Als am 7. Mai 1823 die Morgendämmerung über der deutschen Stadt Bremen aufging, Heinrich Olbers Er gab einem Artikel den letzten Schliff, der seinen Namen in die Geschichte einging. Nach dem Tod seiner Frau und seiner Tochter hatte Dr. Olbers kürzlich seine Arbeit als Augenarzt aufgegeben, um sich seinen nächtlichen Leidenschaften zu widmen: den Sternen, dem Mond, Meteoriten und Kometen.
Wie viele seiner Kollegen erlernte Olbers selbst die Astronomie. Er erlangte einen solider Ruf in der akademischen Welt und verbrachte lange Nächte damit, den Himmel vom Observatorium im zweiten Stock seines Hauses aus zu beobachten.
An diesem Morgen war Olbers zu einem seltsamen Schluss gekommen: Nach allem, was man damals über das Universum wusste, hätte der Nachthimmel nicht dunkel sein dürfen. Tatsächlich hätte der gesamte Himmel so hell leuchten sollen wie die Sonne.
Olbers war nicht der erste um dieses Paradoxon zu beachten. Aber sein Name ist der, den wir heute damit verbinden. Das Rätsel um die Dunkelheit des Nachthimmels spiegelt sich im Laufe der Jahrhunderte wider, von Olbers und dem Dichter Edgar Allan Poe bis hin zu den heutigen Astronomen und Raumsonden des 20. Jahrhunderts.
Endliches Licht in einem unendlichen Universum
Olbers folgte wie viele seiner Zeitgenossen Isaac Newton und René Descartes im Glauben, dass das Universum unendlich sei.
Wäre das Universum endlich und statisch, müsste die Schwerkraft alle Sterne an einem zentralen Punkt zusammenziehen. Aber wenn sich das Universum ewig erstrecken würde, wären die Gravitationskräfte im Durchschnitt in alle Richtungen ausgeglichen.
Doch Olbers erkannte, dass dieses Modell des Kosmos nicht mit den Beobachtungen übereinstimmte. In einem grenzenlosen Universum voller unzähliger Sterne sollte unser Blick überall, wo wir nachts hinschauen, auf der Oberfläche eines Sterns landen, so wie jede Sichtlinie in einem Wald an einem Baum endet.
Dies ist das Problem, das Olbers in seinem Beitrag angesprochen hat Papier vom 7. Mai 1823: Das damalige kosmologische Modell besagte, dass jeder Punkt am Himmel so hell sein sollte wie die Sonnenoberfläche. Es sollte keine Nacht geben.
Olbers schlug eine Lösung vor: Das Licht weiter entfernter Sterne wurde von Staub oder anderen im Weltraum schwebenden Materialien absorbiert. Der englische Astronom John Herschel wies später darauf hin, dass dies nicht richtig sein könne, da sich alles, was so viel Licht absorbiert, irgendwann so stark erhitzen würde, dass es glüht.
Als Olbers am 2. März 1840 im Alter von 81 Jahren starb, war das Rätsel, das wir heute als Olbers Paradoxon kennen, ungelöst.
Die Intuition eines Dichters
Acht Jahre später, auf der anderen Seite des Atlantischen Ozeans, lebte der Dichter und Schriftsteller Edgar Allan Poe dachte, er hätte eine Antwort gefunden. Am 3. Februar 1848 hielt er vor 60 Personen in der New York Society Library einen öffentlichen Vortrag über seine Ideen.
Poe schwankte zwischen Metaphysik und Wissenschaft und argumentierte, der Kosmos sei aus einem einzigen Materiezustand („Einheit“) entstanden, der unter der Wirkung einer abstoßenden Kraft fragmentiert und zerstreut wurde.
Dies bedeutete, dass das Universum eine endliche Materiesphäre war. Wenn das endliche Universum von einer ausreichend kleinen Anzahl von Sternen bevölkert ist, werden wir nicht in jede Richtung, in die wir schauen, einen sehen. Die Nacht kann wieder dunkel sein.
Selbst wenn wir davon ausgehen, dass das Universum unendlich ist, wenn es irgendwann in der Vergangenheit begann, dann Zeit, die das Licht braucht, um uns zu erreichen würde die Größe des Universums begrenzen, das wir sehen können. Diese Reisezeit würde einen Horizont schaffen, jenseits dessen entfernte Sterne unzugänglich bleiben würden.
Poes Publikum in der New York Society Library bereitete ihm nicht den begeisterten Empfang, den er sich erhofft hatte. Später im selben Jahr veröffentlichte er seine Theorien in dem Prosagedicht Heurekadas wenig verbreitet war.
