiteren Start des Universums, einem neuen Urknall kommen. Wir hätten es dann mit einem zyklischen Kosmos zu tun, in dem das Universum immer wieder neu geboren wird. In diesem Fall hätten wir es, wie bei der vorher erwähnten „Steady-State-Theorie“, mit einem ewigen Kosmos zu tun. Der Unterschied ist aber, dass in der „Steady-State-Theorie“ das Universum stets unveränderlich bleibt, während wir in der zyklischen Theorie das Universum als eine Aufeinanderfolge von einzelnen Urknallen darstellen. Die Version eines solchen zyklischen Universums würde mir am sympathischsten sein, weil sie nicht in einem Tod mündet, sondern der Kosmos immer wieder neu geboren und auch in Zukunft immer wieder entstehen wird.

Aber ob die Form des Endes des Universums mir oder sonst jemandem sympathisch ist oder nicht, ist für die Naturwissenschaft irrelevant. In diesem Fall muss man zur Kenntnis nehmen, dass uns auch die Naturwissenschaft zumindest heute noch nicht die Antwort gibt, was in der fernen Zukunft mit unserem Universum geschehen wird. Letzten Endes können aber Beobachtungen, zum Beispiel Erkenntnisse aus der Form der Hintergrundstrahlung, doch entscheiden, von welcher Art unser Universum ist. Wir werden in der Zukunft zwar noch weitaus mehr wissen, aber dabei auch nicht vor weiteren Überraschungen in der Beschreibung des Universums gefeit sein.

Ob unser Universum in Zukunft weiter expandieren wird, wie es die Form der Dunklen Energie heute nahelegt, oder wieder kontrahiert und in einer Art umgekehrten Urknalls wieder in sich zusammenfällt, ist genauso ungeklärt wie die Frage, ob wir in einem zyklischen Universum leben oder nicht. Die Naturwissenschaft ist jedenfalls den schwierigsten Fragen überhaupt auf der Spur, nämlich was vor dem Urknall war und wie dessen Zukunft aussieht. Es kann durchaus sein, dass wir diese Fragen demnächst lösen können. Es war jedenfalls ein weiter Weg vom vierten Jahrhundert nach Christus, als Augustinus auf die Frage, was Gott tat, bevor er die Schöpfung des Universums vollbrachte, die Antwort gab: „Bevor Gott Himmel und Erde erschuf, schuf er die Hölle für Leute wie dich, die solche Fragen stellen.“

Eine kurze illustrierte Reise durch das Universum

Abb. 1: Das Sonnensystem mit der Sonne und den acht Planeten. Die Planeten sind nach römischen Göttern benannt und heißen mit zunehmendem Abstand von der Sonne Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Im unteren Bild ist die Größe der Sonne und der Planeten zueinander richtig dargestellt. Allerdings sind die Entfernungen zwischen der Sonne und den Planeten viel zu gering gezeichnet.

Abb. 2: Die Sonne, im ultravioletten Licht aufgenommen. Man sieht, dass die Sonne keineswegs ein ruhiger Ort ist. Vielmehr erkennt man die unruhige und brodelnde Oberfläche sowie gewaltige Eruptionen, die weit über die Sonnenoberfläche hinausreichen.

Abb. 3: Merkur, der innerste Planet des Sonnensystems, ähnelt unserem Mond. Er besitzt wie dieser eine ausgeprägte raterlandschaft. Der Streifen im oberen Teil ist auf mangelnde Aufnahmedaten zurückzuführen.

Abb. 4: Venus ist mit einer dicken Wolkenschicht überzogen. Auf diesem Radarbild sieht man die Oberfläche dieses Planeten. Die Größe der Venus ist vergleichbar mit der Erde, allerdings besitzt die Venus ein extremes Treibhausklima mit Temperaturen von fast 500 Grad Celsius.

Abb. 5: Unser „Blauer Planet“, vom Weltall aus gesehen. Die blaue Farbe hat die Erde dem Wasser der Ozeane zu verdanken.

Abb. 6: Der Mars ist rötlich, weil das Eisen auf seiner Oberfläche vor sich hinrostet. Weiße Eiswolken sind an den Polen sichtbar. Auch gewaltige Staubstürme, wie zum Beispiel der graue Bereich rechts unten, lassen sich auf diesem Foto erkennen.

Abb. 7: Fotomontage zum Vergleich der Größe des Jupiters rechts mit der Erde links. In Wirklichkeit sind natürlich der Jupiter und die Erde weit voneinander entfernt. Die rot, weiß und braun gefärbten Wolkengürtel am Jupiter bewegen sich mit Hunderten Stundenkilometern, wodurch auch die Verwirbelungen zwischen ihnen entstehen. Der sogenannte Rote Fleck etwas links unterhalb der Mitte ist ein gigantischer Wirbelsturm, der schon seit Jahrhunderten tobt. Der Rote Fleck besitzt eine Ausdehnung, welche größer als die Erde ist.

Abb. 8: Der Planet Saturn mit seinem Ringsystem. Der Ring besteht aus vielen Teilen unterschiedlicher Größe, vom Staubkörnchen bis zu häusergroßen Gesteinsbrocken.

Abb. 9: Uranus ist nach Jupiter und Saturn der drittgrößte Planet im Sonnensystem. Er besteht hauptsächlich aus Gas.

Abb. 10: Neptun ist der äußerste Planet im Sonnensystem. Er besteht wie Uranus auch überwiegend aus Gas.

Abb. 11: Der Erdmond mit den weiten Ebenen und seiner Kraterlandschaft ist bis jetzt der einzige Himmelskörper, den Menschen außer der Erde betreten haben.

Abb. 12: Der Jupitermond Europa birgt unter seiner etwa 10 bis 20 Kilometer dicken Eisdecke wahrscheinlich den größten Ozean des Sonnensystems. Am Grund dieses Ozeans könnten sich vielleicht sogar außerirdische Lebensformen tummeln.

Abb. 13: Der Komet Hale-Bopp, der 1997 am Himmel stand, war der am häufigsten beobachtete Komet in der Menschheitsgeschichte.

Abb. 14: Der einer Kartoffel ähnelnde Asteroid Ida weist eine Länge von etwa 60 Kilometern auf. Dieser Asteroid besitzt sogar einen kleinen Mond mit dem Namen Dactyl. Sein mittlerer Durchmesser beträgt nur 1,4 Kilometer. Dactyl ist der erste bekannte Asteroidenmond.

Abb. 15: Künstlerische Darstellung unserer Milchstraße mit einer Ausdehnung von etwa 100.000 und einer Dicke von 2000 Lichtjahren. Die Spiralarme in der Scheibe bestehen aus Sternen, Gas- und Staubwolken, die sich um die breite, zentrale balkenförmige Ausbuchtung mit einer sehr großen Sternendichte winden. Die Sonne befindet sich am Rand eines Spiralarms etwas mehr als auf halbem Weg zwischen dem Zentrum und der äußeren Grenze der Milchstraße.

Abb. 16: Der Raum zwischen den Sternen ist nicht leer. Dort befinden sich ausgedehnte Gas- und Staubwolken. Im Bild sehen wir Säulen aus solchen Wolken im 7000 Lichtjahre entfernten Adlernebel. Diese Aufnahme wird auch als „Millionen-Dollar-Foto“ bezeichnet, weil sich die Öffentlichkeit durch das wunderschöne Bild auf einmal schlagartig für die Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops (Hubble Space Telescope, HST) zu interessieren begann.

Abb. 17: Die Andromeda-Galaxie ist neben der Milchstraße eine der großen Spiralgalaxien in der Lokalen Gruppe und in ihrer Form der Milchstraße ähnlich. Die beiden Zwerggalaxien, sichtbar als diffuse Flecken knapp links oberhalb und unterhalb der Galaxie, sind Begleitgalaxien der Andromeda-Galaxie.

Abb. 18: Die sogenannte Sombrero-Galaxie ist eine typische elliptische Galaxie ohne ausgeprägte Strukturen. An den Randbezirken der Galaxie sieht man ausgedehnte Staubwolken, welche rund um die gesamte Galaxie reichen.

Abb. 19: Die Kleine Magellansche Wolke ist eine irreguläre Zwerggalaxie und, ebenso wie die Große Magellansche Wolke, eine Begleitgalaxie unserer Milchstraße. Der portugiesische Seefahrer Fernando de Magellan hatte genügend Zeit, um den südlichen Sternenhimmel während seiner ersten Weltumsegelung zu beobachten, und entdeckte diese diffus leuchtenden Flecken.

Abb. 20: Der Galaxienhaufen Abell 1689 liegt zwei Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. Ein solcher Galaxienhaufen ist eine riesige Ansammlung von mehr als tausend Galaxien. Jeder der sichtbaren diffusen Flecken stellt eine Galaxie dar. Die dünnen Sichelbögen in der Mitte des Bildes entstehen dadurch, dass das Licht von noch weiter hinter den Galaxienhaufen befindlichen Galaxien durch die Gravitationsanziehung der Dunklen Materie, die den im Bild dargestellten Galaxienhaufen umgibt, wie bei einer dicken Linse abgelenkt und verzerrt wird.

Abb. 21: Diese dreidimensionale Karte stellt die Wolkengebilde der Dunklen Materie im All dar. Die Karte wurde erstellt aus der Beobachtung der Ablenkung des Lichts von dahinterliegenden Galaxien durch die Gravitationsanziehung der Dunklen Materie.

Abb. 22: Dieses Bild zeigt die Computersimulation eines 300 Millionen Lichtjahre großen Würfels des Universums mit 47 Millionen Teilchen, die durch die Gravitationskraft angezogen werden. Die Teilchen vereinigen sich in der Simulation vom Urknall bis heute zu den im Bild sichtbaren Strukturen. Genau diese Strukturen können wir heute im Universum auch tatsächlich beobachten. Dazu gehören die im Bild erkennbaren wabenförmigen, filamentartigen Strukturen der Galaxien und Galaxienhaufen (hellere Bereiche) und die dazwischenliegenden riesigen Hohl- oder Leerräume (dunklere Bereiche). Diese Strukturen ergeben sich in den Simulationen aber nur, wenn man annimmt, dass es die Dunkle Materie gibt und diese etwa fünf Mal so häufig ist wie die normale sichtbare Materie.

Abb. 23: In der Multiversum-Hypothese nimmt man an, dass unser Universum nur ein Teil von einer sogar unendlichen Anzahl verschiedener Universen ist. Nur eine einzige Blase in diesem Bild würde dann unserem eigenen Universum entsprechen, alle anderen Blasen stellen andere Universen dar. Man kann sich das Multiversum als einen sich rasch ausdehnenden Ozean voll Seifenwasser vorstellen, in dem immer wieder neue Blasen aus Seifenschaum gebildet werden.

Abb. 24: Die kosmische Hintergrundstrahlung, die uns aus allen Richtungen des Himmels erreicht, weist minimale Schwankungen in der Wellenlänge von etwa 0,001 Prozent auf, je nachdem aus welcher Richtung sie vom Himmel kommt. Im blauen Bereich ist die Wellenlänge etwas kleiner, in den roten Bereichen etwas größer. Die Schwankungen der kosmischen Hintergrundstrahlung entstanden durch die Dichteunterschiede zum Zeitpunkt der Aussendung dieser Strahlung etwa 400.000 Jahre nach dem Urknall. Dieses Bild wurde vom amerikanischen Satelliten Microwave Anisotropy Probe (WMAP) aufgenommen.

Abb. 25: Der Orionnebel in unserer Milchstraße ist eine mächtige Gas- und Staubwolke, nur rund 1500 Lichtjahre von uns entfernt. Es ist die uns am nächsten gelegene Region, in der Sterne geboren werden. In dieser „Sternenfabrik“ befinden sich zumindest 2300 junge Sterne, die erst vor Kurzem entstanden sind.

Abb. 26: Der Stern Beteigeuze ist ein Roter Riesenstern mit einem 600-fach größeren Radius als unsere Sonne. In unserem Sonnensystem würde Beteigeuze bis zur Jupiterbahn reichen. Er ist der einzige Stern, abgesehen natürlich von unserer Sonne, der wegen seiner Größe und seiner Nähe nicht als Lichtpunkt, sondern, durch ein Riesenteleskop betrachtet, als Scheibe erscheint. Innerhalb der nächsten 100.000 Jahre wird Beteigeuze als Supernova enden. Wann genau dieses Ereignis eintritt, ist nicht bekannt. Auf jeden Fall wäre diese Supernova auf der Erde unübersehbar und würde so hell strahlen wie der Vollmond.

Abb. 27: Die Entstehung von Kohlenstoff in Roten Riesensternen. Oben: Bei der Verbrennung von Helium im Zentrum der Roten Riesensterne werden die für das Leben unbedingt notwendigen Elemente Kohlenstoff und Sauerstoff erzeugt. Unten: Die Erzeugung von Kohlenstoff in Roten Riesensternen geschieht durch den sogenannten Tripel-Alpha-Prozess, bei dem sich zunächst zwei Heliumkerne zu einem Berylliumkern vereinigen. Dieser zerfällt normalerweise im Bruchteil einer Sekunde zurück in die zwei Heliumkerne. Gelegentlich fängt jedoch der Berylliumkern einen dritten Heliumkern ein. Auf diese Weise entsteht ein Kohlenstoffkern.

Abb. 28: Der Helixnebel ist der zur Erde nächstgelegene Planetarische Nebel. Dieser besteht aus einer vom Stern vor etwa 10.000 Jahren abgestoßenen Hülle. Der Punkt genau im Zentrum ist der Weiße Zwerg, der übrig gebliebene zentrale Teil des ursprünglichen Sterns.

Abb. 29: Der Krebsnebel, eine sich rasch ausdehnende Gaswolke in unserer Milchstraße, ist das Überbleibsel der Supernova im Jahr 1054. Im Zentrum des Krebsnebels befindet sich ein Pulsar, ein um sich selbst drehender Neutronenstern. Seine Strahlungspulse mit einer Periode von 33 Tausendstel Sekunden können wir auf der Erde im Radiobereich beobachten.

Abb. 30: Fiktive Darstellung eines Exoplaneten, der nicht um unsere Sonne, sondern um drei andere Sonnen weit weg von der Erde kreist. Zwei dieser Sonnen sind auf diesem Planeten schon aufgegangen, während sich die dritte, rote Sonne gerade über den Bergen erhebt.

Abb. 31: Die Brunnenstube in Maulbronn, dem ältesten erhaltenen Kloster nördlich der Alpen. In jedem der oberen Teile der Fenster kann man den speziellen Zustand des Kohlenstoffkerns erkennen, der das Nadelöhr für das Leben darstellt. Denn ohne diesen Zustand wäre Leben im Universum extrem unwahrscheinlich.

Abb. 32: Stephen William Hawking und der Autor des Buches in Cambridge, 2001

Das Leben der Sterne

Die Entstehung der Elemente: Wir alle sind Sternenstaub

Eine überraschende Tatsache ist, dass der Mikrokosmos und der Makrokosmos zusammenhängen, das heißt, dass offensichtlich das ganz Kleine mit dem ganz Großen im Universum auf das Engste in Beziehung steht. Wir Menschen befinden uns praktisch in der Mitte zwischen dieser Mikro- und Makrowelt. Diesen Zusammenhang erkennt man am besten in meinem engeren wissenschaftlichen Arbeitsgebiet, der „Nuklearen Astrophysik“.

Auf der einen Seite erzeugen die Prozesse zwischen den Atomkernen im sogenannten nuklearen Brennen die notwendige Energie, sodass die Sterne leuchten und unsere Sonne scheint. Das nukleare Brennen produziert Energie durch Verbrennung von Atomkernen zum Unterschied von der herkömmlichen Verbrennung von chemischen Substanzen. Bei der nuklearen Verbrennung wird rund eine Million Mal mehr Energie freigesetzt als bei irgendeinem chemischen Prozess, sei es nun eine Verbrennung oder eine Explosion. Bei einer Atombombe kann mit einigen Dutzend Kilogramm Uran eine ganze Stadt in Schutt und Asche gelegt werden, die bei der gleichen Menge eines chemischen Brennstoffs gerade einmal für ein schönes Feuer reicht. Beim nuklearen Brennen in der Sonne werden in jeder Sekunde 584 Millionen Tonnen Wasserstoff zu Helium verbrannt und somit auch die notwendige Energie für das Leben auf der Erde erzeugt.

Auf der anderen Seite – und noch viel aufregender und faszinierender – wurden und werden in den Sternen die Elemente erzeugt, die Leben im Universum überhaupt erst ermöglichen. Wir sind also mit den entferntesten Orten und Zeiten im Universum nicht nur durch unsere Vorstellungskraft verbunden, sondern auch durch die Elemente, welche unsere Umwelt und uns selbst aufbauen. Diese im Inneren der Sterne entstandenen Elemente sind die Bausteine der Planeten, wie unserer Erde, und auch aller Lebewesen. Ohne die Produktion der Elemente in Sternen wäre unser Universum eine langweilige verdünnte Gaswolke, bestehend fast ausschließlich aus den beiden Gasen Wasserstoff und Helium, die schon beim Urknall erzeugt wurden. Die Sterne sind also die Hexenküchen, in deren heißem Inneren die chemischen Elemente zusammengebraut wurden und werden.

Der Kohlenstoff in unseren Organen und Geweben, das Kalzium in unseren Knochen, das Eisen in unserem Blut, der Sauerstoff im Wasser des Körpers – alle diese für das Leben notwendigen Elemente in unseren Körpern wurden in Sternen erzeugt. Wir sind im Endeffekt alle Sternenkinder, somit das Erbe von längst vergangenen Sternen. Wenn Sie also zu Ihrer oder Ihrem Liebsten sagen: „Du bist mein Stern!“, haben Sie vollkommen recht, weil wir im wahrsten Sinne des Wortes aus Sternenstaub bestehen. Von den vielen neueren Erkenntnissen, die unser Bild vom Universum entscheidend verändert haben, ist wohl dieser Zusammenhang zwischen dem Leben und unseren modernen physikalischen Ergebnissen und Erkenntnissen über den Aufbau und die Entwicklung des Universums eine der faszinierendsten Einsichten.

Um die Entstehung der Elemente im Urknall, im Weltall und in Sternen zu verstehen, müssen wir uns nun den winzigen Atomkernen zuwenden. Bevor wir weiter fortfahren, wollen wir wesentliche Erkenntnisse der Kernphysik zusammenfassen:

1. Der Atomkern befindet sich im Zentrum des Atoms und besteht aus positiv geladenen Protonen und nicht geladenen Neutronen und ist von den negativ geladenen Elektronen in der Atomhülle umgeben.

2. Die Anzahl der Protonen im Atomkern und die entsprechende Anzahl der Elektronen in der Atomhülle bestimmen das Element. Ein Proton im Atomkern ergibt Wasserstoff, zwei Protonen im Atomkern ergeben Helium, drei Protonen Lithium, vier Beryllium, fünf Bor, sechs Kohlenstoff, sieben Stickstoff, acht Sauerstoff und so weiter bis zum schwersten vorkommenden Element Uran mit 92 Protonen im Atomkern.

3. Im Atomkern befindet sich fast die gesamte Masse des Atoms, weil die Protonen und Neutronen etwa 2000 Mal so schwer sind wie die Elektronen in der Atomhülle.

4. Durch Kernreaktionen werden Atomkerne in andere Atomkerne umgewandelt.

5. Zwei wichtige Typen von Kernprozessen sind Kernfusion und Kernspaltung. Bei der Kernfusion verschmelzen Atomkerne zu einem neuen Kern. Bei der Kernspaltung zerfällt ein Atomkern in zwei neue Atomkerne.

6. Sowohl bei der Kernfusion als auch bei der Kernspaltung wird Energie freigesetzt. Das geschieht durch die Umwandlung von Masse der Atomkerne in Energie.

7. Kernreaktionen sind Prozesse, bei denen bei Zusammenstößen von zwei Atomkernen diese in andere Atomkerne umgewandelt werden. Derartige Reaktionen finden bei den hohen Temperaturen und Dichten, wie sie beim Urknall oder im Inneren der Sterne herrschen, statt.

Das Hauptgebiet der Nuklearen Astrophysik, also der Vereinigung von Kernphysik und Astrophysik, ist die „Nukleosynthese“. Darunter versteht man, dass die in der Natur vorkommenden Elemente beim Urknall, im Weltall oder in den Sternen erzeugt werden.

Wir wollen uns erst der Frage zuwenden, warum manche Elemente häufiger vorkommen als andere. Betrachten wir zuerst unseren Heimatplaneten, so stellen wir fest, dass der Erdkern hauptsächlich aus Eisen besteht, während in der Erdkruste vor allem Sauerstoff, Silizium und Aluminium vorkommen. In der Atmosphäre wiederum sind die beiden Elemente Stickstoff und Sauerstoff am häufigsten. Der Mensch ist wieder ganz anders zusammengesetzt. Er besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Sauerstoff in der Form von Wasser, Kohlenstoff und Stickstoff. Der Mensch ist also ein Wasserwesen, weil er ja zu etwa 70 Prozent aus Wasser besteht. Wenn wir jedoch ins Weltall blicken, sehen wir, dass alle diese Häufigkeitsverteilungen auf unserer Erde äußerst untypisch sind. Im Weltall dominieren bei Weitem Wasserstoff und Helium. Von tausend Atomen im Universum sind im Mittel 900 Wasserstoffatome und 99 Heliumatome. Nur ein einziges von den tausend Atomen ist ein anderes Atom. Es verwundert schon, dass die meisten Elemente, die für den Aufbau unserer Erde oder auch des Lebens dominierend sind, eine ziemlich unbedeutende Rolle im Universum spielen.

Die drei leichtesten Elemente in unserem Universum – Wasserstoff, Helium und etwas Lithium – entstanden bald nach dem Beginn des Universums. Diese Elemente wurden in der sehr heißen und dichten Ursuppe in den ersten drei Minuten unseres Kosmos zusammengebraut. Die berechneten mittleren Häufigkeiten der im Urknall entstandenen leichtesten Elemente, vor allem das Verhältnis von Helium zu Wasserstoff, stimmen hervorragend mit den Beobachtungen überein. Diese Übereinstimmung ist neben der bereits früher besprochenen Galaxienflucht und der Hintergrundstrahlung der dritte wichtige Hinweis, dass es den Urknall tatsächlich gegeben hat. Durch die Ausdehnung des Universums nahmen die Dichte und die Temperatur des Universums beim Urknall aber so rasch ab, sodass sich nicht mehr alle schwereren Elemente bilden konnten.

Auch in den Gas- und Staubwolken im Weltall entstehen leichte Elemente durch das Bombardement der im Weltraum auftretenden sogenannten kosmischen Strahlung. Unter der kosmischen Strahlung versteht man hochenergetische Atomkerne, die sich im interstellaren Raum bewegen. Ein endgültiges Modell, woher die kosmische Strahlung kommt und wie sie auf so große Energien beschleunigt wird, fehlt noch. Wahrscheinlich ist der Ursprung der kosmischen Strahlung auf Sternexplosionen zurückzuführen. Die Atomkerne der kosmischen Strahlung treffen auf ihrem Weg durch das Weltall auf die dort befindlichen Atomkerne der Gas- und Staubwolken, wobei durch Absplitterung von Atomkernen leichtere Elemente, wie Lithium, Beryllium und Bor, entstehen.

Alle anderen außer den vorher genannten fünf leichtesten Elementen sind jedoch in den Schmelzöfen der Sterne entstanden. Dazu gehören die 90 natürlich vorkommenden Elemente, wie zum Beispiel Kohlenstoff, Sauerstoff, Silizium, Eisen, Gold, Platin, Blei oder Uran. Im Endstadium der Sterne wurden die so gebildeten Elemente durch die von den Sternen weggerichteten Winde in das Weltall geblasen oder durch gewaltige Explosionen dorthingeschleudert. So haben die Sterne auf diese Weise die im Weltall befindlichen Wolken mit den in ihnen gebildeten Elementen angereichert. Sterne sind also richtige „Umweltverschmutzer“, weil sie in der Nähe im Weltall befindliche Gas- und Staubwolken mit den von ihnen erzeugten Elementen „verunreinigen“. Im besprochenen modernen astrophysikalischen Szenario ist unsere Sonne zusammen mit den Planeten vor ungefähr 4,5 Milliarden Jahren aus einer Gas- und Staubwolke entstanden, in der als Folge des nuklearen Brennens die in früheren Generationen von Sternen bereits erzeugten schwereren Elemente enthalten waren. Schließlich entwickelte sich aus diesen Elementen zumindest an einer Stelle des Universums, nämlich unserer Erde, das Leben.

