Die Entdeckung der Leere

Da, wo nichts ist, herrscht die Leere. Für die griechischen Philosophen und den ihnen nachfolgenden abendländischen Denkern war dieses Nichts ein rechter Graus. Unheimlich und irgendwie auch unvorstellbar. Aristoteles brachte es auf eine eingängige Formel, die heute zu den geflügelten Worten zählt, und sprach vom „horror vacui“. Er war überzeugt davon, dass die Natur die Leere zu erfüllen sucht – die Vorstellung entwickelte sich geradezu zu einem Dogma der abendländischen Kultur. In der fernöstlichen Philosophie dagegen erfuhr die „Abwesenheit von Etwas“ schon immer eine ganz andere Interpretation. Im sechsten Jahrhundert vor Christus beschrieb sie Lao-Tse in einem seiner berühmten Gedichte so:

Dreißig Speichen umgeben eine Nabe:
In ihrem Nichts besteht des Wagens Werk.
Man höhlet Ton und bildet ihn zu Töpfen:
In ihrem Nichts besteht der Töpfe Werk.
Man gräbt Türen und Fenster, damit die Kammer werde:
In ihrem Nichts besteht der Kammer Werk.
Darum, was ist, dient zum Besitz.
Was nicht ist, dient zum Werk.

Diese alte chinesische Weisheit eines großen Denkers, dessen Existenz bis heute nicht bewiesen ist, haben jetzt auch die modernen Kosmologen für sich „entdeckt“! Sie beginnen nun ihr „Werk“ in der Leere, auf der Suche nach den vielschichtigen, noch ungelösten Fragen der universalen Entwicklung.

Einer von Ihnen ist Nico Hamaus an der Universitäts-Sternwarte in München, den ich für meine oben gezeigte Reportage besuchte . Im Zentrum der Suche in der Leere steht die Klärung der mysteriösen Dunklen Energie, von der selbst die gelehrtesten Geister des Fachs heute sagen, dass sie nicht wüssten, was sie eigentlich ist. Den wissenschaftlichen Platzhalter, der den griechischen Buchstaben Lambda erhalten hat, bezeichnen Astrophysiker als „kosmologische Konstante“. Sie muss den ganzen Raum durchfluten, eine Art Äther 2.0, wie er einst im 17. Jahrhundert eingeführt wurde, um uns die Übertragung von Etwas – nämlich von Lichtstrahlen – durch ein scheinbares Nichts zu erklären. Natürlich – der „horror vacui“! Mit dem Michelson-Morley-Versuch stürzte die Äther-Theorie jedoch endgültig, und auch für die Erklärung sämtlicher Phänomene der modernen Quantenmechanik wie der Physik im kleinsten Raum ist kein solches Trägermedium mehr vonnöten. Aber in universalem Maßstab, sagen uns die Theoretiker, braucht es nun doch ein solches „Medium“ für die Erklärung der beobachtbaren Gesetze des Himmels. Denn die gesamte Masse des Universums reicht nicht, um die faktisch messbare Expansion herzuleiten – und zwar selbst einschließlich der Dunklen Materie, die die Theoretiker für die Erklärung der messbaren Gravitationskräfte im All benötigen.

Die Expansion an sich ist kein neu entdecktes Phänomen. Seit rund hundert Jahren messen wir sie mit Hilfe der Rotverschiebung. Allerdings: Vor rund fünfzehn Jahren kam es zu einer überraschenden Entdeckung. Mit Messungen an entfernten Supernova-Explosionen gelang der schon Nobelpreis-geehrte Nachweis, dass die Expansion in kosmischem Maßstab nicht abnimmt, ja, nicht einmal statisch ist, sondern sich faktisch beschleunigt. Die Materie scheint trotz der gewaltigen Gravitationskräfte seit dem Urknall immer schneller auseinander zu stieben. Für diese beschleunigte Expansion braucht es irgendetwas, für das der „Platzhalter Dunkle Energie“ heute herhalten muss.