Im folgenden Jahr, am 7. Oktober 1849, starb Poe im Alter von 40 Jahren. Es sollte mehr als ein Jahrhundert dauern, bis Wissenschaftler seine Intuitionen über das Rätsel des dunklen Nachthimmels bestätigten.
Zweieinhalb Fakten
In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurden viele neue Theorien über den Kosmos entwickelt, angeregt durch Einsteins allgemeine Relativitätstheorie, die Schwerkraft, Raum und Zeit auf neue Weise erklärte. In der zweiten Hälfte des Jahrhunderts begann man, diese kosmologischen Theorien durch Beobachtungen zu überprüfen.
Im Jahr 1963, Britischer Astronom Peter Scheuer argumentierte, dass die Kosmologie nur auf „zweieinhalb Fakten“ beruhe:
In den 1950er und 1960er Jahren kam es in der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu heftigen Kontroversen über die Interpretation der Fakten 2 und 2.5. War das Universum im Wesentlichen stationär oder hatte es in einer gewaltigen Explosion – einem Urknall – begonnen? Befürworter beider Seiten räumten jedoch ein, dass sie die Dunkelheit des Nachthimmels erklären müssten.
Die Lebensdauer der Sterne
Britischer Kosmologe Edward Harrison den Konflikt gelöst im Jahr 1964. Er zeigte, dass der Hauptfaktor für die Helligkeit des Nachthimmels tatsächlich das endliche Alter der Sterne ist.
Die Anzahl der Sterne im beobachtbaren Universum beträgt sehr groß, aber es ist endlich. Diese begrenzte Anzahl, die jeweils für eine begrenzte Zeit brennt und über ein gigantisches Volumen verteilt ist, lässt die Dunkelheit zwischen den Sternen sichtbar werden.
Harrison später erkannte Diese Lösung wurde bereits 1901 nicht nur von Edgar Allan Poe, sondern auch vom britischen Physiker Lord Kelvin vorgeschlagen.
Beobachtungen in den 1980er Jahren bestätigten den von Poe, Kelvin und Harrison vorgeschlagenen Beschluss. Olbers Paradoxon hatte endlich zur Ruhe gebracht.
Fossiles Licht
Oder vielleicht auch nicht ganz. Aus einem anderen Blickwinkel betrachtet, gibt es eine andere Lösung für das Paradoxon: Der Nachthimmel ist eigentlich gar nicht so dunkel.
Nach der Entdeckung der Expansion des Universums in den späten 1920er Jahren erkannten Wissenschaftler, dass das Universum ursprünglich extrem kompakt, dicht und heiß gewesen sein könnte. Das ist das „heiße Urknall“-Modell, das wir heute haben.
Eine zentrale Vorhersage dieses Modells ist die Existenz von „fossilem Licht“, das in der kosmischen Morgendämmerung freigesetzt wird. Dieses fossile Licht sollte heute sichtbar sein – allerdings nicht mit bloßem Auge, da das expandierende Universum es zu längeren Wellenlängen verschoben hätte.
Diese Strahlung – der kosmische Mikrowellenhintergrund – war 1964 entdeckt. Jetzt gemessen mit exquisite Genauigkeitdie kosmische Hintergrundstrahlung ist das am häufigsten vorkommende Licht im Universum.
Wir wissen jetzt, dass der Kosmos auch von beleuchtet wird ein zweites, viel schwächeres Hintergrundlicht, erzeugt von Galaxien bei ihrer Entstehung und Entwicklung. Dieses Licht wird als kosmischer ultravioletter, optischer und infraroter Hintergrund bezeichnet.
Wir können Olbers Paradoxon also auch damit beantworten, dass der Himmel nicht dunkel ist, sondern schwach schimmert schwache Reliktstrahlung von allem, was im Laufe der endlichen Lebenszeit des Universums passiert ist.
Neue Antworten, neue Fragen
Im Jahr 2023 hat sich Olbers Paradoxon zu einem reichhaltigen Forschungsgebiet entwickelt. In unserer eigenen Arbeit führen wir immer präzisere Messungen der Helligkeit des Nachthimmels durch und simulieren die Sterne des Kosmos mit Supercomputern. Wir können nun die bestimmen Anzahl der Sterne am Himmel mit großer Genauigkeit.
Dennoch bleiben Rätsel bestehen. Letztes Jahr entdeckte die Raumsonde New Horizons, jenseits der Umlaufbahn von Pluto und weit weg vom Staub des inneren Sonnensystems, den Himmel doppelt so hell wie wir es erwartet hatten.
Und so lebt die Frage nach der Dunkelheit des Himmels über Jahrhunderte und Kulturen hinweg weiter.
Dieser Artikel wurde erneut veröffentlicht von Die Unterhaltung unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das originaler Artikel.