Das lange Leben der Sterne: Vom Protostern zur Supernova

Wenn wir die Sonne und die anderen Sterne am Himmel beobachten, scheinen sie sich nicht zu verändern und ewig zu leben. In Wirklichkeit werden sie wie Lebewesen geboren, leben eine Zeit lang und sterben dann. Allerdings ist die Lebensdauer von Sternen ungleich länger als die von Lebewesen. Sterne leben nämlich je nach ihrer Größe Millionen bis Milliarden Jahre. Massereichere Sterne verbrauchen ihren Kernbrennstoff um ein Vielfaches rascher und leuchten deshalb auch wesentlich heller. Sie beenden daher auch ihr Leben relativ schnell innerhalb von Millionen Jahren, während masseärmere Sterne viele Milliarden Jahre alt werden können. Sterne mit Massen unterhalb von acht Prozent der Sonnenmasse haben eine zu geringe Temperatur und Dichte in ihrem Zentrum, sodass das nukleare Brennen nicht richtig zünden kann. Diese nur ganz schwach leuchtenden kleinen Sterne werden als „Braune Zwerge“ bezeichnet. Sterne mit mehr als hundert Sonnenmassen sind selten.

Die ersten Sterne und Galaxien entstanden bereits in weniger als einer Milliarde Jahren nach dem Urknall und werden seither immer wieder im Weltall geboren. Sie bilden sich aus Gas- und Staubwolken (Abb. 25), in denen sich Bereiche aufgrund der Gravitation zunächst zusammenziehen. Innerhalb von etwa einer halben Million Jahren erhöhen sich beim Zusammenziehen die Temperatur und Dichte im Zentrum. Ein einziger isolierter Stern bildet sich dabei selten, sondern es entstehen gleich mehrere Sterne gleichzeitig aus einer sich zusammenziehenden Gas- und Staubwolke. Zunächst bildet sich ein Protostern, der durch den Massezuwachs aus der ihn umgebenden Wolke immer größer und dichter wird. Schließlich werden im Zentrum des Protosterns der Druck und die Temperatur so groß, dass das nukleare Brennen zündet. Ein Stern ist geboren und beginnt zu leuchten.

Die meiste Materie vereinigt sich dabei im Zentrum der sich zusammenziehenden Wolke und bildet den Stern. In der um den Stern befindlichen Scheibe beginnen sich die Staubteilchen zu verkleben, die durch Aufsammlung und Zusammenschluss weiterer Materie zuerst zu Klümpchen und Brocken anwachsen. Diese werden immer größer, bis sie schließlich zu der Größe von Planeten anwachsen. In vielen Fällen, wie zum Beispiel auch in unserem Sonnensystem, bildet sich aus einer Gas- und Staubwolke im Weltall eine zentrale Sonne mit einem ganzen Planetensystem.

Das nukleare Brennen in Sternen ist sowohl für die ungeheure Energieproduktion der Sterne als auch für die Erzeugung der überwiegenden Anzahl der chemischen Elemente verantwortlich. Dieses erfolgt in mehreren Schritten oder Brennstadien. Sobald die Temperatur und Dichte genügend groß geworden sind, zündet im Inneren der Sterne zunächst das Wasserstoffbrennen, wobei Wasserstoffkerne durch Kernreaktion bei Temperaturen von einigen zehn Millionen Grad zu Heliumkernen verbrannt werden. Die meiste Zeit ihres Lebens verbrennen Sterne wie auch unsere Sonne Wasserstoffkerne zu Heliumkernen. In der Sonne erfolgt das Wasserstoffbrennen seit 4,5 Milliarden Jahren. Sie hat bis jetzt etwas weniger als die Hälfte ihres Wasserstoffs verbraucht. Es wird noch weitere 6,5 Milliarden Jahre dauern, bevor der Wasserstoff in der Sonne zur Neige geht.

Im letzten Zehntel der Lebensspanne eines Sterns, also gegen Ende seines Lebens, ist der Wasserstoff in seinem Inneren verbraucht. Dann bleiben im Zentrum des Sterns nur mehr Heliumkerne als Asche des Wasserstoffbrennens übrig. Das Sternzentrum zieht sich nun weiter langsam zusammen, wobei die Temperatur und die Dichte im Zentrum allmählich zunehmen. Um diese Temperaturerhöhung zu kompensieren, dehnt sich der Stern aufgrund des dadurch entstehenden inneren Drucks um mehr als das Hundertfache aus. Tatsächlich ist diese Expansion eines Sterns in diesem Stadium so stark, dass sich als Folge die Oberflächentemperatur des Sterns verringert, wodurch sich wieder die Farbe des Sterns in den roten Bereich verschiebt. Darum und auch wegen der großen Ausdehnung werden Sterne in dieser Endphase Rote Riesensterne oder kurz Rote Riesen genannt (Abb. 26).

Auch unsere Sonne wird sich am Ende ihres Lebens in etwa sechs Milliarden Jahren gewaltig aufblähen und in einen Roten Riesen verwandeln. Dabei verschlingt sie zunächst die beiden innersten Planeten im Sonnensystem, den Merkur und die Venus. Die Sonne wird sich sogar fast bis zur Erde ausdehnen. Auf der Erde wird dann am Tag die Sonne den Großteil des Himmels einnehmen. Die Erdoberfläche wird dann aufgrund der hohen Temperatur der nahen Sonne von einigen tausend Grad in einen geschmolzenen und schließlich verdampfenden Lavasee verwandelt.

Das Wasserstoffbrennen liefert wieder nur wie beim Urknall Elemente bis zum Helium. Erst im Altersstadium der Roten Riesen sind, abgesehen von den fünf leichtesten Elementen, alle anderen Elemente im Universum entstanden. Das liegt daran, dass die Sterne erst im Stadium der Roten Riesen die notwendigen Temperaturen von einigen Milliarden Grad, also etwa hundert Mal höher als beim Wasserstoffbrennen, erreichen. Dabei wird im Zentrum des Sterns das aus dem Wasserstoffbrennen entstandene Helium zuerst zu Kohlenstoff und dann weiter zu Sauerstoff verbrannt. Diese Brennphase bezeichnet man als Heliumbrennen. Die Entstehung der nächsten schwereren Elemente scheint aber im Heliumbrennen nicht möglich zu sein, weil die Reaktion des Heliumkerns sowohl mit dem Wasserstoffkern als auch mit einem weiteren Heliumkern einen sehr instabilen Atomkern ergibt, der extrem rasch wieder zerfällt.

Wie konnten dann aber die schwereren Elemente entstehen? Die Antwort auf dieses Dilemma gibt der „Tripel-Alpha-Prozess“. Der Name rührt daher, dass in diesem Prozess drei Heliumkerne, die auch Alphateilchen heißen, beteiligt sind. Dieser Prozess läuft in Roten Riesensternen in zwei Stufen ab (Abb. 27). Zunächst bildet sich in der ersten Stufe aus zwei Heliumkernen ein Berylliumkern. Danach fängt der Berylliumkern einen weiteren Heliumkern ein, sodass schließlich ein Kohlenstoffkern entsteht. Das Problem ist nun, dass der Berylliumkern nur ein Millionstel einer Milliardstel Sekunde existiert, bevor er wieder in zwei Heliumkerne zerfällt. Das bedeutet, dass das Einfangen des dritten Heliumkerns praktisch sofort erfolgen muss, weil sonst der Berylliumkern längst schon wieder zerfallen wäre.

Dies führte im Jahr 1952 zu einer bemerkenswerten Vorhersage des britischen Astrophysikers Fred Hoyle (1915–2001). Er prophezeite, dass es eine ganz spezielle Anordnung des Kohlenstoffkerns geben muss, der wesentlich rascher aus dem Berylliumkern und dem dritten Heliumkern gebildet werden kann. Trotz der extrem kurzen Lebensspanne des Berylliumkerns können dann beträchtliche Mengen von Kohlenstoff entstehen. Diese Anordnung des Kohlenstoffkerns ist nicht der normale Zustand des Kohlenstoffkerns im Grundzustand, sondern ein etwas energiereicherer Zustand, der fast ausschließlich nur aus drei Heliumkernen aufgebaut ist. Auf Drängen von Fred Hoyle, diesen Zustand auch experimentell nachzuweisen, wurde dieser tatsächlich durch den späteren Nobelpreisträger Willy Alfred Fowler (1911–1995) im Jahr 1953 am California Institute of Technology auch gefunden. Ein Teil des Kohlenstoffs wird dann weiter durch das Einfangen eines weiteren Heliumkerns zu Sauerstoff verbrannt. Auf diese Weise sind also im Heliumbrennen die für das Leben essenziellen Elemente des Kohlen- und Sauerstoffs entstanden. Welche Bedeutung die Entstehung von Kohlenstoff und im Speziellen die Voraussage von Fred Hoyle für meine Forschungen und die daraus entstehenden Konsequenzen für die Feinabstimmung des Universums hatten, werde ich im letzten Kapitel dieses Buches erzählen.

In Sternen, die bis zu etwa acht Sonnenmassen besitzen, werden die Temperaturen für die weiteren nuklearen Brennstadien nicht erreicht, und das nukleare Brennen hört auf. Im Endstadium ihres Lebens stoßen die Sterne ihre äußere Hülle ab. Diese vom Stern weggeblasene Materie breitet sich im Weltall aus und wird dann „Planetarischer Nebel“ genannt (Abb. 28). Diese Nebelwolken haben nichts mit Planeten zu tun, wurden aber teilweise in den einfachen Fernrohren früherer Astronomen für solche gehalten. Deshalb haben die Wissenschaftler damals geglaubt, dass sich dieser Nebel in unserem Sonnensystem befindet, und ihn Planetarischer Nebel genannt. Der innere Teil des Sterns bleibt als „Weißer Zwerg“ übrig (Abb. 28). Dieser Sterntyp ist zwar sehr klein, hat aber eine sehr heiße Oberfläche. Seine Oberflächentemperatur beträgt anfangs zwischen 10.000 und 100.000 Grad, was seine weiße Farbe zur Folge hat, während zum Beispiel die Sonnenoberfläche nur etwa 6000 Grad erreicht. Da Weiße Zwerge über keine Energiequelle mehr verfügen, kühlen sie anschließend langsam ab und enden dann nach Millionen bis Milliarden von Jahren als „Schwarze Zwerge“.

Für Sterne mit Massen über acht Sonnenmassen folgen nach dem Heliumbrennen weitere Brennstadien, wie das Kohlenstoff-, Neon-, Sauerstoff- und Siliziumbrennen. Dabei entsteht ein großer Teil der in unserem Universum existierenden Elemente. Wenn der Brennstoff einer nuklearen Brennphase im Stern erschöpft ist, wird der nach außen gerichtete Druck schwächer. Diese Situation ähnelt einem Kochtopf, bei dem der Druck auf den Deckel nachlässt, wenn man die Herdplatte abdreht. Der Stern zieht sich dann aufgrund seiner Schwerkraft so lange zusammen, bis durch die Aufheizung des Zentrums die nächste nukleare Brennphase einsetzt. Dabei bildet jeweils die Asche der vorhergegangenen Brennphase den Brennstoff für die darauf folgende. Zum Beispiel ist der Kohlenstoff, der im Heliumbrennen erzeugt wird, der Brennstoff für das darauf folgende Kohlenstoffbrennen. In den fortgeschrittenen nuklearen Brennstadien werden immer schwerere Elemente erzeugt. Sterne erhalten mit der Zeit eine innere Schalenstruktur wie eine Zwiebel. Im äußersten Bereich findet das Wasserstoffbrennen statt, weiter innen folgt in der nächsten Schicht das Heliumbrennen, dann das Kohlenstoff-, Neon-, Sauerstoff- und Siliziumbrennen.

Im Inneren eines massereichen Sterns entsteht durch das Siliziumbrennen schließlich ein Eisen-Nickel-Kern. Nach dem Ende des Siliziumbrennens ist kein Brennstoff mehr vorhanden. Somit gibt es keinen nach außen gerichteten Druck mehr. Wegen der Gravitationsanziehung stürzt der gesamte Stern in sich zusammen und implodiert. Im Zentrum des Sterns erreicht die Dichte einen Wert, der bis zu einer Billiarde größer ist als in gewöhnlichen Körpern. Ein Großteil der Materie wird dadurch im Zentralgebiet des Sterns reflektiert und wieder nach außen geschleudert. Dieser Vorgang ist analog zu einer steifen Feder, die zusammengedrückt und dann wieder losgelassen wird. Die Geschwindigkeit der Materie ist so groß, dass die Materie weit in das Weltall hinausgeschleudert wird. Wir nennen eine solche Sternexplosion eine Supernova vom Typ II (Abb. 29). In der ersten Sekunde einer derartigen Sternexplosion kann diese so hell leuchten wie eine ganze Galaxie, also wie Hunderte Milliarden Sterne. Während der Explosion einer Supernova entstehen noch die schwersten und seltensten Elemente im Universum, wie zum Beispiel Gold, Silber, Blei oder Uran. Der innerste Teil des Sterns bleibt nun als ein Himmelskörper höchster Dichte übrig. Hiervon sind uns wieder zwei Möglichkeiten bekannt, entweder ein Neutronenstern oder sogar ein Schwarzes Loch.

Zusammengefasst passiert also bei einem sterbenden Stern Folgendes: Wenn der Energievorrat eines massearmen Sterns zu Ende geht, stößt er die äußeren Schichten ab und wird als Planetarischer Nebel sichtbar. Sehr massereiche Sterne hingegen explodieren als Supernova. Durch beide Prozesse werden die Wolken im Weltall durch die ins All geschleuderten Überreste immer weiter mit den in den Sternen erzeugten Elementen angereichert. Zuletzt bleibt nur noch das Zentrum des ausgebrannten Sterns über: ein Weißer Zwerg, ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch.

Diese Sternleichen sind außergewöhnliche Himmelsobjekte. Zunächst stellen Weiße Zwerge die extrem heißen, dichten Teile des Zentralgebiets eines Sterns dar, die durch die Abstoßung ihrer äußeren Schichten des Sterns freigelegt worden sind. Ein Teelöffel Materie eines Weißen Zwergs wiegt bereits eine Tonne.

Noch seltsamer sind Neutronensterne. Sie haben einen Radius von nur etwa zehn Kilometern. Ein Neutronenstern ist jedoch eine Billiarde Mal dichter als zum Beispiel Wasser. Ein Teelöffel von der Materie eines Neutronensterns würde auf der Erde über hundert Millionen Tonnen wiegen. Das würde dem Gewicht von zwanzig Cheopspyramiden entsprechen. Fast alle Neutronensterne drehen sich um ihre eigene Achse. Schnell rotierende Neutronensterne, die bis zu tausend Mal pro Sekunde um ihre eigene Achse rotieren können, heißen Pulsare. Sie besitzen ein starkes Magnetfeld, das sich mit dem Neutronenstern mitdreht und strahlenartig Radiowellen, sichtbares Licht und Röntgenstrahlung aussendet. Wenn diese Strahlung einmal pro Drehung des Neutronensterns, wie das Licht eines Leuchtturms, die Erde überstreicht, lässt sich diese auf der Erde als pulsierende Strahlung beobachten. Ein Beispiel für einen Pulsar ist ein im Zentrum des Krebsnebels befindlicher, rasch rotierender Neutronenstern, der sich alle 33 Tausendstel Sekunden um sich selbst dreht (Abb. 29).

Es gibt Dinge am Himmel, die sind so „komisch anders“, dass die menschliche Vorstellungskraft kaum ausreicht. Eines der fantastischsten Dinge, die sich Menschen ausgedacht haben und die später auch nachgewiesen wurden, ist das „Schwarze Loch“. Dieses ist noch dichter als ein Neutronenstern. Ein Schwarzes Loch besitzt eine so große Masse, dass nichts daraus entkommen kann. Es übt eine so große Anziehung aus, dass es sogar Licht einfängt und in seinem Griff behält. Daher sehen Schwarze Löcher auch schwarz aus, weil kein Licht aus ihnen herauskommen kann. Schwarze Löcher wurden eher im Gebiet der Märchen oder Mythologie angesiedelt als in der wirklichen Welt. Ursprünglich legten die Gesetze der Allgemeinen Relativitätstheorie die Schwarzen Löcher zwar nahe, aber niemand glaubte so richtig daran, dass Astronomen sie wirklich entdecken würden. Heute ist man ziemlich sicher, dass Schwarze Löcher im Universum tatsächlich existieren.

Schwarze Löcher mit einigen Sonnenmassen entstehen zunächst einmal als Überbleibsel beim Tod von Sternen. Es gibt aber auch extrem große Schwarze Löcher mit millionen- bis milliardenfacher Sonnenmasse in den Zentren der Galaxien, die sich wahrscheinlich schon im frühen Universum gebildet haben. Auch in unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, sitzt im Zentrum mit ziemlicher Sicherheit ein Schwarzes Loch.

Wie können wir überhaupt ein Schwarzes Loch nachweisen, wenn von außen aus gesehen nichts aus ihm herauskommen kann? Eine direkte Möglichkeit der Beobachtung eines Schwarzen Lochs ist aus diesem Grund auch nicht möglich. Ein Schwarzes Loch hat aber eine unheimliche Anziehungskraft. Man kann daher die Materie – meistens Gas, aber manchmal sogar ganze Sterne, die gerade von Schwarzen Löchern angezogen und verschluckt werden – nachweisen. Diese Materie wird auf dem Weg zum Schwarzen Loch extrem erhitzt und sendet dadurch energiereiche Strahlung aus. Man könnte sagen, die Materie stößt den „Todesschrei“ aus, bevor sie vom Schwarzen Loch gefressen wird und verschwindet. Durch diesen „Todesschrei“, bestehend aus Strahlung, können dann auch die Schwarzen Löcher im Weltall nachgewiesen werden.

Mit Schwarzen Löchern in Zentren von Galaxien hängen auch die „Quasare“ zusammen, die zu den leuchtkräftigsten Himmelsobjekten überhaupt zählen. Der Begriff Quasar kommt von „quasistellar“, also sternenähnlich. Trotzdem haben Quasare nichts mit Sternen zu tun. Bei diesen Himmelsobjekten reicht unsere Vorstellungskraft kaum aus. Sie können Energien von vielen Milliarden Sternen erzeugen und somit mehr Licht abstrahlen als die gesamte umgebende Galaxie. Während aber Galaxien ihre Energie von hundert Milliarden Sternen in einem Raumgebiet von der Größe der Milchstraße erzeugen, produziert der Quasar die gleiche Energie in einem Bereich von der Größe des Sonnensystems.

Wie ist es möglich, dass in einem so kleinen Gebiet eine Energie wie von hundert Milliarden Sternen erzeugt wird? Das war eine harte Nuss für die Astrophysiker und Astronomen. Die Lösung des Rätsels lag darin, dass Quasare riesige Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind, die sich gigantische Mengen an Materie einverleiben. Die Strahlung dieser aufgeheizten Materie, die von den riesigen Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien verschluckt wird, ist das, was man als typische Strahlung des Quasars beobachtet. Das Komische daran ist aber, dass es Quasare heute nicht mehr gibt, sondern diese nur in der Frühzeit des Universums existiert haben.

Warum senden die Schwarzen Löcher in den Zentren der Galaxien heute keine so leuchtstarke Strahlung mehr aus, während sie vor Milliarden Jahren noch gewaltige Energiemengen produzierten? Die Antwort lautet, dass heute diese Schwarzen Löcher in ihrer Umgebung alle Materie schon verschluckt und leer gefressen haben, während vor Milliarden Jahren noch genügend Materie in Form von Staub- und Gaswolken sowie Sternen zur Aufnahme durch das Schwarze Loch in den Zentren der Galaxien existiert hat.

Es gibt auch Explosionen von Sternen, die mit Doppelsternsystemen zusammenhängen. Mehr als die Hälfte aller Sterne im Universum sind nämlich nicht Einzelsterne wie unsere Sonne, sondern bilden Doppel- oder sogar Mehrfachsternsysteme. Hätte der Jupiter eine hundertfache Masse, hätte in diesem größten Planeten des Sonnensystems auch das nukleare Brennen gezündet und unser Sonnensystem wäre dann auch ein Doppelsternsystem geworden. Nun kann es vorkommen, dass einer der Partner eines Doppelsternsystems bereits seine Entwicklung durchlaufen und als Weißer Zwerg geendet hat, während der andere Partner noch ein Roter Riese ist. In diesem Fall wird durch den Weißen Zwerg von den äußeren Schichten des Roten Riesen Materie abgesaugt. Diese Materie lagert sich schließlich auf der Oberfläche des Weißen Zwergs ab. Dadurch wird die Masse des Weißen Zwergs immer größer. Schließlich explodiert der Weiße Zwerg und wird dadurch vollständig zerrissen. Man spricht bei solchen Explosionen in Doppelsternsystemen von Supernovae des Typs I, während die oben besprochenen Supernovae des Typs II beim Tod von Einzelsternen auftreten.

Supernovae vom Typ I und II kommen im Universum etwa gleich häufig vor. Ähnliches wie bei einer Supernova vom Typ I kann passieren, wenn statt eines Weißen Zwergs ein Neutronenstern die Materie von einem Roten Riesen ansammelt. Diese Explosion nennt man aber einen Röntgenausbruch. In diesem Fall ist die Temperatur jedoch wesentlich höher als bei einer Supernova vom Typ I, sodass die Strahlung hauptsächlich in Form von energiereichen Röntgenstrahlen ausgesendet wird.

Laut vorhandenen geschichtlichen Aufzeichnungen wurden in unserer Galaxie, der Milchstraße, bis jetzt höchstens acht Supernovaexplosionen beobachtet. Die hellsten Supernovae traten in den Jahren 1054, 1572 und 1604 auf. Die erste dieser Supernovae gehörte zum Typ II, die beiden anderen zum Typ I. Die Supernova im Jahr 1054 war so hell, dass man sie auch bei Tage sehen konnte. Wenn die Experten heute dorthin blicken, sehen sie das Überbleibsel dieser Supernovaexplosion, den Krebsnebel (Abb. 29). Der Krebsnebel besteht aus einer sich rasch ausdehnenden Gaswolke. Eine Supernovaexplosion in unserer Milchstraße ist längst überfällig, nachdem die letzte schon über 400 Jahre zurückliegt. Die erdnächste Supernova in den letzten Jahrzehnten erfolgte im Jahr 1987, als in einer Begleitgalaxie der Milchstraße, der Großen Magellanschen Wolke, ein Stern explodierte.

An und für sich sollte es in einer Galaxie wie der Milchstraße im Mittel sogar zwei Supernovae pro Jahrhundert geben. Allerdings werden die meisten in unserer Milchstraße wegen der ausgedehnten Gas- und Staubwolken verdeckt und wir können sie nicht wahrnehmen. Trotzdem ist das über 400-jährige Intervall zwischen zwei Supernovae ungewöhnlich lang. Die Astronomen warten jedenfalls schon ungeduldig darauf, weil eine solche Supernova in unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, natürlich wesentlich mehr Beobachtungsergebnisse liefert als Supernovae in weit entfernten anderen Galaxien. Heute entdeckt man über 500 Supernovae pro Jahr, die aber alle in anderen Galaxien außerhalb der Milchstraße zu finden sind.

Die in früheren Generationen von vielen Sternen durch etwa zehn Milliarden Jahre im nuklearen Brennen erzeugten Elemente dienten auch dem irdischen Leben als grundlegende Bausteine. Damit wir leben können, haben also Generationen von Sternen milliardenfach, zehnmilliardenfach, ja hundertmilliardenfach hintereinander gelebt und sind gestorben. Bereits etwa eine halbe Milliarde Jahre nach der Entstehung der Erde gab es dann schon die ersten primitiven Lebensformen. Es dauerte jedoch noch einmal etwa vier Milliarden Jahre auf der Erde, bis das Leben von den ersten primitiven Organismen die heutige Komplexität der Pflanzen, Tiere und die der technischen Zivilisation der Menschheit erreichen konnte.

Wir können die durchschnittlichen Häufigkeiten der einzelnen Elemente im gesamten Weltall mit unseren Modellen der Nukleosynthese sowohl berechnen als auch die tatsächlichen mittleren Häufigkeiten im Universum durch Messungen und Beobachtungen feststellen. Dann können wir die berechneten und beobachteten Häufigkeiten der Elemente vergleichen, um zu sehen, wie gut unsere Modelle der Entstehung der Elemente in Sternen mit der Realität übereinstimmen. Zum Beispiel lässt sich so nachvollziehen, warum die von den Sternen produzierten Elemente Sauerstoff, Kohlenstoff und Eisen häufig vorkommen, während Gold und Platin relativ selten sind. Darum ist etwa auch ein Goldring beim Juwelier wesentlich teurer als ein Eisennagel in einer Metallwarenhandlung. Jedenfalls stimmen die Berechnungen der Häufigkeiten bis auf wenige Prozente und manchmal sogar bis auf Bruchteile von Prozenten mit der Realität im Universum überein. Das stellt ein überzeugendes Ergebnis dar. Es zeigt nämlich, dass unser Bild von der Nukleosynthese, der Erzeugung der Elemente, weitgehend richtig ist.