Aber warum dafür in der Leere forschen? Weil dort, so hoffen Astrophysiker, die Dunkle Energie am besten zu beobachten ist. Denn in der kosmischen Leere befindet sich per Definition nun mal kaum sichtbare Materie, die die Himmelsgucker heute übrigens „baryonisch“ nennen. Auch Dunkle Materie ist in diesen Regionen wenig vorhanden, sagen uns die Kenner universaler Strukturen, denn sie hat die Eigenschaft, sich gerade dort zusammen zu klumpen, wo auch die baryonische Materie zu finden ist – im Bereich von Galaxien, in großen Sternhaufen und entlang der Filamente, die sich wie Fäden eines Spinngewebes durch das kosmische Web ziehen. Nun müsste also, so die Hoffnung der Experten, gerade die Leere jener Teil des Kosmos sein, in der die geheimnisvolle Dunkle Energie Überhand hat und somit besonders gut zu erforschen ist. Soweit, so gut. Die Sache hat natürlich dennoch einen ziemlich großen Haken: Denn messbar wird die Dunkle Energie selbst in Regionen, in denen sie dominiert, für uns erst dann, wenn sie irgendwie mit jenem Teil der Materie interagiert, den wir beobachten können. Die technologischen Anforderungen, im weitgehenden Nichts noch etwas zu messen, sind ziemlich anspruchsvoll. Aber am beginnenden 21. Jahrhundert sind wir so weit: Wir haben Hilfsmittel entwickelt, mit denen sich nun auch die scheinbare Leere beobachten lässt, die also nicht wirklich leer ist, sondern nur mit vergleichsweise wenig Materie erfüllt, so wenig, dass sie für die menschlichen Augen sowieso, aber auch für die bisherigen technoiden Sensoren der Astronomen gänzlich im Dunkel blieb.

Doch spätestens mit Messgeräten wie jenen an Bord von Sonden wie „Planck“ hat sich das geändert. „Planck“ konnte sogar noch Strahlung präzise erfassen, die 13 Milliarden Jahre durch das Universum flog, dabei weite Teile ihrer Energie einbüßte und jetzt nur noch im Bereich von Mikrowellen strahlt. Mit solchen Methoden rückt jetzt auch der bisher dunkelste Teil der Welt ins Visier der Forscher. Denn wenn also Licht auf dem Weg zu uns durch solch besonders große Leeren fliegt – oder, wie der Forscher sie nennt: unterdichte Teile des Kosmos -, dann müsste dieses Licht gegenüber Strahlung, die vor allem in den Licht durchfluteten Regionen reist, bei gleicher Entfernung eine größere Rotverschiebung zeigen. Mehr dazu auch in der Titelstory des aktuellen Heftes von „Spektrum“ über „Das Nichts“ von Spektrum, die diesen „integrierten Sachs-Wolfe-Effekt“ genauer erklärt und zudem die Arbeiten von Istvan Szapudi vorstellt, ein ungarischer Astrophysiker, der in den Voids nach Erklärungen für die Anomalien in dieser Hintergrundstrahlung sucht. Beispielsweise für jene, die die Astro-Community als „Kalten Fleck“ bezeichnet. Szapudi sagt: kein theoretisch unerklärliches Phänomen der Quantenfluktuation am Beginn des Kosmos – auch nicht, wie von manchen WARP-Träumern erhofft, die gigantische Öffnung eines Wurmlochs in eine andere Dimension – sondern einfach „nur“ das Abbild einer gewaltigen Leere im kosmischen Raum, die das Licht aus frühester Zeit auf dem Weg zu uns durchquerte.

Mit der Himmelsdurchmusterung der Sonde Euclid – geplanter Start 2020 – soll nun in wenigen Jahren damit begonnen werden, den ganzen Himmel genau zu inspizieren. Die Sonde der ESA wird ihn kartographieren, überall selbst das geringste Licht aufspüren und darin mit der Rotverschiebung die Expansion im Weltall vermessen – auch da, wo das Nichts vorherrscht. Das wird den Void-Forschern einen umfänglichen neuen Datenschatz zur Auswertung liefern. Im besten Fall bringt das die Welt der Physik dem „wahren Wesen“ der Dunklen Energie näher. Noch sind die jungen Wilden der Leere eine kleine Truppe, doch mit Euclid werden sie zum Mainstream der Astrophysiker gehören. Diese New Generation wendet sich ab von den altbekannten leuchtenden Objekten und befasst sich lieber mit dem komplementären, aber vielversprechenden „Nichts“ – eben ganz im Sinne des Visionärs, der, wer weiß, vielleicht schon vor zweieinhalb Jahrtausenden den modernen Trend in der Astrophysik antizipierte:

Darum, was ist, dient zum Besitz.
Was nicht ist, dient zum Werk.