Das Forschungsprogramm zur Klärung der gesamten Nukleosynthese im Inneren der Sterne wurde über Jahrzehnte hinweg hauptsächlich von Fred Hoyle und Willy Alfred Fowler – den beiden Entdeckern der entscheidenden Vorgänge zur Aufklärung der Erzeugung des Kohlenstoffs in Sternen – verfolgt. Mehrfache Überarbeitungen und Ergänzungen waren im Lauf der Zeit notwendig. Fred Hoyle war eigentlich der führende Kopf, doch die experimentelle Arbeit von Willy A. Fowler und die Zusammenarbeit mit dem Ehepaar Burbidge ergaben eine notwendige Ergänzung. Schließlich wurden im Jahr 1957 die Ergebnisse der vier Forscher in einem 104-seitigen Artikel mit dem Titel „Synthese der Elemente in Sternen“ publiziert. Es war den Autoren gelungen, die Entstehung und Häufigkeiten aller Elemente vom Kohlenstoff bis zum Uran zu erklären. Diese Publikation wurde so berühmt, dass sie mit den Initialen der Autoren Margaret Burbidge (*1919), Geoffrey Burbidge (*1925), Willy A. Fowler und Fred Hoyle mit B^2FH (gesprochen Be-Quadrat-Ef-Ha) bezeichnet wurde. Sie ist wohl eine der epochalen wissenschaftlichen Arbeiten des 20. Jahrhunderts.

Einer der Autoren, nämlich Willy A. Fowler, erhielt später auch den Nobelpreis in Physik „für theoretische und experimentelle Studien der Kernreaktionen, die für die Bildung der chemischen Elemente im Weltall von Bedeutung sind“, wie es in der Würdigung des Nobelpreis-Komitees hieß. Dass Fred Hoyle dabei übergangen wurde, ist wohl eine der größten Ungerechtigkeiten in der Geschichte des Nobelpreises. Hoyle wäre zumindest gleichwertig, um nicht zu sagen würdiger als Willy A. Fowler gewesen, und der Nobelpreis hätte wenigstens geteilt werden müssen. Ich kann mich noch gut erinnern, als mich im Jahr 1983 die Nachricht von der Nobelpreisverleihung erreichte. Ich war zunächst verblüfft, dann schockiert und schließlich zornig wegen dieser Ungerechtigkeit.

Seither wurde viel spekuliert, warum das Nobelpreis-Komitee Hoyle übergangen hat. Einer der Gründe war vielleicht, dass er das Nobelpreis-Komitee in seiner lautstarken und aufrichtigen Art brüskierte, als der Nobelpreis in Physik 1974 für die Entdeckung der Pulsare, das sind die schnell rotierenden Neutronensterne, vergeben wurde. Hoyle beklagte und kritisierte damals zu Recht, dass der Nobelpreis nicht auch der jungen Astronomin Jocelyn Bell (*1943), die die entscheidenden Entdeckungen gemacht hatte, sondern nur ihrem Doktorvater Antony Hewish (*1924) zuerkannt wurde.

Es ist wohl eine Ironie, dass Hoyle dann ein ähnliches Schicksal widerfuhr, spricht aber auch für die Selbstgerechtigkeit und Ignoranz des Komitees, welches den wichtigsten Wissenschaftspreis der Welt vergibt. Auf jeden Fall bleibt nicht nur für mich, sondern auch für viele andere einer ganzen Generation von Astrophysikern und Kosmologen Hoyle durch seine Aufrichtigkeit, Integrität und Begeisterungsfähigkeit, vor allem aber wegen seiner brillanten wissenschaftlichen Ideen ein großartiges Vorbild.

Ist da jemand?

Raumschiff Erde: Unsere Heimat

Die Erde ist inmitten der unermesslichen Weiten des Weltalls ein einsames Staubkorn. Als die Astro- und Kosmonauten, also die amerikanischen beziehungsweise sowjetischen Raumfahrer, die Erde bei ihren Umrundungen das erste Mal vom Weltraum aus beobachteten, hatten sie das Gefühl, dass die Erde nur ein winziges, verletzliches, aber einzigartiges Raumschiff im Weltraum darstellt. Diese Einsicht hat zum Konzept des Begriffs „Raumschiff Erde“ geführt. Wir wollen im Folgenden die Eigenschaften und den derzeitigen Zustand dieses Raumschiffs beschreiben und analysieren. Es ist schließlich der einzige Ort, von dem wir mit Sicherheit wissen, dass es dort Leben gibt.

Das Raumschiff Erde ist eine kugelförmige Stein- und Eisenkonstruktion. Es saust auf seinem jetzigen Kurs mit 100.000 Stundenkilometern um sein Zentralgestirn, genannt Sonne, und zusätzlich mit 900.000 Stundenkilometern um das Zentrum seiner Heimatgalaxie, genannt Milchstraße. Das Raumschiff selbst dreht sich in 24 Stunden um seine eigene Achse. Die äußerste Schicht des Raumschiffs ist eine dünne, verletzliche Haut aus Luft. Dann folgt eine eher zerbrechliche Schicht, bestehend aus einer festen Kruste. Darunter befindet sich der zähflüssige Erdmantel aus Gestein, und das Zentrum des Raumschiffs bildet der hauptsächlich aus flüssigem Eisen bestehende Erdkern.

Das Raumschiff wird von einer großen Anzahl von Lebensformen, die 13 bis 20 Millionen verschiedene Arten umfassen, bewohnt. Die gesamte Masse aller dieser Lebewesen beträgt 1850 Millionen Tonnen. Die eigentliche Besatzung besteht aus ungefähr sieben Milliarden Menschen. Die mittlere Geburtenrate der Besatzung beträgt derzeit etwa vier Menschen pro Sekunde, während die Sterberate nur bei 1,6 Menschen pro Sekunde liegt. Dies führt zu einer derzeitigen Zunahme von etwa 78 Millionen Besatzungsmitgliedern pro Jahr. Berechnungen ergeben, wenn dieses Bevölkerungswachstum so weitergehen würde, hätte im Jahr 2050 jeder Mensch im Raumschiff nur mehr genau einen einzigen Quadratmeter zur Verfügung. Tatsächlich scheint sich aber das Bevölkerungswachstum aufgrund der stark abnehmenden mittleren Geburtenrate sowohl in den Industriestaaten als auch in den Entwicklungsländern auf einem niedrigeren Niveau einzupendeln. In den Entwicklungsländern ist das vor allem auf die zunehmende Bildung der Frauen zurückzuführen. Der Bevölkerungsstand im Jahr 2008 von fast sieben Milliarden wird wahrscheinlich nur mehr auf acht bis neun Milliarden bis zum Jahr 2050 zunehmen, um danach zu stagnieren.

Es bestehen allerdings jetzt schon große Probleme in der Versorgung der Raumschiffbesatzung. Derzeit ist der Nahrungsmittelbedarf bestenfalls für nur zwei Drittel der Besatzungsmitglieder gesichert. In manchen Teilen des Raumschiffs muss das Trinkwasser streng rationiert werden, und etwa ein Siebtel der Besatzung hat bereits jetzt keinen Zugang mehr zu sauberem Trinkwasser. Durch Hunger und Armut werden heute schon große Wanderbewegungen am Raumschiff ausgelöst, die sich in Zukunft mit hoher Wahrscheinlichkeit noch intensivieren werden.

Auch die nutzbaren Energiereserven im Raumschiff gehen wegen der Verschwendung im Raumschiff langsam, aber sicher zu Ende. Zum Beispiel reichen die fossilen Energieträger Kohle, Erdöl und Erdgas nach gegenwärtigen Schätzungen der Experten auf dem Raumschiff nur mehr für etwa 40 bis 60 Jahre. Nach derzeitigen Prognosen sind bereits 50 Prozent des ursprünglich vorhandenen nutzbaren Erdöls verbraucht. Es ist offenkundig, dass der Energiebedarf aus fossilen Energieträgern nicht mehr gedeckt werden kann, insbesondere wenn der Lebensstil und Energiehunger von Nordamerika und Europa auch von den Schwellenländern, wie zum Beispiel China und Indien, übernommen werden.

Die Besatzung des Raumschiffs Erde ist auch noch durch weitere Umstände gefährdet. Zunächst gibt es Zusammenstöße mit Asteroiden und Kometen, wodurch etwa alle hundert Millionen Jahre ein Großteil der Lebewesen im Raumschiff ums Leben kommt. Es gibt mehrere verschiedene Arten von Naturkatastrophen, die mit der Bauweise des Raumschiffs Erde zusammenhängen, wie Erdbeben und Vulkanismus, Erdrutsche und Lawinen sowie Unwetter und Dürren. Dadurch verlieren im Mittel etwa 80.000 Besatzungsmitglieder pro Jahr ihr Leben.

Die meisten derzeitigen Probleme auf dem Raumschiff Erde sind jedoch durch die Besatzung hausgemacht. Die Konzentration des Treibhausgases Kohlendioxid in der Atmosphäre hat heute bereits das höchste Niveau seit etwa einer Million Jahre erreicht. An und für sich besitzt das Raumschiff durch die Lufthülle eine exzellente Klimaanlage, wodurch in den letzten 500 Millionen Jahren der Erdgeschichte selbst in den Warm- und Eiszeiten die Temperatur höchstens um zehn Grad Celsius wärmer beziehungsweise kälter war als heute. Die Energieerzeugung durch die Verbrennung von fossilen Brennstoffen aufgrund der Emission von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen überfordert jedoch die Klimaanlage des Raumschiffs schon derzeit bei Weitem, was einen rapiden Anstieg der Temperaturen im gesamten Raumschiff zur Folge hat. In der extrem kurzen Zeit der letzten hundert Jahre ist die mittlere Temperatur bereits um fast ein Grad Celsius gestiegen. Das Beunruhigende daran ist, dass dieser Anstieg sich weiter fortsetzen wird, selbst wenn sich der Kohlendioxidausstoß ab sofort nicht weiter erhöht. Laut Klimaexperten könnte bis zum Ende dieses Jahrhunderts die Temperatur, wenn wir so weiterleben wie bisher, um weitere drei Grad ansteigen. Dadurch ergeben sich immer häufiger extreme Wettersituationen, wie Dürren und Stürme, und der Wasserspiegel der Meere steigt stetig. Im schlimmsten Fall könnten bis zum Ende dieses Jahrhunderts Großstädte, wie London, Rom oder New York, überflutet sein. Länder, wie Holland, Florida oder Bangladesch, wären zur Gänze verloren. Als Folge dieses Temperaturanstiegs wird sich auch die Versorgung der Besatzung mit Nahrungsmitteln und Wasser weiter verschärfen und dadurch die Zahl von Klimaflüchtlingen rasch zunehmen.

Das derzeit gefährlichste Problem am Raumschiff ist aber, dass die Besatzung ein riesiges Lager an Kernwaffen produziert hat. Wenn diese tatsächlich zur Anwendung kommen, könnte sich die gesamte Menschheit in einem globalen nuklearen Krieg auslöschen. Kernwaffen beziehen ihre zerstörerische Kraft aus der Kernspaltung, bei der ein schwerer Atomkern in zwei Bruchstücke aufgespalten wird, oder aus Kernfusion, bei der zwei leichte Atomkerne verschmelzen. Dabei entstehen Energien, welche die größten Explosionen von herkömmlichem Sprengstoff millionen- bzw. milliardenfach übertreffen, wobei Wasserstoffbomben (Kernfusionsbomben) noch einmal eine tausendfach größere Sprengkraft als Atombomben (Kernspaltungsbomben) besitzen. Kernwaffen wurden bis jetzt bei kriegerischen Auseinandersetzungen nur zwei Mal beim Abwurf über Hiroshima und Nagasaki in Japan am Ende des Zweiten Weltkriegs eingesetzt. Dabei kamen rund 130.000 Menschen sofort ums Leben, während weitere 100.000 Menschen durch die Strahlenkrankheit noch Jahre und Jahrzehnte später starben.

Allein ein einziger moderner nuklearer Sprengkopf hat weitaus mehr Vernichtungspotenzial als allgemein angenommen. Er besitzt die gleiche Sprengkraft wie 250.000 Tonnen des Sprengstoffs Trinitrotoluol (TNT). Die Sprengkraft eines solchen Sprengkopfs entspricht der Größe eines Fußballfeldes bis zu einer Höhe von hundert Metern voll bepackt mit TNT. Zum Vergleich braucht man gerade einmal etwa 50 Kilogramm Dynamit, um ein zehnstöckiges Haus zu sprengen. Die Auswirkungen der Explosion eines einzigen nuklearen Sprengkopfs wären in mehrfacher Hinsicht schrecklich: Druckwelle, Licht- und Wärmestrahlung sowie radioaktiver Niederschlag. Als Beispiel betrachten wir einen nuklearen Sprengkopf mit einer Sprengkraft von 250.000 Tonnen TNT. Würde dieser am Stephansplatz in Wien explodieren, würden allein durch die Druckwelle alle Menschen im Bereich von sechs Kilometern, also etwa innerhalb des Gürtels, getötet und sämtliche Gebäude dem Erdboden gleichgemacht. Der extremen Wärme- und Lichtstrahlung wäre ganz Wien unmittelbar nach dem Einschlagen der Bombe ausgesetzt, während die radioaktive Strahlung anfangs nur einen Ausbreitungsgrad von 2,5 Kilometern hätte. Innerhalb von einigen Stunden würde sich die radioaktive Wolke rund 800 Kilometer ausdehnen und könnte je nach Wetterlage und Besiedlungsdichte bis zu einer Million weiterer Todesopfer fordern.

Das nukleare Problem wird dadurch verschärft, dass Terroristen jetzt in die Lage kommen, nukleare Sprengköpfe einzusetzen. Insbesondere wäre es für diese sogar möglich, nukleare Autobomben zu verwenden. Die Sprengkraft einer solchen Bombe mit einem Gesamtgewicht von nur 300 Kilogramm wäre in der Größenordnung von mindestens 10.000 Kilogramm Dynamit, das heißt von etwa zehn Tanklastwagen gefüllt mit Dynamit. Allerdings ist die Herstellung einer nuklearen Bombe technisch nicht ganz einfach. Man muss vor allem eine Konstruktion wählen, die sicherstellt, dass der vorhandene nukleare Sprengstoff gleichzeitig detoniert, ohne vorher zu verpuffen. Trotzdem ist es auch für Experten mit entsprechenden technischen Fähigkeiten möglich, eine derartige Bombe zu bauen.

Die größte Barriere liegt jedoch in der Verfügbarkeit des nuklearen Sprengstoffs. Es gibt dafür zwei Möglichkeiten: waffenfähiges Uran und Plutonium, wobei eine wirksame Bombe mit waffenfähigem Uran wesentlich leichter herzustellen wäre als eine mit Plutonium. Freilich können nur Staaten mit entwickelter Nukleartechnologie nuklearen Brennstoff erzeugen und zur Verfügung stellen. Wenn aber diese, wie zum Beispiel der Iran oder vergleichbare Staaten, waffenfähiges Uran an Terroristen weitergeben würden, kommt eine solche Bombe durchaus in den Bereich der Möglichkeit. Diese Gefahr ist meiner Ansicht nach wesentlich größer, als sie von den Politikern und der Öffentlichkeit eingeschätzt wird. Fehlgeleitete Terroristen hätten wahrscheinlich keine Hemmungen, eine Atomwaffe im Zentrum einer Großstadt zu zünden, und sie würden damit Zehn- bis Hunderttausende mit in den Tod reißen. Verglichen damit wäre der Anschlag auf die Zwillingstürme des „World Trade Center“ am 11. September 2001 ein harmloser Zwischenfall. Das bedeutete dann wirklich die Hölle auf Erden. Und ich fürchte, dass früher oder später dieser Alptraum auch Wirklichkeit und die erste von Terroristen gezündete nukleare Bombe explodieren wird. Ich hoffe nur inständig, dass ich damit nicht recht behalten werde.

Eine andere Waffe wäre eine sogenannte Schmutzige Bombe. Sie ist für militärische Zwecke von keiner besonderen strategischen Bedeutung, eignete sich aber für einen terroristischen Einsatz. Sie besteht aus herkömmlichem Sprengstoff, der mit entwendetem radioaktiven Material aus medizinischen oder anderen nuklearen Beständen, wie Cobalt-60 oder Caesium-137, verseucht ist. Die meisten Experten glauben, dass durch die freigesetzte Radioaktivität einer derartigen Explosion höchstens ein paar Menschen verletzt werden könnten. Allerdings wäre der ausgelöste Schaden durch Angst, Schrecken und Panik durch den Einsatz einer Schmutzigen Bombe enorm.

Laut Abschätzungen des amerikanischen Geheimdienstes könnte der Iran in etwa drei bis acht Jahren bereits in der Lage sein, waffenfähiges Uran herzustellen. Wahrscheinlich werden die USA oder Israel schon, bevor das geschieht, „nukleare Bunkerbuster“ einsetzen, um die unterirdischen Anlagen zur Herstellung von waffenfähigem, nuklearem Sprengstoff im Iran zu zerstören und um vor allem die Weitergabe von nuklearem Material an Terroristen zu unterbinden. Seit dem Jahr 1990 werden in den USA solche nuklearen Bunkerbuster entwickelt. Diese Atomwaffen mit kleiner Sprengkraft dienen der Vernichtung unterirdischer Anlagen. Sie werden mit hoher Geschwindigkeit in den Boden geschossen, dringen in diesen ein und explodieren dann unterirdisch. Dadurch lösen sie eine Schockwelle im Boden aus, welche die angegriffenen Anlagen zerstört. Der Hintergrund des Einsatzes derartiger Bunkerbuster sind vermehrte Anstrengungen einiger Staaten wie dem Iran, wichtige militärische Bauten zur Herstellung von Nuklearmaterial unterirdisch anzulegen, um sie im Kriegsfall den Angriffen durch Luftstreitkräfte zu entziehen.

Die Entwicklung solch verhältnismäßig kleiner Kernwaffen wird in der Fachwelt als eine große Gefahr eingeschätzt, da ihr Einsatz nicht so viel Aufsehen erregen würde. Statt zerstörter Städte und Tausender Toter würde die Weltöffentlichkeit lediglich einen kleinen Krater sehen. Als Folge würde aber die Hemmschwelle allgemein sinken, Nuklearwaffen einzusetzen, und dadurch die Gefahr einer zunehmenden Eskalation bis zu einem möglichen nuklearen Holocaust steigen.

Kernwaffen sind bei Weitem die am meisten zerstörerische und todbringende Technologie, die jemals entwickelt wurde. Derzeit gibt es etwa 30.000 nukleare Sprengköpfe auf unserer Erde mit der unvorstellbaren Zerstörungskraft von insgesamt 7,5 Milliarden Tonnen Dynamit. Man kann sich das schwer vorstellen, trotzdem möchte ich es versuchen. Die Menge von 7,5 Milliarden Tonnen Dynamit bedeutet, dass auf jeden Menschen dieser Erde etwa eine Tonne Dynamit kommt! Bei den Madrider Zuganschlägen im Jahr 2004 wurden bei vier Sprengstoffattentaten etwa 200 Kilogramm eingesetzt. Bei diesem bislang größten Anschlag auf europäischem Boden kamen 191 Menschen ums Leben, 2051 wurden verletzt. Also wurden in diesem Fall bereits pro Kilogramm Sprengstoff ein Mensch getötet und zehn Menschen verletzt. Beim Einsatz des gesamten nuklearen Arsenals auf der Welt würde für jeden Menschen die tausendfache Sprengkraft zur Verfügung stehen wie beim Madrider Anschlag. Ein wahrhaft perverser Overkill! Sicherlich würde wegen der zusammenbrechenden militärischen Infrastruktur in einem Krieg nur ein Teil dieses nuklearen Arsenals tatsächlich zum Einsatz kommen. Aber selbst wenn nur ein geringer Teil des nuklearen Potenzials verwendet würde, könnte unsere Zivilisation zugrunde gehen oder zumindest in die Steinzeit zurückgebombt werden, in eine verwüstete Öde, in der ein Überleben nur mehr unter primitivsten Bedingungen möglich wäre.

Allerdings gibt es einen Bakterienstamm mit dem Namen „Deinococcus radiodurans“, der die Zähigkeit des Lebens demonstriert, der mit Sicherheit sogar eine nukleare Apokalypse überleben würde. Dieses Bakterium findet man in den unterschiedlichsten Umgebungen, etwa in Dosenfleisch, atlantischem Schellfisch, Lamakot, antarktischem Gestein und anderen unwirtlichen Bereichen. Es kann auch unter den lebensfeindlichsten und unwirtlichsten Umweltumgebungen, wie extrem hoher radioaktiver Strahlung, Säurebäder, Austrocknung und Hitze, überleben. Dazu gehört zum Beispiel durch radioaktive Strahlung sterilisiertes Dosenfleisch. Dieses Bakterium übersteht mehr als das Tausendfache der radioaktiven Strahlung der Atombombenexplosionen von Hiroshima und Nagasaki. Man muss sogar dem Wasser, welches einen hoch radioaktiven Reaktorkern kühlt, Chlor beigeben, damit sich dieses Bakterium nicht ansetzt. Es ist wohl das widerstandsfähigste und zäheste Lebewesen auf Erden. Deshalb hat es auch den Spitznamen „Conan, das Bakterium“, nach dem Film „Conan, der Barbar“ mit Arnold Schwarzenegger in der Hauptrolle, erhalten. Aus diesem Grund kann man sich vorstellen, dass „Deinococcus radiodurans“ auch einen nuklearen Holocaust locker überleben könnte.

Die amerikanischen Herausgeber von „Bulletin of the American Nuclear Scientists“, also der Zeitschrift der amerikanischen Kernwissenschaftler, haben eine symbolische Uhr für den Weltuntergang eingerichtet. Diese zeigt an, wie viele Minuten der Menschheit noch bleiben, bis sie untergeht. Die Zeiger dieser Uhr werden je nach Bedrohung alle paar Jahre, gelegentlich auch öfter, vor- oder zurückgestellt. Die größte Bedrohung gab es laut Weltuntergangsuhr mit zwei vor zwölf im Jahr 1953, weil innerhalb von neun Monaten die USA und die Sowjetunion die erste Wasserstoffbombe testeten. Diese beiden rivalisierenden Mächte hatten etwas erreicht, was niemals vorher möglich gewesen war, nämlich die technische Fähigkeit, die gesamte Welt zu vernichten. Das nukleare Gespenst konnte seither nicht mehr zurück in die Flasche gesperrt werden und begleitet uns bis heute. Es ist eine Illusion, zu glauben, dass man Kernwaffen für immer behalten könnte, ohne dass sie entweder bewusst oder unabsichtlich eingesetzt werden. Wir leben in einer der gefährlichsten Perioden der gesamten Menschheitsgeschichte, denn die Auswirkungen eines nuklearen Holocaust sind weitaus gefährlicher als die der größten Naturkatastrophen, die unsere Erde in den letzten Millionen und Milliarden Jahren heimgesucht haben.

Die Auswirkungen eines globalen nuklearen Krieges wären unbeschreibbar. Durch die Wucht der Explosionen und Druckwellen würden große Gebiete der Erde dem Erdboden gleichgemacht. Aufgrund der Hitze entstünden großflächige Waldbrände und Großbrände in den getroffenen Städten. Durch die freigesetzte Radioaktivität würden als Langzeitfolge außerdem die Zahl der Krebserkrankungen rapide zunehmen und das Erbgut aller Lebewesen durch Mutationen massiv geschädigt. Aufgewirbelter Rauch, Ruß und Staub verdunkelten die Sonne für Wochen und Monate, was zu einem Temperaturrückgang um etwa 10–20 Grad führen würde. Allerdings sind diese drastischen Auswirkungen dieses „nuklearen Winters“ unter Wissenschaftlern umstritten.

Die kleinste Bedrohung laut Weltuntergangsuhr war im Jahr 1991 mit 17 Minuten vor zwölf, weil damals die USA und die Sowjetunion den Vertrag zur Reduzierung der Kernwaffen ratifizierten. Leider hat sich die Weltuntergangsuhr anschließend von 1991 bis heute wieder mehrmals in Richtung zwölf Uhr bewegt. Die letzte Veränderung der Zeiger in Richtung Weltuntergang erfolgte im Jahr 2007 auf fünf vor zwölf. Gründe waren die Versuche Nordkoreas und Irans, Atomwaffen und die dazugehörigen Trägersysteme zu entwickeln, sowie die gestiegenen Möglichkeiten der Weitergabe von nuklearem Sprengstoff an Terroristen. Weiters wurde in der Weltuntergangsuhr erstmals die Bedrohung des sich stark verändernden Klimas als eine der größten Gefahren für die Menschheit mit einbezogen. Der dadurch entstehende Verlust von Siedlungsgebieten und die Verlagerung von Anbauflächen bedingen wieder heftige kriegerische Auseinandersetzungen, die erneut das Schreckensszenario einer nuklearen Auseinandersetzung hervorrufen könnten. Der nukleare Holocaust und eine mögliche Klimakatastrophe sind heute sicherlich die beiden größten Bedrohungen für die Menschheit, wobei ich die nukleare Bedrohung für noch gefährlicher halte als eine mögliche Klimakatastrophe.

Zusammenfassend sind die Besatzungsmitglieder des Raumschiffs Erde extrem gefährdet, das Überleben der Besatzung ist fraglich geworden. Dieses Jahrhundert bringt wohl die Entscheidung, ob die menschliche Zivilisation überleben kann oder zugrunde gehen wird. Es gibt renommierte Wissenschaftler, welche die Chance des Überlebens der Menschheit in den nächsten hundert Jahren gerade einmal mit 50 Prozent abschätzen. Die durch die Besatzung erzeugten Gefährdungen des Raumschiffs Erde könnten in diesem Jahrhundert Katastrophen auslösen, die weitaus gefährlicher sind als alle Naturkatastrophen zusammen.

Es wäre jedoch schade, wenn die Menschheit durch ihre eigene Dummheit aussterben würde. Denn die Menschen haben dem Raumschiff etwas gegeben, das es in seiner langen Geschichte von keinem anderen Lebewesen erhalten hat: Das sind Intelligenz, zielgerichtetes Handeln sowie die Möglichkeit, die Umwelt bis in den Mikro- und Makrokosmos zu verstehen. Ich bin trotzdem noch optimistisch, dass wir unseren Untergang irgendwie vermeiden können. Wir müssen es einfach schaffen, der unaussprechlichen Vernichtung und dem damit verbundenen menschlichen Leid zu entgehen. Hoffentlich gelingt uns die Weiterentwicklung zu einer intelligenteren Spezies, welche die ärgsten von uns selbst aufgestellten Hürden überwindet. Falls nicht, wären wir wohl eine Fehlentwicklung des Lebens im Kosmos und wohl auch nicht wert, weiterzuexistieren.

Wenn das Überleben in diesem Jahrhundert nicht gelingen sollte, zieht das Raumschiff Erde wie der Fliegende Holländer ohne Besatzung, nur mehr mit einfachen Lebewesen bevölkert, durch das Weltall. Wenn jedoch diese schwierige Periode irgendwie überstanden werden kann, könnten Teile der Besatzung sich in Zukunft auf die Reise machen und sich auf anderen Welten niederlassen. Die Schaffung von Wohnraum für Menschen im All wird noch vor Ende des Jahrhunderts in den Bereich der Möglichkeit rücken. Es wäre dann sogar noch Äonen von Milliarden Jahren Zeit, um den Weltraum endgültig zu erobern und zu besiedeln, bevor das Raumschiff Erde endgültig unbewohnbar wird, weil sich die Sonne in einen Roten Riesenstern verwandelt oder die Milchstraße mit der Andromeda-Galaxie kollidiert.

Astrobiologie: Von Spekulationen zur Wissenschaft

Allein in dem für uns sichtbaren Teil des Universums gibt es hundert Milliarden Galaxien, von denen jede wiederum etwa hundert Milliarden Sterne umfasst. Um viele dieser Sterne bewegen sich auch Planeten. Wir wissen sicher, dass zumindest auf einem dieser Planeten, der Erde, intelligentes Leben entstanden ist, fähig, über dieses Universum nachzudenken. In Science-Fiction-Filmen und der Science-Fiction-Literatur wimmelt es nur so von Außerirdischen. Es ist uns aber bis jetzt noch nicht gelungen, Leben außerhalb der Erde zu entdecken. Diese Frage nach außerirdischem Leben stellt eine der wichtigsten unbeantworteten Fragen der modernen Wissenschaft dar. Das Wissenschaftsgebiet, welches versucht, darauf Antworten zu finden, heißt Astrobiologie. Sie baut auf den Erkenntnissen von Astronomie, Astrophysik, Biologie, Chemie und Weltraumfahrt auf. Die Astrobiologie fragt: Gibt es Lebewesen außerhalb unserer Erde? Wo könnte außerirdisches Leben existieren? Wie könnte dieses entstanden sein, und wie kann es sich weiterentwickeln? Wie könnten wir es entdecken? Die Aussagen der Astrobiologie waren früher mehr spekulativer Natur, sie wird aber seit nunmehr rund einem Jahrzehnt als seriöse Wissenschaft anerkannt. Es gibt zumindest drei Gründe für diesen Aufschwung der Astrobiologie.

Der erste Grund ist die Beobachtung, dass Leben auf der Erde unter extremsten Umweltbedingungen existieren kann. Solche Lebewesen werden Extremophile genannt. Ein gutes Beispiel ist das vorher erwähnte „Deinococcus radiodurans“ alias „Conan, das Bakterium“. Man hat einfaches Leben auf der Erde im Kühlwasser von Kernreaktoren, in ausgetrockneten Salzseen, in eisbedeckten antarktischen Seen, in Schwefelsäurebädern von Erzminen, im Inneren von Tiefengestein bis zu zehn Kilometern unter der Erdoberfläche sowie in der Nähe von vulkanischen Heißwasserschloten der Tiefsee gefunden. In einem Behälter ausgesetzte Bakterien haben sogar jahrelang das Vakuum, die Kälte und die Strahlung im Weltall überlebt.

Diese Erkenntnisse sind wichtig, weil sie zeigen, dass außerirdisches Leben auch unter für Menschen absolut tödlichen Bedingungen existieren kann. Kaum zu glauben, dass in der Umwelt der Heißwasserschlote in der Tiefsee, geprägt von toxischer Chemie, hoher Temperatur und riesigen Drucken sowie vollständiger Dunkelheit, noch Lebewesen überdauern können. Diese tiefozeanischen Heißwasserschlote, die Schwarze Raucher genannt werden, und ihre Umgebung bilden etwa ein eigenes Biotop mit vielen, meist nur in dieser Umgebung lebenden Arten. Die Basis der Nahrungskette in diesem Biotop sind aktive Bakterien, die in der heißen, lichtlosen Umgebung Schwefelwasserstoff als Energielieferant nutzen, um Kohlendioxid in organische Verbindungen umzuwandeln. Weiter wird das Biotop unter anderem von Spinnenkrabben ohne Augen, Bartwürmern, Venus- und Miesmuscheln und Seesternen bevölkert. Manche Evolutionsbiologen sehen in dieser Umwelt am Grund von Ozeanen sogar den Ursprung des irdischen Lebens. Aus diesen Entdeckungen muss man schließen, dass Leben äußerst anpassungsfähig und verbreitet ist, selbst unter extremsten Umweltbedingungen existieren kann. Diese Erkenntnis erhöht natürlich auch die Wahrscheinlichkeit von außerirdischem Leben, weil es offensichtlich zumindest einfaches Leben auf anderen Planeten sogar unter widrigsten Umständen geben kann.

Der zweite Grund für den Aufschwung der Astrobiologie ist die Entdeckung von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Ich kann mich sehr gut erinnern, dass während meiner Studienzeit von einem Professor behauptet wurde, dass unser Sonnensystem etwas Einmaliges ist und alle anderen Sterne keine Planeten besitzen. Eine Annahme, die mir damals schon absurd erschien, und die, wie oben diskutiert, auch Giordano Bruno schon vor 400 Jahren aufgrund philosophischer Überlegungen widersinnig vorkam. Diese Einstellung war nicht nur kurzsichtig, sondern gänzlich falsch, weil wir heute wissen, dass es im Universum von Planeten oder „anderen Welten“, wie Giordano Bruno sie bezeichnet hat, nur so wimmelt. Es herrschte vor einigen Jahrzehnten nämlich noch die Vorstellung, dass die Planeten durch Beinahe-Zusammenstöße von zwei Sternen entstanden sein könnten. Ein solches Ereignis tritt jedoch ganz selten auf, weil die Sterne im Weltraum äußerst dünn gesät sind. Heute wissen wir, dass unsere Sonne zusammen mit den Planeten gleichzeitig aus einer Wolke, bestehend aus Gas und Staub, im Weltraum entstanden ist.

Der erste Planet außerhalb unseres Sonnensystems wurde von Michael Mayor (*1942) und Didier Queloz (*1966) von der Universitätssternwarte Genf 1995 entdeckt. Es handelt sich dabei um einen Planeten, der um den sonnenähnlichen Stern Pegasus 51 kreist. Die Entdecker waren darüber selbst überrascht und konnten ihre Entdeckung kaum glauben, weil dieser Planet so groß wie Jupiter war, aber trotzdem ganz nahe den Stern umkreiste. Denn ein solcher Planet war nach den damals bestehenden Theorien einfach nicht möglich.

Seit dem Jahr 1995 hat man bis heute schon über 250 solch extrasolare Planeten oder kurz Exoplaneten entdeckt, und monatlich kommen einige weitere hinzu. Das sind also Planeten, die nicht um unsere Sonne, sondern um andere Sterne kreisen. Man hat dabei auch andere Sonnensysteme entdeckt, wo mehrere Planeten um eine andere Sonne kreisen, wie das ja auch in unserem Sonnensystem der Fall ist, wo acht Planeten sich um unsere Sonne herum bewegen. Weiters hat man auch Bahnen von Planeten entdeckt, von denen man früher glaubte, dass sie gar nicht existieren könnten. So gibt es Exoplaneten von der Größe des Jupiters, die in nur wenigen Tagen und etwa acht Mal näher als der Merkur in unserem Sonnensystem um die jeweilige Sonne kreisen. Auf diesen Planeten ist es wegen der Nähe zur jeweiligen Sonne extrem heiß, und die Temperaturen erreichen dort einige hundert bis zu mehr als tausend Grad Celsius. Diese Planeten haben daher auch den Namen „Heiße Jupiter“ erhalten. Es gibt aber noch exotischere Systeme, wo Planeten um Doppelsonnen oder sogar um drei Sonnen kreisen. Auf einem solchen Planeten lachen dann zwei oder gar drei Sonnen vom Himmel (Abb. 30). Für andere Sonnensysteme kann es offensichtlich alle möglichen, denkbaren Arten von Konstellationen von Sonnen, Planeten und wahrscheinlich auch Monden geben. Hier bestätigte sich wieder einmal, dass sich die Natur oftmals weitaus vielseitiger und variantenreicher zeigt, als von den Wissenschaftlern zunächst einmal angenommen wird.

Extrasolare Planeten konnte man bis jetzt nicht direkt entdecken, weil sie die jeweilige Sonne, um den sich der extrasolare Planet bewegt, um mehrere Milliarden Mal überstrahlt. Man kann daher extrasolare Planeten nur indirekt durch die Bewegung des jeweiligen Zentralsterns nachweisen. Auch der Zentralstern „wackelt“ nämlich durch die Anziehungskraft des Planeten hin und her, je nachdem, ob sich der Planet in seiner Bahn um den Zentralstern auf der einen oder anderen Seite von diesem befindet. Auch die minimale Abdunklung der jeweiligen Sonne des extrasolaren Planeten, wenn er sich in der Sichtlinie zwischen dieser und der Erde befindet, dient zum Nachweis von Exoplaneten.

Bis jetzt konnten aber aufgrund des beschränkten Auflösungsvermögens der Teleskope nur extrasolare Planeten in unmittelbarer Nähe unseres Sonnensystems entdeckt werden. Die meisten der so gefundenen Planeten befinden sich in einer Entfernung von nur einigen wenigen zehn bis etwa tausend Lichtjahren von der Erde entfernt, während die Milchstraße ja eine Ausdehnung von 100.000 Lichtjahren hat. Ebenso konnte man bis jetzt wegen der mangelnden Empfindlichkeit der Beobachtungsinstrumente nur größere Planeten mit einigen Erdmassen nachweisen. Man darf aber getrost annehmen, dass es auch viele erdähnliche Planeten gibt, auf denen dann auch Leben möglich wäre.

Im Jahr 2007 wurde ein Planet entdeckt, der der Erde sehr ähnelt. Er kreist neben zwei anderen größeren Planeten um den Stern „Gliese 581“. Diese rund 20 Lichtjahre entfernte rötliche Minisonne ist einer von hundert der Erde am nächsten gelegenen Sterne. Das Aufregende daran ist, dass auf diesem Planeten durchaus auch ähnlich gemäßigte Durchschnittstemperaturen zwischen 0 und 40 Grad Celsius wie auf der Erde herrschen, die diesen Planeten bewohnbar machen würden. Interessanterweise kursierte vor dieser Entdeckung noch die Meinung, dass man solche erdähnlichen Planeten wohl in absehbarer Zeit nicht finden könnte. Allerdings zeigt dieser Planet wahrscheinlich immer dieselbe Seite zu seiner Sonne. Das bedeutet, dass es auf der einen Seite immer Tag und auf der anderen Seite stets Nacht wäre, sodass es auf der einen Hälfte des Planeten wohl zu heiß und auf der anderen Seite zu kalt für Leben wäre. Aber wenn dieser Planet zum Beispiel auch einen Mond hätte, wären dort gemäßigte Temperaturen möglich.

Warum sind die extrasolaren Planeten für das Leben im Universum so wichtig? Nur auf erdähnlichen Planeten oder vielleicht auf großen Monden von Planeten scheint es möglich zu sein, dass auch Leben darauf existieren kann. Auf Sternen ist es mit einigen Tausenden Grad viel zu heiß, um Leben zu erlauben. Wir können aber wie gesagt getrost annehmen, dass es im Universum genügend erdähnliche Planeten gibt, die zumindest Voraussetzungen für Leben bieten.

Der letzte und wichtigste Grund für den Aufschwung der Astrobiologie ist, dass wir erstmals in der Menschheitsgeschichte durch den technologischen Fortschritt in den nächsten Jahrzehnten eine gute Chance haben werden, auch tatsächlich außerirdisches Leben nachweisen zu können. Welche Möglichkeiten sich uns dazu bieten, werden wir im folgenden Abschnitt noch besprechen.

Gibt es Leben außerhalb der Erde?

Es wird immer wieder behauptet, dass wir von Raumschiffen anderer Welten besucht wurden und Außerirdische auf der Erde in der Vergangenheit oder sogar heute auf der Erde gelandet sind. Manche Leute sagen sogar, dass sie von Aliens entführt worden sind. Wie die große Mehrheit der Wissenschaftler, die sich mit derartigen Berichten befasst hat, bin ich der Meinung, dass es keine gesicherten Hinweise gibt, dass außerirdische Intelligenzen jemals die Erde aufgesucht haben. Allen diesen Behauptungen fehlen die Beweise, oder diese sind zumindest mehr als dürftig.

Fragen wir einmal, wie Außerirdische, die oft auch Aliens genannt werden, aussehen könnten. Sind sie grün, oder sehen sie ganz anders aus? Und woher kommen eigentlich unsere Annahmen über ihre Erscheinung? Die oft verwendete Bezeichnung „kleine grüne Männchen“ stammt ursprünglich aus der Science-Fiction-Literatur. Die Signale des ersten Pulsars zeichneten sich durch eine ungewöhnliche Regelmäßigkeit der abgestrahlten Wellen aus, sodass die Entdecker Bell und Hewish diese zunächst für ein künstliches Signal – eventuell einer extraterrestrischen Zivilisation – hielten. Sie bezeichneten diese Außerirdischen ebenfalls scherzhaft als kleine grüne Männchen („Little Green Men“). In der Science Fiction werden Aliens oft menschenähnlich dargestellt, aber auch als Reptilien, Insekten oder sogar Monster.

Die Frage über das Aussehen der Außerirdischen ist keinesfalls geklärt. Eine Schule besagt, dass sich außerirdische Lebensformen nicht wesentlich von irdischen Arten unterscheiden. Eine andere meint, Aliens könnten wesentlich variantenreicher sein als das irdische Leben. Man kann aber zunächst einmal ruhig von irdischen Lebensformen ausgehen: Denn auch auf der Erde haben sich Eigenschaften, wie Augen oder Skelette, mehrfach unabhängig voneinander entwickelt. Sehr wahrscheinlich ist, dass die grundlegenden Bausteine für außerirdisches wie auch für irdisches Leben Kohlenstoff-Verbindungen sind, weil sich diese Verbindungen weitaus am besten für das Leben eignen.

Es wäre aber auch denkbar, dass unsere Vorstellungen von außerirdischen Lebensformen zu sehr auf unsere Erde fixiert sind. Zum Beispiel könnten Ökosysteme von diffusen Lebensformen in den Wolken im All wie in Zeitlupe ablaufen, weil die einzelnen Bausteine dieser Strukturen extrem weit voneinander entfernt sind. Auf der anderen Seite könnten auch mikroskopische Lebewesen auf Neutronensternen existieren. Dabei könnte wegen der schneller ablaufenden Prozesse eine ganze Evolution von einfachen zu komplexen Lebewesen in nur Tausenden von Jahren passieren. Allerdings beruht die Annahme solcher exotischen Lebensformen doch eher auf Spekulationen. Die wahrscheinlichere Annahme ist, dass außerirdisches Leben einfach auf den zahlreichen Exoplaneten zu finden sein wird.

Wir wollen uns nun mit den drei verschiedenen prinzipiellen Arten des Nachweises von außerirdischem Leben beschäftigen. Die erste Möglichkeit der Entdeckung von außerirdischem Leben ist, dass wir solches Leben in unserem eigenen Sonnensystem finden. Die beiden besten Kandidaten dafür sind der Planet Mars und der vereiste Jupitermond Europa. Die Entdeckung von Leben in unserem eigenen Sonnensystem hätte weitreichende Konsequenzen für Leben im gesamten Universum. Sollte nämlich selbst in unserem kleinen Sonnensystem Leben mehrfach unabhängig voneinander entstanden sein, kann man ruhig schließen, dass es überall im Kosmos von Leben nur so wimmelt.

Der Planet Mars ist unserer Erde am ähnlichsten und kann daher am wahrscheinlichsten ausgestorbenes Leben und eventuell sogar noch heute einfache Lebewesen beherbergen (Abb. 6). Der Mars besitzt an und für sich ziemlich lebensfeindliche Umweltbedingungen. Dazu gehören große Temperaturschwankungen von mehr als hundert Grad während eines Marstages, rostiger Staub und gewaltige Sandstürme sowie die Trockenheit an der Oberfläche. Am Mars gibt es aber auch ausgetrocknete Flussbette und Gesteinsschichtungen, die den Küstenlinien eines früheren Ozeans ähnlich sind. Wo das ganze Wasser heute hingekommen ist, weiß man nicht. Es könnte in den Weltraum entwichen oder aber im Permafrost des Bodens gebunden sein. Man hat am Mars auch heute noch existierende Wasservorkommen an den Polkappen und unter der Marsoberfläche nachgewiesen. Auf jeden Fall wird sich innerhalb der nächsten Jahre eine wahre Armada von Raumfahrzeugen zum Mars bewegen, um dort unter anderem auch zumindest nach Anzeichen von bereits ausgestorbenem oder vielleicht sogar heute noch existierendem einfachen Leben zu suchen. Der letztere Fall ist noch nicht ganz auszuschließen, wenn wir die extreme Widerstandskraft von irdischen Bakterien bedenken, die selbst unter widrigsten Umweltbedingungen überleben können.

Eine weitere Möglichkeit für Leben in unserem eigenen Sonnensystem besteht am Jupitermond Europa, der unter einer Eisschicht wahrscheinlich den größten Ozean im Sonnensystem beherbergt (Abb. 12). Die Eiskruste wirkt wie ein gigantischer Eislaufplatz, durchfurcht von Rillen. Das Interessante daran ist aber jetzt, dass die geborstenen Eisschollen von unten her aufgebrochen wurden und dann unter der enormen Kälte an der Oberfläche von mehr als –160 Grad Celsius gleich wieder zusammengefroren sind. Das setzt allerdings voraus, dass die darunterliegende Schicht flüssig ist. Tatsächlich weisen die Daten des Magnetfelds von Europa darauf hin, dass ein bis zu 90 Kilometer tiefes Meer die gesamte Oberfläche dieses Mondes bedeckt. Die Energiequelle, welche das Eis auf Europa im Inneren zum Schmelzen bringt, entsteht dadurch, dass das Innerste von Europa unterhalb des Ozeans, das hauptsächlich aus Gestein besteht, ununterbrochen durch die Gezeitenkräfte des nahen riesigen Jupiters durchgeknetet wird. Dadurch wird Energie erzeugt, und am Ozeanboden könnten Heißwasserschlote existieren, ähnlich den Schwarzen Rauchern auf der Erde. Dort könnten einzellige Lebewesen oder sogar auch komplexere Lebewesen, wie zum Beispiel Würmer, Quallen oder vielleicht sogar gigantische Tintenfische, existieren.

Jedenfalls bietet Europa ein geeignetes Ziel, um Leben außerhalb der Erde nachzuweisen. Das wird zunächst durch eine Raumsonde geschehen, die in eine Umlaufbahn um diesen Jupitermond einschwenken wird, um dessen eisige Oberfläche zu beobachten. Später könnte man dann mit einer Landeeinheit direkt diese Eisoberfläche erforschen, ob sich dort in dem aus der Tiefe hervordringenden und dann zu Eis erstarrenden Wasser Substanzen befinden, die auf Leben hinweisen. Schließlich könnte eine zweistufige Sonde, bestehend aus einem „Kryobot“ und „Hydrobot“, den Eispanzer durchdringen, um den darunterliegenden Ozean zu erreichen. Der Kryobot würde sich mittels der aus einer radioaktiven Energiequelle gewonnenen Hitze durch das Eis schmelzen. Im Ozean angekommen, würde dann der Hydrobot ausgesetzt. Dieser würde selbstständig Messungen durchführen und nach Leben suchen. Danach könnte er zum Kryobot zurückkehren, dort andocken, und beide würden sich schließlich auf den Weg zurück zur eisigen Oberfläche von Europa machen. Es steht außer Zweifel, dass diese Mission eine ziemliche Herausforderung darstellt, weil der Computer während der Reise unter die Eisoberfläche gänzlich auf sich allein gestellt wäre.

Die zweite grundsätzliche Möglichkeit der Suche nach außerirdischem Leben beschäftigt sich mit Planeten, die sich im näheren Bereich von einigen Dutzend Lichtjahren von der Erde entfernt um andere Sonnen bewegen. Dazu werden in den geplanten konkreten europäischen Missionen „Darwin“ und dem amerikanischen Gegenstück „Terrestrial Path Finder“ Raumteleskope in den Weltraum gebracht. Diese sollen Exoplaneten im sichtbaren und Infrarotbereich beobachten und analysieren. Aus dem Nachweis von bestimmten Bestandteilen in der Lufthülle dieser Planeten, wie Ozon, Kohlendioxid, Wasserdampf und Methan, könnte man ziemlich eindeutig auf die Existenz zumindest von einfachem Leben auf solchen Planeten schließen.

Kombinationen dieser Gase können nur in Lufthüllen von Planeten entstehen, die zumindest auch einfaches Leben, wie Sauerstoff produzierende Bakterien, oder gar Pflanzen beherbergen. Die Zusammensetzung der Luft auf der Erde ist durch lebende Organismen derart verändert worden, dass die Luft genau die vorher genannten Bestandteile beinhaltet. Zum Beispiel ist der Sauerstoff, der Ozon aufbaut, ein äußerst reaktionsfreudiges Element und wäre durch Reaktionen mit Gestein schon längst wieder aus der Luft verschwunden, wenn er nicht durch einfache Lebewesen ständig nachgeliefert würde. Der Sauerstoff hätte auch jegliches Methan oxidiert, sodass das gleichzeitige Vorkommen der beiden Gase Ozon und Methan bedeutet, dass sie offenbar von Lebewesen ständig erzeugt werden müssen. Eine Chemie, welche ohne das Zutun von Leben die obige spezielle Zusammensetzung der Lufthülle erreichen könnte, wäre äußerst merkwürdig und unwahrscheinlich.

Das Interessanteste und Spannendste wäre jedoch, wenn wir Signale von außerirdischen, technisch hoch entwickelten Zivilisationen empfangen würden oder sogar Kontakt mit ihnen aufnehmen könnten. Selbst wenn wir bisher noch nicht auf der Erde von intelligenten Aliens besucht wurden, sollte es nicht möglich sein, ein Radio- oder Lasersignal von ihnen zu empfangen? Wir selbst übermitteln auch schon unabsichtlich Signale, die eventuell von einer außerirdischen Zivilisation empfangen werden könnten, nämlich den gesamten Ausstoß der Radiowellen von unseren Fernseh- und Radiosendern.

Falls es wirklich außerirdische intelligente Lebewesen geben sollte, welche Dinge würden wir mit ihnen gemeinsam haben, und wodurch würden sie sich von uns unterscheiden? Nun, diese Intelligenzen werden ebenfalls aus Atomen bestehen und die wesentlichen Strukturen wahrscheinlich auch aus Kohlenstoff aufgebaut sein. Sollten sie Licht wahrnehmen können, würden sie ihre Sonne und einen ähnlichen Sternenhimmel erblicken wie wir auch. Sie würden ebenfalls die Weiten des Kosmos realisieren und sich auch ähnliche Fragen stellen wie wir: Was war vor dem Urknall? Ist das Universum unendlich? Gibt es ein Multiversum? Wodurch kam das Leben in den Kosmos? Gibt es ein höheres Wesen, welches den Kosmos schuf? Für uns sind die Antworten auf diese Fragen zumindest noch teilweise ein Rätsel, weil wir uns gerade am Anfang der Suche nach diesen befinden. Aber vielleicht gibt es Zivilisationen, die wesentlich weiter fortgeschritten sind als wir, und die daher diesen letzten Wahrheiten schon viel näher sind.