Vielleicht auch interessant:
– mehr über Die dritte Dimension im Kosmos
– Spektroskopie im Röntgenlicht im Artikel „Rosat, reloaded!“

Und hier noch der Talk, den ich mit dem Voids-Forscher Dr. Nico Hamaus zum einschlägigen Thema geführt habe.

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Ich habe viele Jahre journalistisch im Bereich Wissenschaft und Technologie gearbeitet, später dann mit meiner kleinen Beratungsfirma als Medienexpertin. 2010 erfüllte ich mir meinen großen Traum und gründete den Spartensender HYPERRAUM.TV, für den ich eine medienrechtliche Rundfunklizenz erteilt bekam. Seither mache ich als One-Woman-Show mit meinem „alternativen TV-Sender“ gewollt nicht massentaugliches Fernseh-Programm. Als gelernte Wissenschaftshistorikern habe ich mich gänzlich der Zukunft verschrieben: Denn die Vergangenheit können wir nur erkennen, die Zukunft aber ist für uns gestaltbar. Wir sollten versuchen, nicht blind in sie hinein zu stolpern!

6 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Das Thema über die Leere des Weltraums ist in der Tat höchstinteressant und wird uns in Zukunft sehr beschäftigen. In dem ganz neuen Artikel über Leere in Spektrum gibt es leider journalistische Ungereimtheiten. Beispiel: Nach der Durchquerung des Kalten Flecks sei Energie verloren gegangen. Wohin denn bitte? Unser Universum soll adiabatisch sein, also keine Energie verlieren. Das scheint auch richtig zu sein; denn wenn Strahlung erstmals ankommt, kann Energie nicht schneller sein, und Materie verschwindet nicht in der Leere. Kühlere Strahlung ist rotverschoben, weil die Welle gedehnt ist, aber die Wellenhöhe entsprechend geringer. Das Produkt aus Wellenhöhe und Frequenz ist Energie und exakt gleich. (Planck). Und Dunkle Energie ist falsch benannt. Nur Kraft kann eine Beschleunigung erzeugen. Aber das hat sich so eingebürgert und man kann da keinen Vorwurf machen, aber wissen sollte man es schon. Über die Vermessung der Leerräume wird ausführlich berichtet. Aber wie sie wirken, wird nicht erklärt, dabei ist das in empirischen Formeln schon vor Jahren durch Hobbyforscher veröffentlicht worden.

    • Goswin schrieb (24. März 2017 @ 01:48):
      > Das Produkt aus Wellenhöhe und Frequenz ist Energie

      Die Energie eines einzelnen Photons (gegenüber einem betrachteten Detektor) ist schlicht das Produkt aus Planckschem Wirkungsquantum h und Frequenz f (mit der der Detektor im Empfangsfalle angeregt würde);
      und die Gesamt-Energie, die einer bestimmten Anzahl von einzelnen (detektierten) Photonen entspricht, ist eher proportional zum Quadrat der Wellenhöhe (Amplitude) der elektromagnetischen Feldstärke.

      > Kühlere Strahlung ist rotverschoben, weil die Welle gedehnt ist

      Maßgeblich (insbesondere auch für die Zuordnung von „Farbe“) ist stets die Frequenz (im Sinne von Anregungsfrequenz am Detektor).
      Entsprechend dem (definitionsgemäßen) Zusammenhang

      Brechungsindex * Wellenlänge * Frequenz :=
      konstant
      (auch „Vakuum-Lichtgeschwindigkeit“ genannt)

      kann „Dehnung“ oder „Stauchung“ von Wellen (d.h. hinsichtlich ihrer Wellenlänge im geeigneten Detektersystem) auch mit eventueller Veränderlichkeit des Brechungsindex zusammenhängen.

      Von „Rotverschiebung“ spricht man also, falls die (Emissions-)Frequenz des Sender größer war, also die (Absorptions-)Frequenz des Empfängers.