Die Signale technisch hoch entwickelter Aliens könnten auch von uns empfangen werden. Tatsächlich sucht man schon seit fast 50 Jahren im „SETI-Projekt“ (SETI: „Search for Extraterrestrial Intelligence“) nach derartigen Signalen von außerirdischen intelligenten Zivilisationen. Heute sind die Detektoren dafür Hunderte Milliarden Mal empfindlicher als zu Beginn dieser Suche. Es gibt zum Beispiel eine riesige neue Radioteleskopanlage, das „Allen Telescope Array“, bestehend aus einer Anordnung von 350 Einzelteleskopen mit jeweils sechs Metern Durchmesser, in Kalifornien. Dessen Finanzierung ist neben weiteren 200 Förderern auch durch den Microsoft-Mitbegründer Paul Allen gesichert. Erstmals wird in dieser Anlage die Suche nach Signalen von Außerirdischen der Hauptzweck sein. Mit dieser Anlage können dann gleichzeitig bis zu einer Million Sterne überwacht werden: ein gewaltiger Fortschritt in der Suche nach Außerirdischen.

Eine weitere Anlage, die bis 2020 fertig gestellt werden soll, ist das „Square Kilometer Array (SKA)“, in dem eine Vielzahl von Radioteleskopen über eine Fläche von rund einem Quadratkilometer verteilt ist. Etwa ein Drittel der Finanzierung wird von Europa, ein weiteres Drittel von den USA und schließlich das letzte Drittel von der restlichen Welt kommen. Das SKA wird den Ausstoß an Radio-, Fernseh- und Funkwellen von technischen Zivilisationen anderer Planeten bis zu einigen hundert bis etwa tausend Lichtjahren nachweisen können. Sie müssten zumindest in derselben Stärke sein wie die derzeit von der Erde erzeugten und in den Weltraum gesandten Wellen.

Das Nadelöhr in dieser Suche sind jedoch nicht so sehr die Teleskope, sondern ist die Auswertung der Daten durch Computer. Man muss ja aus dieser immensen Datenflut des Radiospektrums, das heißt den unterschiedlichen Wellenlängen im Radiowellenlängenbereich, intelligente Signale herausfiltern. Und das nicht nur für ein einziges Sternsystem, bestehend aus einer anderen Sonne und den sich um diese bewegenden Planeten, sondern für unzählige Sterne in unserer Milchstraße. Für die Analyse dieser Daten hat man den leistungsfähigsten Computer der Welt aus dem Zusammenschluss von fast einer halben Million verschiedener Personal Computer mit dem Namen SETI@home geschaffen. Die Leistungsfähigkeit dieses Computers übertrifft die des größten einzelnen Supercomputers auf der Welt noch um beinahe das Doppelte. Die Computerleistung wird aber generell auch in Zukunft noch weiter rasant zunehmen. Die Dichte der Schaltungen, die auf Mikrochips geätzt werden, verdoppelt sich im Einklang mit dem Gesetz von Gordon Moore, einer der Gründer des Chipherstellers Intel Corporation, alle 18 Monate. Obwohl dieser Miniaturisierung Grenzen gesetzt sind, könnte die Nanotechnologie, in der geeignete Atome Stück für Stück in Computer eingebaut werden, das Moorsche Gesetz noch um weitere 30 Jahre verlängern.

Durch diese Fortschritte kann dann eine immer größere Datenmenge analysiert werden, um Signale intelligenter Zivilisationen herauszufiltern. Man wird zunächst einmal nach solchen Signalen lauschen, bevor man daran gehen wird, auch etwas zu senden. Eine echte Kommunikation wäre nämlich mehr als mühsam. Jeder Dialog würde mindestens Jahrzehnte dauern, weil die nächsten bewohnbaren Planeten bereits Dutzende Lichtjahre entfernt sind und die Informationen höchstens mit Lichtgeschwindigkeit übermittelt werden könnten.

Eine Formel für die Wahrscheinlichkeit außerirdischer intelligenter Zivilisationen, mit denen wir kommunizieren könnten, wurde erstmals 1960 vom Forscher Frank Drake (*1930) aufgestellt. Sie errechnet einen Wert zwischen eins bis zu 20 Millionen solcher technischen Zivilisationen in unserer Milchstraße. Die Ungenauigkeit dieser Vorhersage beruht darauf, dass wir nur sehr wenig über die Wahrscheinlichkeiten der Entstehung des Lebens, der Entwicklung von einfachen Lebewesen zu technisch hoch entwickelten Zivilisationen und die Lebensdauer von derartigen Zivilisationen wissen. Die untere Grenze von nur einer solchen Zivilisation bedeutet, dass es nur eine, nämlich unsere eigene, geben würde. Die obere Grenze bedeutet, dass es bis zu 20 Millionen solcher Zivilisationen allein in unserer Milchstraße geben könnte. Dies ist eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit. Bis jetzt hat man aber noch keine Signale von intelligenten Aliens entdeckt, und unsere Milchstraße scheint zu schweigen.

Wenn es aber so viele hoch entwickelte Zivilisationen gibt, wo sind sie dann? Müsste es nicht auch weitaus weiter entwickelte Zivilisationen als die Menschheit geben, die bereits vor Millionen bis Milliarden Jahren entstanden sind und inzwischen die Milchstraße mit ihren technischen Errungenschaften überschwemmt haben? Sollten wir diese oder sie uns nicht längst entdeckt haben? Diese bedeutenden Fragen stellte sich auch der Physiker Enrico Fermi (1901–1954) im Jahr 1943. Sie wurden unter der Bezeichnung „das Fermi-Paradoxon“ berühmt.

Es gibt mehrere Antworten auf das Fermi-Paradoxon. Eine Antwort wäre, dass der Aufwand einer Kolonisierung der gesamten Milchstraße viel zu hoch wäre. Viel günstiger und effektiver wäre der Aufbau riesiger Kolonien im eigenen Sonnensystem oder nur in der nächsten Nachbarschaft. Eine andere Erklärung ist die sogenannte Zoo-Hypothese. Diese besagt, dass die Außerirdischen die Erde als ein Naturreservat betrachten, das nicht von außen in seiner Entwicklung gestört werden darf. Intelligente Aliens würden uns zwar beobachten, aber vor uns verheimlichen, dass es sie gibt. Die primitiven Gelüste der Menschheit nach Macht, Besitz und Brutalität gepaart mit Kriegen und Terrorismus sind vielleicht so ausgeprägt, dass fortgeschrittene galaktische Zivilisationen keinen Kontakt mit uns wünschen. Man wirft höchstens gelegentlich einen Blick auf diese Wildnis, genannt Erde. Oder anders ausgedrückt, der beste Beweis für die Existenz von außerirdischer Intelligenz ist vielleicht, dass sie mit uns noch keinen Kontakt aufgenommen hat.

Eine weitere mögliche Erklärung für das Fermi-Paradoxon liefert die Ungeziefer-Theorie. Sie besagt Folgendes: Ist eine technische Zivilisation auf irgendeinem Planeten zu aggressiv, wird sie sich durch einen nuklearen Krieg oder durch eine Klimakatastrophe selbst auslöschen oder zumindest entscheidend zurückgeworfen werden. Dieses „Ungeziefer“ wird im Universum also automatisch vernichtet. Eine derartige Zivilisation wird daher auch niemals die Möglichkeit haben, die Weiten des Weltraums zu erkunden. Es ist also in den physikalischen Gesetzen des Universums eine Art von Notbremse eingebaut, die die Ausbreitung von Aggressivität im Universum verhindert.

Die Menschheit befindet sich, wie wir vorher diskutiert haben, offensichtlich im Grenzbereich zu einem solchen „Ungeziefer“, weil sie zumindest schon die Möglichkeit geschaffen hat, sich selbst in einem globalen nuklearen Krieg oder durch eine Klimakatastrophe zu vernichten. Dieser Theorie zufolge könnten außerirdische Lebewesen, die die interstellare Raumfahrt beherrschen, im schlimmsten Fall die Aggressivität der Menschen besitzen. Denn wären sie nur etwas aggressiver als die Menschheit, hätten sie sich selbst ausgelöscht, bevor sie die Weltraumfahrt aufnehmen könnten. Damit wären extrem aggressive Außerirdische, die die Erde besuchen, wie zum Beispiel in den Science-Fiction-Filmen „Independence Day“ oder „Alien“ gezeigt, wohl nicht möglich. Durch die Ungeziefer-Theorie könnte aber auch allgemein die Lebensdauer von technischen Zivilisationen enorm herabgesetzt werden, weil sie sich durch einen nuklearen Holocaust früher oder später auslöschen würden. Falls es viele solcher außerirdischen Zivilisationen geben würde, wäre die Chance auf gleichzeitig existierende technische Zivilisationen, die miteinander kommunizieren könnten, dadurch entscheidend reduziert.

Manche der obigen Erklärungen des Fermi-Paradoxons klingen seltsam. Ist es auch möglich, dass wir allein in unserer Galaxie sind? Einige Wissenschaftler behaupten, die speziellen positiven Bedingungen der Erde für die Entwicklung von Leben seien Ausnahmeerscheinungen. Diese Ansicht wird von den beiden Wissenschaftlern Peter D. Ward und Donald Brownlee in ihrem Buch „Unsere einsame Erde“ (2000) vertreten. Sie zählen eine ganze Reihe von Bedingungen auf, welche die Erde besitzt, um Leben zu beherbergen, die bei den meisten Exoplaneten nicht vorhanden sein würden. Um Leben während der langen Zeit der Entwicklung zu beherbergen, sollte ein Planet nicht zu nah, aber auch nicht zu weit entfernt von seiner Sonne sein, weil es sonst zu heiß beziehungsweise zu kalt ist. Es sollte einen benachbarten großen Planeten geben, wie in unserem Sonnensystem der Jupiter, der die meisten Asteroiden und Kometen anzieht und abfängt. Auch muss sich ein solcher Planet in den äußeren Gebieten unserer Milchstraße befinden, sodass die Sterne nicht zu gedrängt sind. Zum Beispiel ist nahe dem Zentrum der Milchstraße die Dichte der Sterne bis zu einer Million Mal größer als in unserer Nachbarschaft. In diesem Fall würde bald ein sich nahe vorbeibewegender Stern Planeten in eine Bahn lenken, die den Planeten von der eigenen Sonne und damit von seiner Wärmequelle wegführt.

Selbst wenn es eine zweite Erde geben würde, wissen wir nicht viel über die Wahrscheinlichkeit der Entstehung von Leben und die Entwicklung von einfachen Lebewesen bis zu einer technischen Zivilisation. Wir wissen nur, was auf der Erde passierte. Am Anfang vor 4,5 Milliarden Jahren bestand die Oberfläche der Erde aus einem die ganze Welt umspannenden Lavasee aus flüssigem Gestein, dem Magma. Durch den Aufprall von kleinen und größeren Himmelskörpern, die auf dem Planeten einschlugen, wurde die Erde ununterbrochen aufgeheizt. Etwa eine halbe Milliarde Jahre später verfestigte sich die Erdkruste, weil dieses Bombardement nachließ. Die Erdkruste bildete sich, und darüber entstand die erste richtige Atmosphäre der Erde, die hauptsächlich aus Wasserdampf bestand.

Es ist noch nicht ganz geklärt, woher diese riesigen Mengen des irdischen Wassers kommen, die heute hauptsächlich in den Ozeanen der Erde gespeichert sind. Es könnte durch vulkanische Tätigkeit entstanden sein oder auch von den in der Frühzeit der Erde einschlagenden Asteroiden und Kometen stammen. Die Temperatur sank schließlich unter hundert Grad Celsius, der gesamte in der Atmosphäre befindliche Wasserdampf fiel in einem 40.000 Jahre lang dauernden Regen auf die Erde herab und es bildeten sich die ersten Ozeane. Damit wurde die Erde vor etwa 3,8 Milliarden Jahren auch bewohnbar. Interessanterweise gibt es Hinweise, dass gleich nachdem die Erde für Lebewesen bewohnbar wurde, auch die ersten einfachen Lebensformen tatsächlich die Erde bevölkerten. Man kann daher annehmen, dass die Entstehung von Leben gar nicht so ein unwahrscheinlicher Prozess zu sein scheint, sondern automatisch auftritt, sobald es die richtigen Umweltbedingungen gibt.

Es dauerte jedoch noch mehr als drei Milliarden Jahre, bis sich die einfachen Lebensformen auf der Erde vom Einzeller zu mehrzelligen Lebewesen und schließlich erst in der letzten halben Milliarde Jahre zur technischen Zivilisation der Menschheit entwickelten. Dieses Ungleichgewicht lässt vermuten, dass sich einfache Lebewesen häufig bilden, während es größere Barrieren für die Entwicklung zu Mehrzellern und schließlich zu technischen Zivilisationen zu geben scheint. Zum Beispiel traten in der Erdgeschichte immer wieder Massensterben auf. So sind allein in der letzten halben Milliarde Jahre sechs solcher Ereignisse bekannt, bei denen gravierende Einschnitte in der Anzahl der Arten erfolgten. Die Ursache dafür sind Einschläge von Asteroiden oder Kometen, Klimaänderungen oder gewaltige Vulkanausbrüche. Intelligenz könnte daher im Universum eher selten sein, während einfache Lebensformen weit verbreitet sein würden. Auf der anderen Seite stellte jedes Massensterben auch einen neuen Anfang dar. Neue Arten, die zuvor nur eine Randerscheinung des Lebens waren, dann aber mit den veränderten Umweltbedingungen besser zurechtkamen, besetzten die frei gewordenen Nischen. Das beste Beispiel ist die Ablöse der Dinosaurier durch die Säugetiere. Erst nach dem Einschlag des großen Asteroiden vor 65 Millionen Jahren, der die Dinosaurier ausrottete, konnten sich die damals nur kaninchengroßen Säugetiere, die vorher ein verstecktes Leben neben den mächtigen Dinosauriern führen mussten, weiterentwickeln und unter den jagenden und sammelnden Tieren ihre Stellung entscheidend ausbauen.

In der Frage der Entwicklung vom Einzeller zur Intelligenz gibt es zwei Gruppen von konkurrierenden Wissenschaftlern. Die eine Gruppe behauptet, dass die Entstehung von Intelligenz aus einfachen Lebewesen ein außergewöhnlicher Zufall im Universum ist, während die andere Gruppe annimmt, dass diese Entwicklung immer wieder möglich ist und passieren kann. Den Ausschlag gibt aber nicht nur die Anzahl von außerirdischen intelligenten technischen Zivilisationen, sondern vor allem auch die Zeitdauer, in der diese existieren, bevor sie wieder zugrunde gehen. Es muss nämlich in unserer Galaxie mehrere hoch entwickelte technische Zivilisationen zur gleichen Zeit geben, sodass sie auch voneinander Signale empfangen könnten. Die Frage der Lebensdauer von solchen Zivilisationen ist von großer Bedeutung für die Möglichkeit zur Kommunikation mit diesen Lebewesen.

Schauen wir uns als Beispiel die Menschheit an. Erst seit höchstens hundert Jahren sind wir in der Lage, Radiosignale zu empfangen und zu analysieren. Wenn man das mit dem Alter unseres Planeten von etwa 4,5 Milliarden Jahren in Beziehung setzt, entspricht das nicht einmal einem kosmischen Lidschlag. Wenn wir annehmen, dass das Alter unserer Erde einem Jahr entspricht, dann entspricht die bisherige Lebensdauer unserer technischen Zivilisation gerade einmal einer Hundertstel Sekunde. Wie wir jedoch vorher gesehen haben, ist eine hoch entwickelte technische Zivilisation durch Gefahren aus dem Weltall, wie Asteroiden und Kometen, durch Naturkatastrophen, wie Erdbeben und Vulkanismus, Erdrutsche und Lawinen oder Unwetter und Dürren, extrem gefährdet. Aber vor allem hausgemachte Gefährdungen einer nuklearen oder ökologischen Apokalypse können die Lebensdauer einer technischen Zivilisation auf eine extrem kurze Spanne verkürzen. Die Frage der Entwicklung und Überlebensdauer von hoch entwickelten technischen Zivilisationen ist jedenfalls die große Unbekannte, ob wir intelligentes Leben werden entdecken können oder nicht.

Persönlich bin ich aber optimistisch, dass wir auch außerirdische Intelligenzen entdecken werden, weil allein in unserer Galaxie bewohnbare Planeten in der Größenordnung von mehreren Milliarden existieren. Man sollte aus der bisher erfolglosen Suche nach intelligentem Leben nicht schließen, dass es keine nachweisbaren Signale von intelligenten Lebewesen aus dem All gibt. Es wurde bis jetzt nämlich nur ein geringer Teil aller Sterne und nur ein winziger Teil des Radiospektrums untersucht, und das nur für einige wenige Minuten. Wir stehen erst am Anfang unserer Suche nach außerirdischen Intelligenzen. Aber selbst wenn die Erfolgswahrscheinlichkeit für SETI sehr klein ist, lohnt es sich in Anbetracht der Bedeutung dieses Unterfangens allemal, die Suche nach außerirdischer Intelligenz fortzusetzen und zu intensivieren.

Sollten übrigens wirklich einmal Außerirdische in Ihrem Garten landen, so sollten Sie Verschiedenes beachten: Stellen Sie sicher, dass Sie nicht unter Drogen stehen, fotografieren oder filmen Sie das Objekt, antworten Sie friedlich und so weiter. Weitere ausführliche Ratschläge erhalten Sie in dem Buch „Unglaublich einfach. Einfach unglaublich.“ von Werner Gruber.

Zusammenfassend scheint unsere irdische Zivilisation nun an dem Punkt angelangt zu sein, in dem es in den nächsten Jahrzehnten möglich wird, tatsächlich erstmals außerirdisches Leben nachweisen zu können. Es ist schon aufregend, dass es wahrscheinlich unserer Generation vorbehalten sein wird, diese epochale Entdeckung machen zu dürfen. Dies könnte in unserem Sonnensystem durch Missionen zum Planeten Mars oder zum Jupitermond Europa der Fall sein. Oder durch die Untersuchungen der Lufthüllen von Exoplaneten. Und schließlich vielleicht sogar durch die Analyse von Signalen außerirdischer Intelligenzen. Derzeit stehen bei einem britischen Buchmacher die Wetten eines Beweises von außerirdischem Leben auf hundert zu eins. Diese Entdeckung müsste vom britischen Premier offiziell innerhalb eines Jahres nach Platzierung der Wette bestätigt werden. Ich würde sogar die Wahrscheinlichkeit der Entdeckung außerirdischen Lebens wesentlich größer einschätzen, weil ich glaube, dass wir dieses bereits innerhalb der nächsten drei Jahrzehnte entdecken werden. Die Wettquote wäre in diesem Fall also dreißig zu eins. Sollten wir wirklich derartiges Leben finden, wäre das wohl eine der großartigsten wissenschaftlichen Errungenschaften in der gesamten Menschheitsgeschichte. Ein Nachweis von außerirdischen intelligenten Lebensformen oder sogar ein Kontakt mit solchen Lebewesen würde jedenfalls auch unsere philosophischen und religiösen Gedankengebäude bis in die Grundfesten erschüttern.

Kann das alles Zufall sein?

Können wir das Universum erklären?

Die Erklärung und das Verständnis des Aufbaus und der Entwicklung des Universums in einem Buch scheinen zunächst ein unmögliches Unterfangen, ohne dafür mathematische Hilfsmittel in Anspruch zu nehmen. Trotzdem kann man meiner Ansicht nach die wesentlichen Erkenntnisse, die wir in den letzten Jahren und Jahrzehnten über unser Universum gewonnen haben, auch ohne Mathematik vermitteln.

Wenn man heute die Zeitung öffnet, liest man über Konflikte um Grenzen oder Eigentum, über Krieg und Frieden oder über Kultur, Unterhaltung und Sport. Aber die meisten täglichen Neuigkeiten sind in ein paar Tagen oder Wochen schon wieder vergessen. Denn was sind Wochen und Monate im Vergleich zu den Äonen des Kosmos. Obwohl wir uns alle auch mit unseren Alltagsproblemen beschäftigen und herumschlagen müssen, sind wir doch stets neugierig, wie das große Bild des Universums und unseres Daseins darin aussieht. Als Bürger des Universums stellen wir uns die Frage, wie dieses entstand und sich weiterentwickelte. Wir fragen uns, wie zum Beispiel das Licht gebildet wurde, auf welche Weise Sterne entstehen, leben und sterben oder wie das Leben in unser Universum kam.

Dazu gibt es zwei Erklärungen: von den Religionen und den Naturwissenschaften. Wenn wir etwa das erfolgreichste Buch der Menschheit – die Bibel – aufschlagen, was finden wir im Anfangskapitel? Eine Darstellung, wie unser Universum und dessen Bestandteile, also Licht, Sterne und Leben, geschaffen wurden.

Die moderne Naturwissenschaft ist inzwischen so leistungsfähig geworden, dass sie sehr wohl erstmals in der Lage ist, grundsätzliche Fragen des Universums und damit auch über unser Dasein zu beantworten. „Wie ist das Universum entstanden und wie wird es enden?“, „Woher kommen wir?“, „Wohin gehen wir?“ und „Wie kam das Leben ins Universum?“ sind Überlegungen, die früher fast ausschließlich ein Tummelplatz für Mythen, Geschichtenerzähler, Philosophen oder Theologen waren. Sie können aber heute viel wahrheitsgetreuer von den Naturwissenschaften beantwortet werden. Die Naturwissenschaften haben die Religionen sogar bereits überholt, weil sie Antworten auf grundlegende Fragen auf der Spur sind, die in den Schriften der Religionen nicht einmal vorkommen, wie „Was war vor dem Urknall?“, „Gibt es Leben außerhalb der Erde?“ oder „Existieren andere Universen?“.

Es gibt mehrere Möglichkeiten und Ansätze, um unser Universum und die damit zusammenhängenden grundlegenden Fragen zu analysieren und zu verstehen. Dazu gehören die naturwissenschaftliche, die geisteswissenschaftliche und die theologische Betrachtungsweise. Während dabei die Naturwissenschaft vor allem das „Wie“ in unseren grundlegenden Fragen zu erklären versucht, legen Philosophen und Theologen ihr Hauptaugenmerk mehr auf das „Warum“. Dazu folgender Vergleich, den ich vor Kurzem ausgerechnet von einem Geistlichen gehört habe. Die Frage lautete: „Was ist der Unterschied zwischen einem Physiker, Philosophen und Theologen in der Suche nach der letzten und grundlegenden Wahrheit des Universums?“ Die Antwort: „Der Physiker sucht in einem finsteren Raum nach einer vorhandenen schwarzen Katze. Der Philosoph sucht in einem finsteren Raum nach einer nicht vorhandenen schwarzen Katze. Schließlich sucht der Theologe in einem finsteren Raum nach einer nicht vorhandenen schwarzen Katze und schreit begeistert: ‚Ich habe sie gefunden!‘“

Der tiefere Sinn in diesem Vergleich ist natürlich, dass für Naturwissenschaftler tatsächlich Beobachtungen und Experimente – in der Geschichte die schwarze Katze – ein integraler Bestandteil ihrer Suche nach der letzten Wahrheit sind. Mit diesem Spannungsfeld zwischen Naturwissenschaft, Geisteswissenschaft und Religion werden wir uns in diesem Kapitel noch öfter beschäftigen.

Allgemeiner gesprochen, können die Religionen mehrere Möglichkeiten der letzten Wahrheit verkünden, weil der Fantasie des Menschen praktisch keine Grenzen gesetzt sind. Daher existieren auch mehrere Religionen in verschiedensten Glaubensvarianten, deren jeweilige Inhalte einmal festgelegt wurden, sich dann aber mit der Zeit kaum mehr änderten. Hingegen stellt die Natur selbst in den Naturwissenschaften einen strengen Richter dar, der entscheidet, was im Universum real ist und was nicht. Deswegen gibt es in den Naturwissenschaften nur Gesetze, die aber nicht dogmatisch für immer gelten müssen, sondern durch neue Experimente oder bessere Theorien stets revidiert werden.

Auf der Erde existiert eine Unzahl von verschiedenen Religionen, Konfessionen oder auch Sekten, die fast alle behaupten, die alleinige Wahrheit zu verkünden. Die spezielle Religionsansicht eines einzelnen Menschen wird aber überwiegend durch äußere Einflüsse bestimmt. Das Gebiet der Erde, in dem man geboren wurde, die Religion der Eltern und der Familie sowie das religiöse Umfeld, in dem man aufwächst, sind dafür ausschlaggebend. Wenn Sie sich aber vorstellen, dass unter all den Religionen nur eine einzige richtig sein kann, ist die Wahrscheinlichkeit in dieser Riesenlotterie äußerst gering, dass Sie genau mit Ihrer Religion richtigliegen. Wenn man den kleinsten gemeinsamen Nenner aller Religionen nimmt, so ist es wohl der, dass es einen Gott oder vielleicht auch mehrere Götter gibt. Sie erhöhen daher logischerweise Ihre Chance, die richtige Wahrheit zu wählen, wenn Sie nicht an ein spezielles ausgefeiltes Religionsgebäude glauben, sondern Ihrem Weltbild nur den darüberstehenden Gott zugrunde legen.

Ich möchte hier nicht den Religionen ihren Sinn absprechen, weil sie sehr wohl eine wichtige Aufgabe haben, einen allmächtigen und unendlichen Gott den Menschen verständlich zu machen. Was ich jedoch in keiner Weise verstehen und teilen kann, ist der in den einzelnen Religionen mehr oder weniger ausgeprägte alleinige fundamentalistische Wahrheitsanspruch. Nicht nur, dass die Chance, dass die eigene Religion die wahre ist, sehr klein ist, hat dieser Wahrheitsanspruch auch unsägliches Leid über die Menschen auf der Erde gebracht. Religionskriege und Terrorismus gehören zu den grausamsten, brutalsten und mit der größten Erbitterung geführten Auseinandersetzungen in der Menschheitsgeschichte.

Wir wollen uns nun fragen, warum es uns überhaupt möglich ist, unser Universum auf der einen Seite so gut zu beschreiben, obwohl auf der anderen Seite manches davon für uns so gar nicht anschaulich wirkt. Vor allem überrascht die Tatsache, dass wir offensichtlich unser Universum vom Urknall bis heute sowie bis zu den fernsten sichtbaren Grenzen unseres Universums erklären und verstehen können. Man kann sich schwer vorstellen, dass die Zahlen und Gleichungen, mit denen wir an unseren Schreibtischen und Computern herumspielen, etwas mit der wirklichen Welt zu tun haben. Obwohl wir durch die respektablen theoretischen und experimentellen Leistungen vieler bedeutender Wissenschaftler zu einem Verständnis unseres Universums gelangt sind, heißt das noch lange nicht, dass das Modell nun vollständig ist. Es wird immer noch offene Fragen und zu klärende Tatsachen geben. Es existieren beispielsweise im wahrsten Sinne des Wortes auch noch dunkle Seiten in unserem Verständnis des Kosmos. Wir haben etwa keine Ahnung, woraus die Dunkle Materie besteht und was es mit der Dunklen Energie auf sich hat.

Schon Albert Einstein hat sich gewundert, warum wir unser Universum überhaupt verstehen können, indem er sagte: „Das Unverständlichste an unserem Universum ist, dass es sich verstehen lässt.“ Damit will er sagen, das unsere naturwissenschaftlichen Gesetze die Vorgänge im Universum beschreiben können, was ja nicht von vornherein selbstverständlich ist. Außerdem sind diese Gesetze nicht nur auf unserer Erde, sondern offensichtlich überall und immer im Kosmos gültig. Es könnte ja auch sein, das sich diese Gesetze in unterschiedlichen Orten und zu verschiedenen Zeiten gänzlich von den Gesetzen, die wir auf der Erde gefunden haben, unterscheiden. Der Naturwissenschaft wäre es dann nicht möglich, das Universum bis zum Beginn im Urknall und zu den Grenzen unseres Kosmos zu beschreiben. Es stellt schon eine wundersame Fügung dar, dass unser Universum so eingerichtet ist, dass es zumindest einem Flecken Intelligenz mit dem Namen Menschheit gelingt, unseren Kosmos bis an die für uns einsehbaren räumlichen und zeitlichen Grenzen zu verstehen. Kurz gesagt, ich staune, dass wir darüber nicht mehr staunen.

Bald nach der Entstehung der Erde vor 4,5 Milliarden Jahren, schon nach etwas mehr als einer halben Milliarde Jahre, entstanden darauf bereits erste einfache Lebensformen. Seitdem entwickelte sich aufgrund der natürlichen Auslese im Lauf von Millionen und Milliarden Jahren durch Mutation und Auswahl das Leben auf der Erde immer weiter. Das heißt, dass es immer wieder zu Veränderungen des Erbguts eines Organismus kommt, von dem die am besten an die Umwelt oder ihrer Änderungen angepassten Pflanzen und Tiere Vorteile in ihrer Überlebensfähigkeit besitzen. Auf diese Weise entwickelten sich in Jahrmillionen aus den Einzellern die Mehrzeller, Kriechtiere, Wirbeltiere und schließlich die Säugetiere.

Die Natur hat über Jahrmillionen aber auch am Menschen selbst modelliert. Diese Entwicklung der bevorzugten Varianten beschränkte sich aber nicht nur auf den Körper, sondern optimierte auch die Gehirnfunktionen und damit die sprachlichen, mathematischen und kulturellen Fähigkeiten des Menschen. Unser Gehirn besteht aus hundert Milliarden Nervenzellen, das sind biochemische Schaltstellen, deren Anzahl mit jener der Sterne in unserer Milchstraße vergleichbar ist. Jeder dieser Schalter kann beliebig verschiedene Stellungen einnehmen. Die geballte Ladung an Gehirnzellen schwimmt in einer mit über tausend Chemikalien angereicherten Flüssigkeit. Dieses komplexe Gebilde variiert in Abhängigkeit von Alter, Jahreszeiten, Belastung, Ernährung, Temperatur und hundert anderen Einflüssen, die im Lauf von Millionen Jahren optimiert wurden. Der Erkenntnisapparat ist nichts anderes als das Ergebnis der Evolution auf der Erde. Unser Gehirn bildet die Umwelt optimal ab, weil eine solche Übereinstimmung ein bestmögliches Überleben ermöglicht.

Unser Verstand erlaubt uns nicht nur unsere unmittelbare, tägliche Umwelt, sondern auch die Vorgänge im gigantischen Weltall und die Prozesse im winzigen Atom zu beschreiben. Und das, obwohl der Makro- und der Mikrokosmos so gänzlich unterschiedlich zu der von uns wahrgenommenen Welt sind, die sich in der Mitte zwischen Makro- oder Mikrowelt befindet. Für uns sind die Relativitäts- und die Quantentheorie nicht anschaulich, weil wir in unserer Anpassung an die Umwelt im Verlauf der Evolution uns nicht annähernd mit Lichtgeschwindigkeit bewegt oder die Größe eines Atoms erreicht haben. Alle Experimente und Beobachtungen zeigen jedoch, dass die mathematischen Konstrukte der Speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie sowie der Quantentheorie die Vorgänge im Mikro- und Makrokosmos vollkommen richtig beschreiben. Warum passen dann aber derartige Theorien so gut zur makro- und mikroskopischen Realität, wenn deren Auswirkungen niemals in der natürlichen Auslese während der Entwicklung der Menschheit von irgendwelcher Bedeutung waren?

Die Antwort dieses eigentlich unverständlichen Erfolgs liegt in unserem Abstraktionsvermögen und der darauf basierenden Mathematik. In unserer Vergangenheit im Lauf der Evolution war Abstraktionsvermögen sehr wohl für unser Überleben von Vorteil. Wenn ein buschiger Schwanz hinter einem Gebüsch hervorschaute, war es im wahrsten Sinne lebensnotwendig, wenn unsere Vorfahren sich vorstellen konnten, dass hinter dem Strauch ein Säbelzahntiger hockte, obwohl sie nur dessen Schwanz gesehen haben. Wir lernten also Dinge, die wir gar nicht direkt wahrgenommen haben, mithilfe unserer Gehirnfunktionen zu ergänzen. Diese Mustererkennung ist jedoch bereits der Grundstein unseres Abstraktionsvermögens. Sie entstand aus Notwendigkeiten, die für das Überleben nützlich und unverzichtbar waren. Anders ausgedrückt, hatten Individuen mit ausgeprägten Fertigkeiten in dieser Richtung einen eindeutigen Vorteil in der natürlichen Auslese.

Einer der weiteren wichtigsten Entwicklungsfortschritte in der Abstraktion war die Einführung des Zahlenbegriffs. Der Zahlenbegriff entstand zunächst einfach durch die Abzählung von Gegenständen. Unsere Vorfahren kannten anfangs nur die Zahlwörter „eins“, „zwei“, und „viele“, wie sie der noch heute im Amazonasbecken lebende ursprüngliche Stamm der Pirahã mit nur noch weniger als 200 Angehörigen kennt. Dies war schon die erste Stufe zur Mathematik. Dass vier Vögel und vier Fische gleich viele Tiere sind, war unseren entfernten Vorfahren noch nicht klar.

Jeder von Ihnen hat im Alter von etwa drei Jahren einen gewaltigen Schritt im Abstraktionsvermögen vollzogen, als Sie nämlich dem Zahlenbegriff auf die Spur kamen. Auf einmal gab es für Sie die Zahl 4 auch ohne vier Fische oder vier Tiere. Später, als Sie in die Schule kamen, erfolgte dann der nächste gewaltige Abstraktionsschritt, als Sie die Rechnung 2 + 2 = 4 durchführten. Ich meine hier nicht: zwei Finger und zwei Finger sind vier Finger oder zwei Äpfel und zwei Äpfel sind vier Äpfel, sondern die wesentlich schwierigere Aufgabe der Addition von Zahlen in 2 + 2 = 4.

Die Schaffung und Anwendung des abstrakten Zahlenbegriffs ist für mich überhaupt einer der größten Fortschritte des menschlichen Geistes. Die gesamte Mathematik stellt dann eigentlich nur eine konsequente Weiterentwicklung des vorher beschriebenen Abstraktionsvermögens dar. Mir scheint der Fortschritt der ersten Abstraktionsstufen, wie der Zahlenbegriff oder die Addition von Zahlen, aber zumindest ein genauso großer Schritt zu sein wie zum Beispiel die Herleitung der Relativitätstheorie durch Albert Einstein oder der Quantentheorie durch Erwin Schrödinger (1887–1961).

Trotzdem stellt sich nach wie vor die Frage, warum natürliche Phänomene, die außerhalb unserer unmittelbaren Umwelt im Makro- oder Mikrokosmos liegen, so gut durch unsere mathematischen Konstrukte beschrieben werden können. Und das, obwohl sie für uns oftmals so gar nicht anschaulich sind. Ich bin jedenfalls immer aufs Neue überrascht, warum neue physikalische Theorien unser Universum vom Kleinsten bis zum Größten und bis zu den Grenzen von Raum und Zeit erklären. Offensichtlich ist unser Abstraktionsvermögen in der Mathematik so mächtig, dass wir auch diese uns fremdartigen Szenarien beschreiben können. Denken Sie daran, dass es für Mathematiker kein Problem darstellt, das Volumen einer Hyperkugel zum Beispiel in einem beliebig dimensionalen Raum zu berechnen. Realisiert ist aber in unserem Universum normalerweise nur eine Kugel im dreidimensionalen Raum. Verallgemeinert ausgedrückt, haben die meisten Gebiete der Mathematik keinerlei Entsprechung in der Natur, sondern bestehen nur in unserem Geist.

Dazu zählt auch die Frage, ob die Mathematik nun zur Geistes- oder Naturwissenschaft gehört. Meiner Meinung nach eigentlich zu beiden, obwohl der geisteswissenschaftliche Aspekt bei Weitem dominiert. Denn die Konzepte der Mathematik sind eben nur zu einem geringen Teil auch in der Natur anwendbar und realisiert.

Jedenfalls weiß das Universum nicht, dass es etwa durch das Gravitationsgesetz beschrieben werden soll. Trotzdem verhält sich die Natur genau so wie das Gravitationsgesetz, das es eigentlich nur in unserem Geist gibt. Obwohl wir ein so winziger und unbedeutender Teil in den Weiten des unendlichen Universums sind, bleibt uns doch die Genugtuung, dass wir die grundlegenden Vorgänge und Prozesse im Kosmos so gut nachvollziehen können. Aus diesem Grund könnte es sein, dass wir vielleicht doch nicht eine so gänzlich unbedeutende Rolle im Universum einnehmen. Ich bin nicht der Meinung, wie sie manche religiöse Kreise vertreten, dass die Annahme eines unendlichen Universums oder Multiversums die Menschheit zur Beliebigkeit und Bedeutungslosigkeit herabwürdigt. Im Gegenteil, denn wir können nämlich diese Weltenkonstrukte auch verstehen, beschreiben und analysieren. Und zumindest die Grundzüge dieses Universums können nicht nur von Wissenschaftlern, sondern auch zum Beispiel von Ihnen, den Leserinnen und Lesern dieses Buches, verstanden werden. Auf diese Weise sind wir alle mit dem grandiosen Weltgebäude des Kosmos auch in engster Weise verbunden.

Ein lebensfreundlicher Kosmos?

Eine der wohl am meisten überraschenden neuen Erkenntnisse der modernen Naturwissenschaften ist wohl der Zusammenhang zwischen fundamentalen physikalischen Grundgrößen, die unser Universum bestimmen, und der Existenz von Leben. Ich hätte mir nie träumen lassen, dass Erkenntnisse aus der modernen Astrophysik und Kosmologie irgendeine Bedeutung für so weit entfernte Wissensgebiete wie Philosophie und sogar Theologie erlangen können. Es überrascht wohl doch sehr, dass ich als Astrophysiker und Kosmologe zu Vorträgen und Diskussionen an Jesuiten-Universitäten, evangelischen Akademien oder zu philosophischen Kongressen und Seminaren eingeladen werde. Diese Bedeutung und Auswirkungen, die offensichtlich die moderne naturwissenschaftliche Forschung auf gänzlich andere Wissensgebiete ausübt, hängen vor allem damit zusammen, dass die Werte von grundlegenden physikalischen Parametern im Universum für das Leben optimiert und begünstigt sind beziehungsweise die Existenz von Leben überhaupt erst ermöglichen.

Würden sich manche Naturkonstanten nur minimal von ihrem Wert in unserem Universum unterscheiden, wäre ein totes und steriles Universum ohne Leben entstanden. Dieser Zusammenhang wird von den Naturwissenschaftlern als „Kosmologische Feinabstimmung“ und von den Philosophen als „Anthropisches Prinzip“ bezeichnet und gehört für die Theologen in das Gebiet von „Intelligent Design“. Unter „Anthropisches Prinzip“ versteht man kurz gefasst, dass das Universum, das wir beobachten, für die Entwicklung intelligenten Lebens geeignet sein muss, da wir andernfalls nicht hier sein, es beobachten und physikalisch beschreiben könnten. Mit „Intelligent Design“ meint man die Anschauung, dass bestimmte Merkmale des Universums und des Lebens nur durch eine übernatürliche Ursache erklärt werden können. Für mich sind die Bezeichnungsweisen „Kosmologische Feinabstimmung“, „Anthropisches Prinzip“ und „Intelligent Design“ im Endeffekt nur unterschiedliche Betrachtungsweisen und Erklärungen des gleichen Phänomens. Trotzdem entbrannten in letzter Zeit heftige Kämpfe zwischen den verschiedenen dazugehörigen Weltanschauungen und deren Ansprüchen auf die letzte Wahrheit.

Es sind nur wenige grundlegende physikalische Parameter notwendig, um die Naturgesetze des Universums zu beschreiben. Die Feinabstimmung der Werte von diesen Parametern im Universum ist aber von entscheidender Bedeutung für die Existenz von Leben. Wir wollen im Folgenden nur zwei von mehreren Beispielen für die kosmologische Feinabstimmung herausgreifen und behandeln. Diese beziehen sich auf die grundlegenden Kräfte im Universum und die Dichte des Universums. Andere Wissenschaftler würden wahrscheinlich auch unterschiedliche und weitere Favoriten für die kosmologische Feinabstimmung wählen und heranziehen.

Die erste Untersuchung dieser Art betrifft die Feinabstimmung der Kernkraft. Wie bereits früher in diesem Buch dargestellt, werden die für das Leben notwendigen Elemente in Sternen erzeugt. Im sogenannten Heliumbrennen der Roten Riesen ist die grundlegende Kernreaktion der Tripel-Alpha-Prozess. In diesem Prozess vereinigen sich zunächst zwei Heliumkerne zu einem Berylliumkern, der aber nach weniger als einem Millionstel einer Milliardstel Sekunde wieder in die zwei Heliumkerne zerfällt. In dieser kurzen Zeit muss ein Berylliumkern praktisch sofort ein weiteres Alphateilchen einfangen können, um einen Kohlenstoffkern zu erzeugen (Abb. 27).

Der britische Astrophysiker Sir Fred Hoyle fand 1952 heraus, dass die berechnete Rate der Kohlenstoffbildung bei Weitem nicht ausreicht, um die Herkunft des im Universum vorhandenen Kohlenstoffs zu erklären. Dies führte ihn zu der bemerkenswerten Vorhersage, dass der sogenannte Tripel-Alpha-Prozess, der für die Erzeugung des Kohlenstoffs im Universum verantwortlich ist, über eine ganz spezielle Konfiguration des Kohlenstoffkerns, also der Anordnung der Protonen und Neutronen im Kohlenstoffkern, verlaufen muss. Dadurch erhöht sich die Erzeugungsrate des Kohlenstoffs im Tripel-Alpha-Prozess um mehrere Größenordnungen. Tatsächlich konnte dieser Zustand des Kohlenstoffs dann auch auf Drängen von Fred Hoyle experimentell vom späteren Nobelpreisträger Willy A. Fowler im Labor nachgewiesen werden.

Dies ist wahrscheinlich der einzige Fall, bei dem aus der Existenz von Leben im Universum der Ausgang eines Laborexperiments richtig vorhergesagt wurde. Die Annahme von Hoyle lautete einfach, dass er selbst im Universum existiert. Zudem war er ein auf Kohlenstoff basierendes Wesen, also musste es einen Weg geben, so dachte er, wie der Kohlenstoff entstanden ist. Und die einzige Möglichkeit, wie dies hätte geschehen können, beruhte auf der Existenz einer speziellen Konfiguration des Kohlenstoffkerns. Man muss sich das noch einmal zu Gemüte führen: Einfach aus dem Grund, dass es uns gibt, wurden die Ergebnisse eines Experiments im Labor richtig prophezeit. Schon daraus geht die Besonderheit und Bedeutung der Tripel-Alpha-Reaktion in Bezug auf die Existenz von Leben im Universum hervor. Dies überzeugte damals viele Zweifler davon, dass die Entstehung der Elemente tatsächlich in den Sternen stattfindet. Willy A. Fowler, der ja diesen Zustand von Kohlenstoff experimentell nachwies, war von der Voraussage von Sir Fred Hoyle derart beeindruckt, dass er sich fortan entschloss, auf diesem Forschungsgebiet der Nuklearen Astrophysik, der Vereinigung von Kern- und Astrophysik, weiterzuarbeiten.

Auch mich haben der Tripel-Alpha-Prozess und die Vorhersage eines speziellen Zustands des Kohlenstoffs einfach aus der Tatsache unserer Existenz immer schon fasziniert. Neue experimentelle Daten und die Möglichkeit aufwändigerer Computersimulationen bewegten mich dazu, den Tripel-Alpha-Prozess noch einmal genauer zu analysieren. Ganze zehn Jahre brauchte ich mit meinen Kollegen Attila Csótó von der Universität Budapest und Helmut Schlattl vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in München, um unsere Forschungen wissenschaftlich hieb- und stichfest zu machen.

Die Ergebnisse unserer Rechnungen für die Entstehung von Kohlenstoff durch den Tripel-Alpha-Prozess in Roten Riesen, die dann in der renommierten wissenschaftlichen Zeitschrift „Science“ publiziert wurden, waren verblüffend. Wäre die Stärke der Kernkraft nur um ein halbes Prozent oder mehr schwächer als in unserem Universum, würde die Häufigkeit von Kohlenstoff im Universum auf ein Hundertstel bis ein Tausendstel des tatsächlichen Werts verringert. Als wir in den Computersimulationen die Entstehung des Kohlenstoffs in Roten Riesensternen die ersten paar Mal berechneten, bin ich regelrecht erschrocken. Falls der Wert für die Stärke der Kernkraft nicht ganz genau in die Simulation eingegeben war, wurde in den Computersimulationen praktisch kein Kohlenstoff oder Sauerstoff in den Roten Riesensternen produziert. In die Realität übersetzt heißt das, dass im gesamten Universum die Bausteine des Lebens, nämlich Kohlen- oder Sauerstoff, in weitaus geringerem Maße vorhanden wären, wenn die Stärke der Kernkraft nur ein bisschen anders wäre. Damit wäre auch kohlenstoffbasiertes Leben in unserem Universum extrem unwahrscheinlich, wenn nicht sogar unmöglich.

Nur der Kohlenstoff hat nämlich die notwendigen chemischen Eigenschaften zur Bildung der komplexen und sich selbst organisierenden Moleküle, die für das Leben notwendig sind. Das am nächstbesten geeignete Atom als Baustein des Lebens wäre übrigens Silizium, dem aber die Verwandlungsfähigkeit und Flexibilität des Kohlenstoffs fehlt. Silizium kann jedoch als Leben aus zweiter Hand bezeichnet werden, weil darauf die Computer-Technologie beruht. Denn dieses Leben wurde von Menschen, also kohlenstoffbasierten Lebewesen, geschaffen.

Alle anderen im Universum vorkommenden Atome wären aber kaum geeignet, um als Bausteine für Leben zu dienen. Das liegt daran, dass Leben etwas äußerst Komplexes ist und daher auch Bausteine notwendig sind, welche solche komplizierten Strukturen aufbauen können. Das ist für den Kohlenstoff der Fall, denn er bildet die komplexen und variantenreichen Moleküle des kohlenstoffbasierten Lebens, wie zum Beispiel die Proteine und die Erbsubstanzen. Dass Kohlenstoff auch bei Weitem das variantenreichste Atom ist, sieht man auch daran, dass man mehr Moleküle kennt, die Kohlenstoffatome enthalten, als alle anderen nicht den Kohlenstoff enthaltenden Moleküle zusammen.

Im Lauf unserer Untersuchungen des Tripel-Alpha-Prozesses zeigte sich dann, dass auch für eine um mehr als ein halbes Prozent stärkere Kernkraft kohlenstoffbasiertes Leben extrem unwahrscheinlich wäre. In diesem Fall allerdings wäre die Häufigkeit von Sauerstoff und damit auch des für das kohlenstoffbasierte Leben unabdingbaren Wassers (H2O) um das Hundert- bis Tausendfache kleiner. Wasser ist eine Flüssigkeit, die für das Leben wohl bedeutendste chemische Verbindung auf der Erde. Man braucht nur einmal eine Wüstenlandschaft zu betrachten. Leben tut sich in einem Wüstenklima extrem hart, weil die Wasservorräte dort so gering sind. Wasser ist ein wichtiger Bestandteil der Zelle und von Organismen für grundlegende biochemische Vorgänge, wie den Stoffwechsel zur Energiegewinnung und -speicherung oder als Lösungs- und Transportmittel.

Interessanterweise würde sich die Häufigkeit aller anderen Elemente, abgesehen von Kohlen- und Sauerstoff, kaum ändern, wenn die Stärke der Kernkraft in der Prozentgegend unterschiedlich von den Werten in unserem Universum sein würde. Es ist schon komisch, dass ausgerechnet die beiden wichtigsten Elemente für das Leben eine solche Empfindlichkeit gegenüber dieser Variation zeigen, während die Häufigkeiten aller anderen Elemente sich kaum verändern würden. Die Feinabstimmung des Tripel-Alpha-Prozesses ist erstaunlich. Sowohl bei einer Erhöhung als auch Verringerung der starken Kernkraft um etwa ein halbes Prozent wird Leben extrem unwahrscheinlich, wenn nicht sogar gänzlich unmöglich. Dadurch werden auch die „lebensfreundlichen“ Werte von grundlegenden Parametern des Standardmodells der Elementarteilchenphysik und sogar einer eventuell existierenden endgültigen „Theorie für Alles“ nur auf wenige Prozent eingeschränkt.

Ich hatte später die Möglichkeit, Sir Fred Hoyle – in gewissem Sinn ja der Mentor unserer Arbeit über die Entstehung von Kohlenstoff – bei einer Konferenz in Tübingen die Grundzüge unserer Arbeiten zur Entstehung des Kohlenstoffs vorzustellen. Er war von unseren Ergebnissen angetan, zog es jedoch dann vor, nicht wie üblich einen Kommentar zu unserer Arbeit abzugeben. Vielmehr spielte er nur auf die theologischen Konsequenzen an, indem er fragte: „Und wer, glauben Sie, hat diese fantastische Feinabstimmung geschaffen?“ Ich war so verblüfft über diese überraschende Wendung, dass ich ihm eine Antwort schuldig bleiben musste.