  2. Auch Voids (Leere Stellen) müssen beobachtet werden und weil es dort wenig Materie zum Beobachten gibt, müssen die Analysen auf gute, zuverlässigen Daten zurückgreifen können um Fehlschlüsse zu vermeiden. Jede neue Generation von Beobachtungsinstrumenten verbessert die Datenlage aber so stark, dass man die alten Daten, die Daten der Vorgängergeneration praktisch vergessen kann. Eine ähnliche Situation wie bei den Computern wo auch niemand mehr einen Atari oder Ur-Intel PC mehr verwendet. Nur mit dem Unterschied, dass die Teleskope der neuesten Generation nicht billiger, sonder sehr viel teurer und auch komplexer als ihre Vorgänger sind, denn bessere Teleskope sind praktisch immer grösser oder vereinen ein ganzes Heer von kleinen Teleskopen zu einem grossen Superteleskop wie beim Square Kilometer Array. Irgendwann wird die Teleskop-Szene sogar gezwungen sein, all ihre neuen Teleskope im Weltraum zu platzieren, denn sie werden so gross sein, dass sie auf der Erde keinen Platz mehr haben. Anders als bei der Halbleiterindustrie gibt es keine theoretische Grenze für die Grösse von Teleskopen. Man kann sich durchaus Teleskope so gross wie die Erde vorstellen, Teleskope so mächtig, dass sie einen heutigen Void so detailliert darstellen, dass jede noch so spärlich darin enthaltene Materie sichtbar wird. Vielleicht ist es in einigen hundert Jahren so weit – also in einem Zeitraum, der galaktisch gesehen sehr kurz ist.

  3. Martin Holzherr,
    die Idee einer Mega-Teleskopstruktur ist wirklich sehr interessant! Aber in einem anderen Punkt möchte ich doch leichten Widerspruch einreichen – zumindest einen anderen Blickwinkel eröffnen. Es geht um die Frage der schnell veraltenden Daten. Faktisch geht es ja nicht nur um die Daten als solche, sondern immer auch um Korrelationen sowie um Auswertungsverfahren. Die zwanzig Jahre alten Rosat-Daten wurden, wie in meiner hier schon veröffentlichten Sendung vorgestellt, mit neuen Verfahren ausgewertet, was auch viele neue Erkenntnisse brachte. Und ein Atmosphärenforscher aus Bremen, der sich mit Klimamodellen befasst, sprach im Zusammenhang der auch schon Jahrzehnte alten Daten des Satelliten Envisat gar „von einem Schatz“. Das bringt mich übrigens als Side Step auf die Idee, diese Sendung aus meiner Spektrum-Vor-Zeit auch hier einmal zu zeigen. Was er meint: Es sind die einzigen jemals verfügbaren Daten aus dieser Zeit der satelliten-gestützten Klimabeobachtung. Sie lassen sich – selbst mit den besten neuen Technologien – nicht mehr generieren. Und da ist dann wenig besser als „Nichts“ – womit wir dann irgendwie auch wieder beim Thema angekommen wären …

    • Ja, alte Daten können sehr wertvoll sein, wenn sie einmalige, quasi historische Ereignisse festhalten, denn kein noch so gutes Instrument der Zukunft kann diese zurückholen. Das meiste was man am Sternenhimmel beobachtet verändert sich aber nur über tausende von Jahren.
      Allerdings gibt es auch vielerlei Ereignisse im beobachtbaren All. Wie etwa das Aufleuchten von Novae oder Supernovae, Gravitational Microlensing, Gammastrahlenausbrüche, Exoplanetentransits, Ausbildung von Kometenschweifen, etc. . Es fehlen meiner Ansicht aber noch die ensprechenden Teleskope, die kosmische Ereignisse systemarisch registrieren. Mir schweben da weltraumtaugliche Panoramateleskope im Stile des Evrysopes Vor.

      • Martin Holzherr schrieb (25. März 2017 @ 23:56):
        > alte Daten können sehr wertvoll sein, wenn sie einmalige, quasi historische Ereignisse festhalten, denn kein noch so gutes Instrument der Zukunft kann diese zurückholen.

        Richtig.
        Und Anlass, darauf hinzuweisen, dass mit „Reproduzierbarkeit“ („Reproducbility“) wissenschaftlicher Ergebnisse (wie z.B. hier diskutiert) nur, oder wenigstens vor allem, die Nachvollziehbarkeit der Auswertung von Daten gemeint sein kann, insbesondere sofern diese von einmaligen, quasi historischen Ereignissen bzw. Versuchen gesammelt wurden;
        und nicht, oder wenigstens nicht vorrangig, die „Wiederholbarkeit“ („Replicability“) bzw. die konkrete wiederholte Gleichheit („Repetition“) von Ergebnissen, die aus verschiedenen Datensätzen zu gewinnen wären.

        > […] weltraumtaugliche Panoramateleskope im Stile des Evrysopes

        Mir schwebt an dieser Stelle zunächst eine wahlweise Ansicht im Sinne einer Kommentarvorschau vor …

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