Ein überraschendes Erlebnis hatte ich bei der Konferenz „Nuclei in the Cosmos“ („Kerne im Kosmos“) in Karlsruhe in Deutschland. Diese Konferenzserie der Nuklearen Astrophysik wurde von mir im Jahr 1990 in Baden bei Wien begründet und hat seither jedes zweite Jahr in vielen Ländern der Welt stattgefunden. Während der Konferenz in Karlsruhe hatten wir einen freien Tag, an dem die Teilnehmer der Konferenz gewöhnlich einen Ausflug in die Umgebung unternahmen. Das Ziel war die Zisterzienserabtei Maulbronn, ein Weltkulturerbe und mit etwa 850 Jahren das älteste erhaltene Kloster nördlich der Alpen. Als wir in diesem Kloster in das Brunnenhaus im Kreuzgang kamen, machte uns ein Kollege auf den oberen Teil der Glasfenster aufmerksam, und wir waren alle verblüfft (Abb. 31). In jedem dieser Fenster sieht man schematisch den speziellen Zustand des Kohlenstoffkerns, der von Fred Hoyle vorausgesagt, von Willy A. Fowler entdeckt und dessen Feinabstimmung für die Entstehung des Kohlenstoffs in Roten Riesensternen von uns berechnet worden war.

Dieser Zustand des Kohlenstoffkerns ist das Nadelöhr für das Leben, denn ohne diesen Zustand wäre Leben im Universum extrem unwahrscheinlich. Diese Anordnung des Atomkerns besteht zum Unterschied von den anderen wesentlich komplizierter aufgebauten Atomkernen praktisch wirklich nur aus den drei Heliumkernen. Wenn man diesen Zustand schematisch zeichnen müsste, würde man ihn genau so wie in jedem dieser Fenster darstellen. Der Kohlenstoffkern besteht aus drei Heliumkernen, die Heliumkerne wiederum aus je zwei Protonen und zwei Neutronen. Tatsächlich ist der Kohlenstoffkern aus drei Heliumkernen, die im Fenster wie vierblättriger Klee aussehen, aufgebaut. Jeder Heliumkern ist wiederum aus vier Protonen und Neutronen aufgebaut. Diese vier Teilchen sind in jedem Kleeblatt schematisch zu erkennen. Ich bin noch immer fasziniert von dieser wundersamen Zufälligkeit einer Verbindung zwischen Naturwissenschaft und Religion, nämlich dass eines der heikelsten Bindeglieder zum Leben auch auf einem Fenster eines fast tausend Jahre alten Klosters dargestellt ist.

Das nächste Beispiel für die Feinabstimmung beruht auf der bereits früher besprochenen Erkenntnis, dass die heute vorhandene Materie im Universum eine Folge der winzigen Asymmetrie zwischen Materie und Antimaterie ist. Beim Urknall gab es in unserem Universum nur einen minimalen Anteil von etwa einem Milliardstel mehr Materie als Antimaterie. Wären beide Materiearten gleich häufig gewesen, hätten sich alle Teilchen und Antiteilchen bereits innerhalb der ersten Sekunde nach dem Urknall gegenseitig vernichtet. In diesem Fall wäre das Universum eine Strahlungswüste und es gäbe im Universum einzig und allein Strahlung, jedoch keine Materie und damit auch kein Leben. Das Leben in unserem Universum ist also eine Folge des minimalen Überschusses der Materie, die nicht schon gleich nach dem Urknall mit der vorhandenen Antimaterie zerstrahlt ist.

Aber Leben würde auch nicht existieren, wenn nicht ganz genau dieser minimale Überschuss von Materie über die Antimaterie wie in unserem Universum vorhanden gewesen wäre. Nur eine winzige Abweichung des tatsächlich existierenden Überschusses der Materie über die Antimaterie von einem Billiardstel in der ersten Sekunde unseres Universums hätte zur Folge, dass Leben im Universum unmöglich wäre. Wäre nämlich die Dichte der Materie nur etwas größer, würde die Ausdehnung des Universums zu stark abgebremst, und das Universum würde in kurzer Zeit wieder in sich zusammenstürzen, bevor sich darin Leben entwickeln könnte. Wir haben ja erfahren, dass es einige Milliarden Jahre dauert, bis eine genügende Menge der für das Leben notwendigen Elemente erzeugt wird, und dann etwa noch einige weitere Milliarden Jahre, bis sich Leben vom primitiven Einzeller bis zu einer technischen Zivilisation entwickeln kann. Wäre auf der anderen Seite die Dichte nur etwas kleiner, könnten sich wegen der rasch zunehmenden Ausdünnung im Universum keine Sterne und Planeten bilden. Vielmehr würde dann das gesamte Universum nur aus einer Wolke aus voneinander separierten und sich auseinanderbewegenden einzelnen isolierten Elementarteilchen bestehen. Der Wert für die Dichte darf eine Sekunde nach dem Urknall nur um den ganz winzigen Wert eines Billiardstels vom tatsächlich vorhandenen Wert im Universum abweichen. Sonst wäre das Universum entweder wieder längst in sich zusammengestürzt oder hätte sich zu schnell ausgedehnt.

Maßarbeit oder Zufall?

Die Evolution des Lebens auf der Erde ist eine der beliebtesten Spielgründe für Naturwissenschaftler, Philosophen und Theologen. Die naturwissenschaftliche Betrachtungsweise der Evolutionstheorie beruht im Wesentlichen auf der Theorie der natürlichen Auslese von Charles Darwin (1809–1882). Sie besagt, dass sich die Vielfalt der Arten hauptsächlich auf die Evolution durch Reproduktion, Variation, Selektion und eine Reihe anderer ähnlicher Faktoren zurückführen lässt. Markus Hengstschläger drückt das in seinem Buch „Die Macht der Gene“ so aus: „Die Wissenschaft ist sich also einig – der Mensch ist Produkt aus Genetik und Umwelt. Die Gene des Menschen sind Produkt einer langen Evolution, in der sich die besseren Genvarianten durchgesetzt haben.“

Meistens wird die Frage, ob wir es mit Maßarbeit oder Zufall zu tun haben, mit der Entstehung und Evolution des Lebens auf der Erde verknüpft. Das Problem dabei besteht darin, dass die Entwicklung des Lebens und der Arten einen äußerst komplexen Vorgang darstellt, der mannigfache Erklärungs- und Deutungsversuche zulässt, ohne dass diese widerlegt werden können. Interessanterweise ist die Komplexität bei der Entwicklung des Universums geringer als jene für die des Lebens. Sie lässt sich selbst von Nichtspezialisten nachvollziehen, ohne dass die wesentlichen Punkte zu sehr verwässert werden müssen. Aus diesen Gründen ist die folgende Diskussion der Frage, ob Maßarbeit oder Zufall regiert, für die Entstehung und Entwicklung des Kosmos einfacher zu behandeln und zu untersuchen, als wenn man den Anfang und die Evolution des Lebens auf der Erde als Ausgangspunkt nimmt.

Die kosmologische Feinabstimmung ist in mehreren Varianten bekannt. Die am häufigsten verwendeten Formen sind das schwache und starke Anthropische Prinzip. In seiner schwachen Form besagt das Anthropische Prinzip, dass die Naturgesetze und die Evolution unseres Universums mit unserer Existenz verträglich sein müssen. In dieser Form ist das Anthropische Prinzip eine triviale Feststellung. Viele Naturwissenschaftler sind damit bereits zufrieden. Eine solche Ansicht vertritt beispielsweise der Nobelpreisträger Steven Weinberg. Er sieht sich „nicht beeindruckt von den vermuteten Fällen der Feinabstimmung des Kosmos.“ Es stellt sich jedoch die Frage, ob die Feinabstimmung nicht eine wesentlich tiefere Bedeutung besitzt.

In seiner starken Form wird das Anthropische Prinzip dazu verwendet, um zu erklären, warum die Naturgesetze gerade so sind, dass sie unsere Existenz erlauben. Derartige Überlegungen werden beispielsweise von Großbritanniens „astronomer royal“, Sir Martin Rees (*1942), angestellt, um verschiedene Aspekte der kosmologischen Feinabstimmung zu diskutieren. Er sagte einmal, dass diese Feinabstimmung „etwas Überraschendes ist, etwas, das nicht leicht verständlich ist. Ich glaube, da gibt es etwas, das erklärt werden muss.“ Rees führt die Existenz von Leben auf wenige grundlegende Parameter zurück, die das Universum bestimmen. Die Werte dieser Parameter müssen in einem ganz engen Bereich liegen, sodass in einem solchen Universum auch Leben existieren kann.

Etliche Naturwissenschaftler hegen die Anschauung, dass die fundamentalen Naturgesetze einen objektiven Ursprung besitzen und nicht Zufälligkeiten oder gar menschliche Konstrukte darstellen. Auf der anderen Seite sind manche der numerischen Feinabstimmungen und Koinzidenzen viel zu ausgeklügelt, als dass sie noch mit unserem Sinn für „Natürlichkeit“ in Einklang gebracht werden können. Daher fragen sich viele, ob hinter dieser Feinabstimmung nicht doch mehr steckt. Die Frage ist, wie den Naturgesetzen der Atem des Lebens eingehaucht wird, sodass sie tatsächlich einem lebensbejahenden Kosmos entsprechen.

Kann die besondere Abstimmung unseres Universums für Leben nun durch eine noch zu findende endgültige „Theorie für Alles“ erklärt werden? Oder ist das alternative Modell richtig, dass unser Universum nur eines von unendlich vielen unterschiedlichen Universen ist, in dem die physikalischen Gesetze offensichtlich Leben zulassen? Eine endgültige „Theorie für Alles“ kennen wir heute noch nicht, weil in ihr die Theorie des Makrokosmos, die Allgemeine Relativitätstheorie, mit der Theorie des Mikrokosmos, der Quantentheorie, vereinigt werden muss. In einer solchen „Theorie für Alles“ sollten dann automatisch die fein abgestimmten, lebensfreundlichen Parameter unseres Universums herauskommen. In diesem Fall wäre das Universum auch maßgeschneidert für das Leben.

In der Multiversum-Hypothese gibt es hingegen unendlich viele Universen, in denen die grundlegenden physikalischen Parameter unterschiedlich sein können (Abb. 23). Unser Universum wäre dann nur ein winziger Ausschnitt eines weitaus größeren Ganzen und seine Geschichte nur eine winzige Episode im weitaus grandioseren Konstrukt des Multiversums. Sollte darin ein Funken Wahrheit stecken, können wir die kosmische Feinabstimmung zwanglos erklären. In einem solchen Multiversum würden dann nur einige wenige fundamentale Gesetze gelten, doch was wir unter Naturgesetzen und Naturkonstanten kennen, wären dann nur unbedeutende Zufälle in unserem speziellen Universum, die sich beiläufig in den ersten Augenblicken des Urknalls ergaben. Für einige bewohnte Lebensinseln in den unendlich vielen Bereichen des Multiversums, wie zum Beispiel in unserem Universum, gibt es lebensfreundliche Parameter. Viele andere Universen wären hingegen steril, weil die grundlegenden Parameter Leben nicht ermöglichen würden. Die Möglichkeit nur eines einzigen Universums könnte man mit einer Maßschneiderei vergleichen, in welcher einem der Anzug auf den Leib geschneidert wird. Das Multiversum hingegen gleicht einem Großkaufhaus, in welchem man Anzüge von der Stange kauft. Wenn das Kaufhaus ein riesiges Lager hat, würden wir uns nicht wundern, dass wir dann einen Anzug finden, der uns passt.

Auch unter Kosmologen besteht keine Einigkeit, ob die „Theorie für Alles“ oder die Hypothese des Multiversums unser Universum beschreibt. Eine Gruppe, zu der beispielsweise Stephen W. Hawking gehörte, glaubt, dass eine endgültige „Theorie für Alles“, wenn sie einmal gefunden wird, genau die richtigen lebensfreundlichen Werte der grundlegenden Parameter unseres Universums liefert. Auf der anderen Seite gibt es die Gruppe, die ein Ensemble von unendlich vielen unterschiedlichen Universen in einem Multiversum bevorzugt. Zu ihr gehören zum Beispiel Andrei D. Linde, der Mitbegründer der Theorie der Inflation des Kosmos, der britische Astronom Sir Martin Rees oder der amerikanische Nobelpreisträger Steven Weinberg. In dieser Theorie ergeben sich auf natürliche Weise aus der ewigen Inflation unter der unendlichen Zahl von Universen, die sich durch eine zufällige gewisse Streuung und Vielfalt der physikalischen Gesetze und Parameter unterscheiden, auch lebensfreundliche.

Auch viele Dinge in unserem Universum sind Produkte des Zufalls, wie zum Beispiel die genauen Eigenschaften der Planeten in unserem Sonnensystem oder die Energiezustände eines Elektrons im Atom. Dementsprechend könnten die Bedingungen der einzelnen Universen einer gewissen Willkür unterliegen. Ich möchte an dieser Stelle nicht verhehlen, dass mir die Multiversum-Hypothese weitaus mehr zusagt, weil es mir extrem unwahrscheinlich erscheint, dass und wie eine „Theorie für Alles“ jemals die so extrem fein abgestimmten Werte für ein lebensfreundliches Universum liefern könnte.

Ich habe die renommierten Leitfiguren, sowohl der „Theorie für Alles“, Stephen W. Hawking (Abb. 32), als auch der Hypothese des Multiversums, Andrei D. Linde, persönlich kennengelernt. Ersterer leidet an einer unheilbaren Nervenkrankheit, durch die er nach und nach die Kontrolle über seine Muskeln verliert. Heute kann er nur mehr seine Wangenmuskeln bewegen, die es ihm erlauben, den in seinen Rollstuhl integrierten Computer zu steuern. Eine für mich kaum nachvollziehbare Leistung von Stephen besteht darin, dass er die kompliziertesten Berechnungen der theoretischen Physik in seinem Kopf durchführen kann. Denken Sie doch einmal an Ihre Schulzeit zurück. Wie wäre es Ihnen ergangen, wenn Sie Ihre Mathe-Aufgabe, ohne Schreibwerkzeug und Papier zu benutzen, hätten lösen müssen? Wenn man bedenkt, dass Stephen mit den schwierigsten physikalischen Berechnungen der theoretischen Physik konfrontiert ist, wächst meine Achtung für diese Fertigkeit ins Unermessliche.

Der Kosmologe Andrei D. Linde hingegen wurde in Moskau in der ehemaligen Sowjetunion geboren und arbeitete dort am Lebedev-Institut, einem der führenden Forschungsinstitute für Physik. Er benutzte im Jahr 1989 einen Aufenthalt am Europäischen Kernforschungszentrum in Genf, um sich in den Westen abzusetzen. Er erhielt daraufhin sofort eine Professur an der renommierten Stanford-Universität in den USA, die er seitdem innehat.

Die unterschiedlichen Aspekte der kosmologischen Feinabstimmung lassen sich an einem einfachen Beispiel veranschaulichen. Stellen Sie sich vor, Sie würden entführt. Der Kidnapper bietet Ihnen nun an, Sie wieder freizulassen, wenn es Ihnen gelingt, aus einem Stapel von Spielkarten ein Herz-Ass zu ziehen. Falls Sie jedoch irgendeine andere Kombination ziehen, werden Sie aber sofort von ihm umgebracht. Tatsächlich ziehen Sie aus dem Stapel ein Herz-Ass und sind frei.

Auf das Universum übertragen heißt das:

• Die verschiedenen möglichen grundlegenden Parameter des Universums entsprechen dem Kartenstapel.

• Die möglichen Werte entsprechen den einzelnen Karten.

• Der fein justierte Wert entspricht dem Herz-Ass.

Sie gehen nach Hause, aber am Abend können Sie vor Aufregung nicht schlafen und beginnen nachzudenken: Mein Überleben ist schon erstaunlich, und was war der tiefere Grund, dass ich das Herz-Ass gezogen habe und jetzt nicht tot bin? War es ein Zufall? Musste ich nicht das Herz-Ass ziehen, sonst wäre ich ja tot und könnte nicht mehr darüber nachdenken? Hätte ich vom Entführer eine zweite Chance oder vielleicht sogar noch weitere erhalten, das Herz-Ass aus dem Kartenstapel zu ziehen? Waren vielleicht gar nur lauter Herz-Asse in dem Kartenstapel? Hätte unter Umständen sogar der Entführer selbst für mich das Herz-Ass ausgewählt und mir dann überreicht?

Für die Erklärungsversuche der kosmologischen Feinabstimmung des Universums gibt es die folgenden philosophischen Ansätze, die ich mit dem einfachen Entführungsbeispiel mit glücklichem Ausgang veranschaulichen möchte:

1. Hypothese des Zufalls: „Das war halt ein außergewöhnlicher Zufall und ein Glückstreffer, dass ich das Herz-Ass gezogen habe.“

2. Hypothese der logischen Notwendigkeit: „Ich muss ja das Herz-Ass gezogen haben, sonst wäre ich jetzt tot.“

3. Theorie für Alles: „Alle Karten in dem Kartenstapel bestanden aus Herz-Assen, daher bestand keine Gefahr, dass ich umgebracht werde.“

4. Hypothese des Multiversums: „Der Kidnapper erlaubte mir, immer weitere Karten zu ziehen, bis ich endlich aus dem Stapel das Herz-Ass in der Hand hielt.“

5. Theistische oder religiöse Erklärung: „Der Kidnapper hat mir einfach das Herz-Ass in die Hand gedrückt.“

Es können natürlich auch mehrere dieser Erklärungen gleichzeitig gelten. Die ersten beiden Erklärungsversuche sind zwar richtig, aber trivial und haben nichts mit der unentwegten wissenschaftlichen Neugier und den daraus entstehenden Erklärungen der Menschen zu tun. Der Mensch will ja auch in der Wissenschaft den Dingen auf den Grund gehen. Dies geschieht im dritten und vierten Erklärungsversuch der naturwissenschaftlichen Betrachtungsweise. Die letzte Erklärungsmöglichkeit gehört nicht mehr in den naturwissenschaftlichen Bereich, sondern ist religiöser Natur.

Als Beispiel möchte ich noch einmal den Überschuss der Materie über die Antimaterie betrachten. Es könnte sein, dass eine bis jetzt noch nicht bekannte „Theorie für Alles“ genau das Milliardstel Überschuss der Materie über die Antimaterie schließlich erklären kann. Dann wäre das Universum im wahrsten Sinn maßgeschneidert. Die andere Möglichkeit ist, dass es ein Multiversum, bestehend aus unendlich vielen Universen, gibt. Diese Universen würden sich dadurch unterscheiden, dass der Überschuss von Materie oder auch Antimaterie in den verschiedenen Universen unterschiedliche Werte annehmen kann. In der überwiegenden Anzahl der Fälle würde sich, wie oben besprochen, das Universum zu schnell oder langsam ausdehnen, um Leben überhaupt zu ermöglichen. Nur in den wenigen Universen, etwa in unserem eigenen, in denen der Überschuss der Materie über die Antimaterie genau abgestimmt ist, ist Leben möglich.

Ähnliches gilt für die oben besprochene Entstehung des Kohlenstoffs und Sauerstoffs in Roten Riesen. Wäre die Kernkraft nur etwas kleiner oder größer, gäbe es weitaus weniger Kohlenstoff beziehungsweise Sauerstoff in unserem Universum. Die Stärke der Kernkraft könnte wiederum durch eine noch nicht bekannte maßgeschneiderte Theorie oder aber durch ein Multiversum mit unterschiedlichen Werten der Stärken der Kernkraft in den einzelnen Universen erklärt werden.

Spannend wird es aber jetzt, wenn wir uns fragen, wie wir den religiösen Erklärungsversuch – in Punkt 5 in der obigen Aufzählung – mit einem der beiden naturwissenschaftlichen Erklärungsversuche – in den Punkten 3 oder 4 in der obigen Aufzählung – kombinieren können. Versuchen wir einmal, die religiöse Erklärung mit der „Theorie für Alles“ zu vereinigen. Nun, das ist einfach: Unser Universum wurde vom Schöpfer eben so angelegt, dass in unserem Universum zielgerichtet Leben existieren kann. In dieser Vorstellung würden automatisch die Werte der physikalischen grundlegenden Parameter für ein lebensfreundliches Universum herauskommen. Dieses Bild entspricht einem eher traditionellen Religionsbegriff.

Interessanter wird es bei der Kombination der religiösen Erklärung mit der Hypothese des Multiversums. Moderne Theologen ziehen diese Theorie vor, denn warum sollte ein „Großer Designer“ sich herablassen, die verschiedenen Stellschrauben des Kosmos auf ganz bestimmte Werte extrem fein zu justieren? Wenn er ein Universum schaffen kann, ist es einem Schöpfer auch möglich, unendlich viele zu erzeugen. Einem allmächtigen Schöpfer ist es wohl angepasster, den großen Wurf des Multiversums zu machen, als die verschiedenen Parameter eines einzigen Universums in mühsamer Detailarbeit genau abzustimmen. Wir sollten dann auch nicht überrascht sein, dass es in einem Multiversum, bestehend aus unendlich vielen Universen, zufällig auch einige geben wird, wie zum Beispiel unser eigenes, die bewohnbar sind. Unser Kosmos wäre dann eine winzige fruchtbare Oase in der ausgedehnten Landschaft und den unendlichen Möglichkeiten des Multiversums.

Aus der Inflation folgen neben der Hypothese des Multiversums auch weitere kosmologische Erklärungen für das Universum. Darunter fällt auch, dass die Inflation aus dem Urchaos überhaupt erst einen hoch geordneten Zustand im Kosmos erzeugte, sodass später die komplexen Strukturen von Galaxien, Sternen, Planeten und insbesondere des Lebens erst ermöglicht wurden. Dass die Inflation auf wunderbare Weise nicht nur durch die Erzeugung eines hoch geordneten Zustands die Voraussetzung für das Leben liefert, sondern gleichzeitig auch durch das Multiversum die fein abgestimmten Werte für die Existenz von Leben erklärt, ist eine wirklich bemerkenswerte Folgerung. Die Inflation ist jedenfalls der geniale Schachzug schlechthin, um Leben in den Kosmos einzupflanzen. Die Naturwissenschaften sind offensichtlich auch den letzten Fragen des Seins auf der Spur.

Der österreichische Kardinal und Wiener Erzbischof Christoph Schönborn behauptet: „Eine Theorie von der Ewigkeit der Materie kann in einer materiellen Welt nicht gehalten werden, die vom Werden und Vergehen geprägt ist und deren letztes Ende wahrscheinlich wieder ein Vergehen sein wird, so wie wir annehmen, dass die Welt einen hochenergetischen Anfang mit dem Urknall hat. Die Multiverse Theorie ist eine interessante Spielerei. Sie entzieht sich aber jeglicher Verifikabilität.“ Das würde aber bedeuten, dass Aussagen der Multiversum-Hypothese für das Christentum einen Widerspruch darstellen, weil es darin keinen absoluten Anfang gibt. Kardinal Schönborn lehnt prinzipiell die Hypothese des Multiversums ab. Er ist vielmehr der Meinung, dass der Schöpfer ein auf das Leben zielgerichtetes einziges Universum erschaffen hat.

Die Hypothese der ewigen Inflation von Andrei D. Linde, aus der das Multiversum zwanglos folgt, ist sicherlich mehr als nur eine Spielerei. Obwohl sie auch noch spekulativen Charakter hat, gibt es doch mehrere Hinweise, dass ein derartiges Multiversum tatsächlich existiert. Der wichtigste Grund ist, dass Lindes Inflationstheorie, wie bereits diskutiert, gleich mehrere grundlegende beobachtete Eigenschaften unseres Universums erklären kann. Daher muss man die Folgerung akzeptieren, dass dieses Modell auch ein Multiversum voraussagt.

Ein Einwand gegenüber dem Konzept eines Multiversums ist, dass die anderen Universen für uns unerreichbar und daher auch nicht direkt beobachtbar sind und nicht nachgewiesen werden können. Das mag schon stimmen. Wir können aber auch indirekt auf ein Multiversum schließen, indem wir die Auswirkungen der ewigen Inflation auf unser eigenes Universum mit den Beobachtungen vergleichen. Und dieser Vergleich spricht mit großer Wahrscheinlichkeit für diese Theorie. Die Inflationstheorie ist nun einmal die bei Weitem beste der verfügbaren Erklärungen des Urknalls. Wenn die Inflationstheorie durch Daten in unserem Universum mit so großer Genauigkeit bestätigt wird, sollten wir dann nicht auch den Teilen Glauben schenken, die wir nicht direkt beobachten können?

Als Fingerabdruck Gottes bezeichnen respektvoll viele Kosmologen die beobachteten Temperaturschwankungen der Hintergrundstrahlung (Abb. 24). Diese geben nämlich Auskunft über die Schöpfungsgeschichte des Universums. Erstaunlicherweise stimmen diese Beobachtungen der Hintergrundstrahlung auffallend mit der Inflationstheorie überein. Hier hat wirklich der Himmel gesprochen. In den nächsten Jahren werden Weltraumsonden mit noch genauerer Präzision die Eigenschaften der Hintergrundstrahlung vermessen und kartieren. Damit könnten die ewige Inflation und das Multiversum auf ein noch solideres Fundament gestellt werden.

Die kosmologische Feinabstimmung des Universums beträgt Bruchteile eines Prozents. Sonst würde es einfach kein Leben geben. Das könnte man vom religiösen Standpunkt damit begründen, dass ein Schöpfer es vorgezogen haben könnte, aus Gründen, die wir nicht kennen, nur eine einzige mit Lebewesen besiedelte Welt zu schaffen. Vielleicht deshalb, damit wir Menschen behutsam mit der Schöpfung umgehen und uns respektvoll verhalten, weil wir uns unserer „Einmaligkeit“ und Unwiederbringlichkeit bewusst sind. Verglichen damit wären wir in einem Multiversum unbedeutend und beliebig. Aber meiner Ansicht nach gilt diese Bedeutungslosigkeit bereits für jeden Einzelnen von uns, der schon auf der Erde ein vollkommen unbedeutendes Rädchen in der Menge von fast sieben Milliarden Bewohnern darstellt. Weiters existieren wahrscheinlich allein in unserem eigenen unendlichen Universum auch noch beliebig viele außerirdische Lebensformen. Trotz dieser Belanglosigkeit jedes Einzelnen von uns schaffen wir es dennoch, dass sich jeder Einzelne von uns doch wichtig vorkommt. Für mich stellt daher die Erweiterung unseres Horizonts auf ein Multiversum kein Problem dar. Im Gegenteil, dass wir dieses grandiose und gewaltige Weltengebäude zumindest in den Grundzügen auch erfassen und verstehen können, ist das Großartige an uns Menschen und entreißt uns unserer Unwichtigkeit und Beliebigkeit.

Die meisten Religionen erheben den Anspruch, dass Gott in die Welt immer wieder eingreift. Das Spektrum reicht dabei von gewöhnlichen, persönlichen Wundern bis zum Ursprung und der Entwicklung unseres Kosmos oder auch der Entstehung und Evolution des Lebens. Diese Ansicht ist meines Erachtens viel zu kurz gegriffen und begrenzt. Für einen echten Gott ist unsere kleine Welt viel zu wenig und winzig. Die ungeheure Dimension unseres Universums oder sogar eines Multiversums ist weitaus großartiger.

Der Naturwissenschaft ist klar geworden, dass wir in einer unermesslichen Kathedrale voll unendlicher Welten und Universen leben könnten, wie wir sie in dieser Größe niemals in der Menschheitsgeschichte auch nur erträumt haben. Und obendrein sind wir mit Gehirnen ausgestattet worden, die erlauben, dieses auch zu begreifen, zu verstehen und sogar zu beschreiben. Je mehr wir von unserem Universum oder auch Multiversum kennenlernen, desto grandioser stellen sich diese und sein Schöpfer dar. Ich bin überzeugt, dass fortgeschrittene Religionen sich in Zukunft von ihren noch vorhandenen Mythen, ihrem Wunderglauben und ihrem kindlichen Wunschdenken immer mehr verabschieden werden. Das wird genau so passieren, wie heute die Vorstellungen überwunden sind, dass die Erde nach den Berechnungen von Erzbischof Ussher anhand der entsprechenden Bibelstellen nur 6000 Jahre alt oder dass unser Planet Erde das Zentrum des Universums ist.

Es gibt gegenwärtig noch immer religiöse fundamentale Strömungen wie die Kreationisten, die solchen Vorstellungen anhängen. Kreationisten vertreten nämlich die Auffassung, dass die Heilige Schrift wortwörtlich die Entstehung des Universums und die Entwicklung des Lebens beschreibt. Aber auch die Kirche selbst hatte Jahrhunderte gebraucht, um manche dieser Vorstellungen zu überwinden. Jedenfalls ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass in hundert Jahren Naturwissenschaftler und Philosophen auf unsere Periode zurückblicken werden als die Zeit, in der die Vorstellung eines Universums vom Konzept des Multiversums abgelöst worden ist. Religionen könnten dafür, wie die bisherige Erfahrung zeigt, aber noch um einiges länger brauchen.

Es wird Naturwissenschaftlern oft vorgeworfen, dass sie keine Stellungnahme zu religiösen Fragen abgeben, weil sie dabei notwendigerweise den Boden der Naturwissenschaften verlassen müssen. Ich werde dies aber jetzt trotzdem tun, um den Titel des Buches „Kann das alles Zufall sein?“ beantworten zu können: Wenn wir unser Universum isoliert betrachten, ist es für mich wirklich äußerst unwahrscheinlich, dass die fein abgestimmten Werte für das Leben zufällig sein sollten. Ich kann mir einfach keine mathematische Theorie oder irgendein naturwissenschaftliches Konstrukt vorstellen, die oder das als Ergebnis solch extrem fein abgestimmte Zahlenwerte liefern kann. Wenn wir die Hypothese des Multiversums akzeptieren, ist es ebenfalls kein Zufall mehr, das es unter den unendlich vielen Universen zumindest eines gibt, welches lebensfreundlich ist.

Meine persönliche Überzeugung ist, dass nicht nur aus naturwissenschaftlichen, sondern auch aus religiösen Gründen die Schöpfung eines Multiversums weitaus plausibler scheint. Denn wenn der Schöpfer ein Universum schaffen kann, so kann er dies auch für beliebig viele tun. Um Leben hervorzubringen, würde ein allmächtiges und unendliches höchstes Wesen sich nicht verzetteln, indem es seine Schöpfungskraft in die extreme Feinjustierung eines einzigen Universums steckt. Vielmehr würde es diese dazu einsetzen, den größten und elegantesten möglichen Wurf zu machen, indem es eine unendliche Anzahl von Universen schafft. Denn alles andere wäre einer allmächtigen Gottheit nicht würdig.

Nachwort

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Oder schreiben Sie mir:

Heinz Oberhummer

Wetzlarn 3

3124 Oberwölbling

Österreich

Abbildungsnachweis

Abb. 1: D. Sommer, T. Amon, H. Oberhummer

Abb. 2: SOHO, ESA, NASA

Abb. 3: Mariner 10, NASA

Abb. 4: Galileo Spacecraft, JPL, NASA

Abb. 5, 7: NASA

Abb. 6: Hubble Heritage Team, NASA

Abb. 8: NASA, ESA, ISA

Abb. 9, 10: Voyager 2 Team, NASA

Abb. 11: Apollo 11, NASA

Abb. 12: Voyager Project, JPL, NASA

Abb. 13: John Gleason, NASA

Abb. 14: Near Project, JHU APL, NASA

Abb. 15: NASA, JPL

Abb. 16: ESA, NASA

Abb. 17: Roy Uyematsu

Abb. 18: Hubble Heritage Team, NASA

Abb. 19: ESA, Hubble and Digitized Sky Survey 2

Abb. 20: Hubble Site, ESA, NASA

Abb. 21: Spacetelescope, NASA, ESA

Abb. 22: Nick Strobel, www.astronomynotes.com

Abb. 23, 30; S. 13, 42, 60: T. Amon, H. Oberhummer

Abb. 24, 25: WMAP, NASA

Abb. 26: Hubble Site, ESA, NASA

Abb. 27: Ch. Rupp, H. Oberhummer

Abb. 28: NASA, WIYN, NOAO, ESA, Hubble Helix Nebula Team, 44 (STScI), T. A. Rector (NRAO)

Abb. 29: NASA, ESA, J. Hester, A. Loll (ASU), Davide De Martin (Skyfactory)

Abb. 31: B. Gäßler

Abb. 32: M. Tegmark

Stichwortverzeichnis

A

Allen, Paul
Allen Telescope Array
Allgemeine Relativitätstheorie
Allgemeine Relativitätstheorie 1
Allgemeine Relativitätstheorie 2
Allgemeine Relativitätstheorie 3
Allgemeine Relativitätstheorie 4
Allgemeine Relativitätstheorie 5
Allgemeine Relativitätstheorie 6
Allgemeine Relativitätstheorie 7
Alphateilchen
Alphateilchen 1
Aminosäure
Andromeda-Galaxie
Andromeda-Galaxie 1
Andromeda-Galaxie 2
Anthropisches Prinzip
Anthropisches Prinzip 1
Antimaterie
Antimaterie 1
Antimaterie 2
Antimaterie 3
Antiteilchen
Antiteilchen 1
Apophis
Apophis 1
Apophis 2
Asteroid
Asteroid 1
Asteroid 2
Asteroid 3
Asteroid 4
Astrobiologie
Astrobiologie 1
Astrobiologie 2
Astrophysik
Astrophysik 1
Astrophysik 2
Astrophysik 3
Astrophysik 4
Astrophysik 5
Astrophysik 6
Astrophysik 7
Atom
Atom 1
Atom 2
Atom 3
Atom 4
Atom 5
Atomhülle
Atomhülle 1
Atomhülle 2
Atomkern
Atomkern 1
Atomkern 2
Atomkern 3
Atomkern 4
Atomkern 5
Atomkern 6
Außerirdisches Leben
Außerirdisches Leben 1
Außerirdisches Leben 2
Außerirdisches Leben 3
Außerirdisches Leben 4
Außerirdisches Leben 5
Außerirdisches Leben 6
Außerirdisches Leben 7
Außerirdisches Leben 8
Außerirdisches Leben 9

B

Bell, Jocelyn
Bell, Jocelyn 1
Beryllium
Beryllium 1
Beryllium 2
Beryllium 3
Beryllium 4
Beryllium 5
Blei
Blei 1
Bohr, Niels
Bor
Bor 1
Bor 2
Brahe, Tycho
Brauner Zwerg
Brownlee, Donald
Bruno, Giordano
Bruno, Giordano 1
Bruno, Giordano 2
Bruno, Giordano 3
Bruno, Giordano 4
Bunkerbuster
Bunkerbuster 1
Burbridge, Geoffrey
Burbridge, Margaret

C

Chicxulub-Krater

Csótó, Attila

D

Darwin, Charles
Deep Impact
Deep Impact 1
Deimos
Deinococcus radiodurans
Deinococcus radiodurans 1
Doppelsternsystem
Drake, Frank
Dunkle Energie
Dunkle Energie 1
Dunkle Energie 2
Dunkle Energie 3
Dunkle Materie
Dunkle Materie 1
Dunkle Materie 2
Dunkle Materie 3
Dunkle Materie 4

E

Einstein, Albert
Einstein, Albert 1
Einstein, Albert 2
Einstein, Albert 3
Einstein, Albert 4
Elektron
Elektron 1
Elektron 2
Elektron 3
Element
Element 1
Element 2
Element 3
Element 4
Element 5
Element 6
Element 7
Element 8
Element 9
Element 10
Element 11
Element 12
Element 13
Element 14
Elliptische Galaxie
Elliptische Galaxie 1
Erde
Erde 1
Erde 2
Erde 3
Erde 4
Erde 5
Erde 6
Erde 7
Erde 8
Erde 9
Erde 10
Erde 11
Erde 12
Erde 13
Erde 14
Erde 15
Erde 16
Erde 17
Erde 18
Erde 19
Erde 20
Erde 21
Erde 22
Erde 23
Erde 24
Erde 25
Erde 26
Erde 27
Erde 28
Erde 29
Erde 30
Erde 31
Erde 32
Erde 33
Erde 34
Erde 35
Erdmond
Erdmond 1
Eris
Europa
Europa 1
Europa 2
Europa 3
Europa 4
Europa 5
Europa 6
Extrasolarer Planet, Exoplanet
Extrasolarer Planet, Exoplanet 1
Extrasolarer Planet, Exoplanet 2
Extrasolarer Planet, Exoplanet 3

F

Fermi, Enrico
Fermi-Paradoxon
Fermi-Paradoxon 1
Fowler, Willy Alfred
Fowler, Willy Alfred 1
Fowler, Willy Alfred 2
Fowler, Willy Alfred 3
Fowler, Willy Alfred 4
Fowler, Willy Alfred 5

G

Galaxie
Galaxie 1
Galaxie 2
Galaxie 3
Galaxie 4
Galaxie 5
Galaxie 6
Galaxie 7
Galaxie 8
Galaxie 9
Galaxie 10
Galaxie 11
Galaxie 12
Galaxie 13
Galaxie 14
Galaxie 15
Galaxie 16
Galaxie 17
Galaxienflucht
Galaxienflucht 1
Galaxienflucht 2
Galaxiengruppe
Galaxiengruppe 1
Galaxiengruppe 2
Galaxienhaufen
Galaxienhaufen 1
Galaxienhaufen 2
Galaxienhaufen 3
Galaxienhaufen 4
Galaxienhaufen 5
Galaxienhaufen 6
Galaxienhaufen 7
Galaxienhaufen 8
Galaxienhaufen 9
Galaxienhaufen 10
Galilei, Galileo
Galilei, Galileo 1
Geisteswissenschaft
Geisteswissenschaft 1
Geisteswissenschaft 2
Geozentrisches Weltbild
Geozentrisches Weltbild 1
Gold
Gold 1
Gold 2
Große Magellansche Wolke
Große Magellansche Wolke 1
Gruber, Werner

H

Hale-Bopp
Hawking, Stephen William
Hawking, Stephen William 1
Hawking, Stephen William 2
Heliozentrisches Weltbild
Heliozentrisches Weltbild 1
Heliozentrisches Weltbild 2
Heliozentrisches Weltbild 3
Helium
Helium 1
Helium 2
Helium 3
Helium 4
Heliumbrennen
Heliumbrennen 1
Hengstschläger, Markus
Hewish, Antony
Hewish, Antony 1
Hoyle, Fred
Hoyle, Fred 1
Hoyle, Fred 2
Hoyle, Fred 3
Hoyle, Fred 4
Hoyle, Fred 5
Hubble-Weltraumteleskop

I

Inflation
Inflation 1
Inflation 2
Inflation 3
Inflation 4
Inflatonfeld
Inflatonfeld 1
Intelligent Design
Internationale Raumstation
Internationale Raumstation 1
Internationale Raumstation 2
Interstellare Wolken

J

Jupiter
Jupiter 1
Jupiter 2
Jupiter 3
Jupiter 4
Jupiter 5
Jupiter 6
Jupiter 7
Jupiter 8
Jupiter 9
Jupiter 10

K

Kepler, Johannes
Kepler, Johannes 1
Kernfusion
Kernfusion 1
Kernreaktion
Kernreaktion 1
Kernreaktion 2
Kernreaktion 3
Kernspaltung
Kernspaltung 1
Kernwaffen
Kernwaffen 1
Kernwaffen 2
Kleine Magellansche Wolke
Kohlendioxid
Kohlendioxid 1
Kohlendioxid 2
Kohlendioxid 3
Kohlenstoff
Kohlenstoff 1
Kohlenstoff 2
Kohlenstoff 3
Kohlenstoff 4
Kohlenstoff 5
Kohlenstoff 6
Kohlenstoff 7
Kohlenstoff 8
Kohlenstoffbrennen
Komet
Komet 1
Komet 2
Komet 3
Komet 4
Komet 5
Komet 6
Komet 7
Kopernikus, Nikolaus
Kosmische Hintergrundstrahlung
Kosmische Hintergrundstrahlung 1
Kosmische Hintergrundstrahlung 2
Kosmische Hintergrundstrahlung 3
Kosmische Hintergrundstrahlung 4
Kosmische Hintergrundstrahlung 5
Kosmische Hintergrundstrahlung 6
Kosmische Hintergrundstrahlung 7
Kosmische Strahlung
Kosmische Strahlung 1
Kosmologie
Kosmologie 1
Kosmologie 2
Kosmologie 3
Kosmologische Feinabstimmung
Kosmologische Feinabstimmung 1
Kosmologische Feinabstimmung 2
Kosmologische Feinabstimmung 3
Kosmologische Feinabstimmung 4
Kosmologische Feinabstimmung 5
Kosmologische Feinabstimmung 6
Kreationisten
Kreationisten 1
Krebsnebel
Krebsnebel 1
KT-Impakt

L

Large Hadron Collider (LHC)
Lichtjahr
Lichtjahr 1
Lichtjahr 2
Lichtjahr 3
Lichtjahr 4
Lichtjahr 5
Lichtjahr 6
Lichtjahr 7
Lichtjahr 8
Lichtjahr 9
Lichtjahr 10
Lichtjahr 11
Lichtjahr 12
Lichtjahr 13
Linde, Andrei Dmitrijewitsch
Linde, Andrei Dmitrijewitsch 1
Linde, Andrei Dmitrijewitsch 2
Linde, Andrei Dmitrijewitsch 3
Lithium
Lithium 1
Lokale Gruppe
Lokale Gruppe 1
Lokale Gruppe 2
Lokale Gruppe 3

M

Mars
Mars 1
Mars 2
Mars 3
Mars 4
Mars 5
Mathematik
Mathematik 1
Mathematik 2
Mayor, Michael
Merkur
Merkur 1
Merkur 2
Merkur 3
Milchstraße
Milchstraße 1
Milchstraße 2
Milchstraße 3
Milchstraße 4
Milchstraße 5
Milchstraße 6
Milchstraße 7
Milchstraße 8
Milchstraße 9
Milchstraße 10
Milchstraße 11
Milchstraße 12
Milchstraße 13
Molekül
Molekül 1
Mond
Mond 1
Mond 2
Mond 3
Mond 4
Mond 5
Mond 6
Moore, Gordon
Multiversum
Multiversum 1
Multiversum 2
Multiversum 3
Multiversum 4
Multiversum 5
Multiversum 6
Multiversum 7
Multiversum 8
Multiversum 9
Multiversum-Hypothese
Multiversum-Hypothese 1
Multiversum-Hypothese 2
Multiversum-Hypothese 3
Multiversum-Hypothese 4

N

Naturwissenschaft
Naturwissenschaft 1
Naturwissenschaft 2
Naturwissenschaft 3
Naturwissenschaft 4
Naturwissenschaft 5
Naturwissenschaft 6
Naturwissenschaft 7
Naturwissenschaft 8
Naturwissenschaft 9
Naturwissenschaft 10
Naturwissenschaft 11
Naturwissenschaft 12
Neonbrennen 88
Neptun
Neptun 1
Neptun 2
Neptun 3
Neptun 4
Neutron
Neutron 1
Neutron 2
Neutron 3
Neutron 4
Neutronenstern
Neutronenstern 1
Neutronenstern 2
Neutronenstern 3
Neutronenstern 4
Neutronenstern 5
Nuklearer Sprengkopf
Nuklearer Sprengkopf 1
Nuklearer Sprengkopf 2
Nuklearer Winter
Nukleares Brennen
Nukleares Brennen 1
Nukleares Brennen 2
Nukleares Brennen 3
Nukleares Brennen 4
Nukleares Brennen 5
Nukleares Brennen 6
Nukleares Brennen 7
Nukleares Brennen 8

O

Oortsche Wolke

P

Penzias, Arno
Phobos
Planet
Planet 1
Planet 2
Planet 3
Planet 4
Planet 5
Planet 6
Planet 7
Planet 8
Planet 9
Planet 10
Planet 11
Planet 12
Planet 13
Planet 14
Planet 15
Planet 16
Planet 17
Planet 18
Planet 19
Planet 20
Planet 21
Planet 22
Planet 23
Planet 24
Planet 25
Planet 26
Planet 27
Planet 28
Planetarischer Nebel
Planetarischer Nebel 1
Planetarischer Nebel 2
Plasma
Platin
Platin 1
Pluto
Pluto 1
Plutonium
Protein
Protein 1
Proton
Proton 1
Proton 2
Proton 3
Proton 4
Proton 5
Protostern
Protostern 1
Proxima Centauri
Ptolemäus, Claudius
Pulsar
Pulsar 1
Pulsar 2

Q

Quantengravitation
Quantengravitation 1
Quantengravitation 2
Quantentheorie
Quantentheorie 1
Quantentheorie 2
Quantentheorie 3
Quantentheorie 4
Quantentheorie 5
Quantentheorie 6
Quantentheorie 7
Quasar
Quasar 1
Queloz, Didier
Quintessenz
Quintessenz 1

R

Radioaktivität
Radioaktivität 1
Radioaktivität 2
Radioaktivität 3
Rees, Martin
Rees, Martin 1
Religion
Religion 1
Religion 2
Religion 3
Religion 4
Religion 5
Religion 6
Rote Riesen
Rote Riesen 1
Rote Riesen 2
Rote Riesen 3
Rote Riesen 4
Rote Riesen 5
Rote Riesen 6
Rote Riesen 7
Rote Riesen 8
Rote Riesen 9
Rotverschiebung
Rotverschiebung 1

S

Saturn
Saturn 1
Saturn 2
Saturn 3
Saturn 4
Sauerstoff
Sauerstoff 1
Sauerstoff 2
Sauerstoff 3
Sauerstoff 4
Sauerstoff 5
Sauerstoff 6
Sauerstoff 7
Sauerstoff 8
Sauerstoffbrennen
Schlattl, Helmut
Schleifen-Quantengravitation
Schleifen-Quantengravitation 1
Schleifen-Quantengravitation 2
Schmutzige Bombe
Schönborn, Christoph
Schrödinger, Erwin
Schwarzer Zwerg
Schwarzes Loch
Schwarzes Loch 1
Schwarzes Loch 2

Search for Extraterrestrial Intelligence, SETI

Search for Extraterrestrial Intelligence, SETI 1

Search for Extraterrestrial Intelligence, SETI 2

Silber
Siliziumbrennen
Sisyphus
Sisyphus 1
Sonne
Sonne 1
Sonne 2
Sonne 3
Sonne 4
Sonne 5
Sonne 6
Sonne 7
Sonne 8
Sonne 9
Sonne 10
Sonne 11
Sonne 12
Sonne 13
Sonne 14
Sonne 15
Sonne 16
Sonne 17
Sonne 18
Sonne 19
Sonne 20
Sonne 21
Sonne 22
Sonne 23
Sonne 24
Sonne 25
Sonne 26
Sonnensystem
Sonnensystem 1
Sonnensystem 2
Sonnensystem 3
Sonnensystem 4
Sonnensystem 5
Sonnensystem 6
Sonnensystem 7
Sonnensystem 8
Sonnensystem 9
Sonnensystem 10
Sonnensystem 11
Sonnensystem 12
Sonnensystem 13
Sonnensystem 14
Sonnensystem 15
Sonnensystem 16
Sonnensystem 17
Sonnensystem 18
Sonnensystem 19
Spezielle Relativitätstheorie
Spezielle Relativitätstheorie 1
Spiralgalaxie
Spiralgalaxie 1
Square Kilometer Array, SKA
Steady-State-Theorie
Steady-State-Theorie 1
Stern
Stern 1
Stern 2
Stern 3
Stern 4
Stern 5
Stern 6
Stern 7
Stern 8
Stern 9
Stern 10
Stern 11
Stern 12
Stern 13
Stern 14
Stern 15
Stern 16
Stern 17
Stern 18
Stern 19
Stern 20
Stern 21
Stern 22
Stern 23
Stern 24
Stern 25
Stern 26
Stern 27
Stern 28
Stern 29
Stern 30
Stickstoff
Stickstoff 1
Stickstoff 2
Stringtheorie
Stringtheorie 1
Stringtheorie 2
Stringtheorie 3
Stringtheorie 4
Supernova
Supernova 1
Supernova 2
Supernova 3
Supernova 4
Supernova 5
Supersymmetrische Teilchen

T

Theologie
Theologie 1
Theologie 2
Theorie für Alles
Theorie für Alles 1
Theorie für Alles 2
Theorie für Alles 3
Theorie für Alles 4
Theorie für Alles 5
Tripel-Alpha-Prozess
Tripel-Alpha-Prozess 1
Tripel-Alpha-Prozess 2

U

Ungeziefer-Theorie
Ungeziefer-Theorie 1
Uran
Uran 1
Uran 2
Uran 3
Uran 4
Uran 5
Uran 6
Uranus
Uranus 1
Uranus 2
Uranus 3
Uranus 4
Urknall
Urknall 1
Urknall 2
Urknall 3
Urknall 4
Urknall 5
Urknall 6
Urknall 7
Urknall 8
Urknall 9
Urknall 10
Urknall 11
Urknall 12
Urknall 13
Urknall 14
Urknall 15
Urknall 16
Urknall 17
Urknall 18
Ussher, James
Ussher, James 1

V

Venus
Venus 1
Venus 2
Venus 3
Virgo-Haufen
Virgo-Haufen 1
Virgo-Haufen 2

W

Ward, Peter D.
Wasser
Wasser 1
Wasser 2
Wasser 3
Wasser 4
Wasser 5
Wasser 6
Wasser 7
Wasser 8
Wasser 9
Wasser 10
Wasser 11
Wasser 12
Wasser 13
Wasser 14
Wasserstoff
Wasserstoff 1
Wasserstoff 2
Wasserstoff 3
Wasserstoff 4
Wasserstoffbombe
Wasserstoffbombe 1
Wasserstoffbombe 2
Wasserstoffbrennen
Wasserstoffbrennen 1
Wasserstoffbrennen 2
Weinberg, Steven
Weinberg, Steven 1
Weinberg, Steven 2
Weißer Zwerg
Weißer Zwerg 1
Weißer Zwerg 2
Weltuntergangsuhr
Weltuntergangsuhr 1
Wilson, Robert Woodrow

X

Xena

Xena 1

Z

Zoo-Hypothese
Zwerggalaxie
Zwerggalaxie 1
Zwergplanet
Zwicky, Fritz
Zyklisches Universum
Zyklisches Universum 1