Abb.: Hans-Erich Fröhlich
Liebe Leserin, lieber Leser,
man sollte sich nicht vom ersten Eindruck leiten lassen: Der „Schneemann“ aus der Februarausgabe, er verflachte inzwischen zum „Lebkuchenmann“! Die Einzelteile, Ultima und Thule, sie sind gar nicht kugelig – insbesondere Ultima erweist sich als platt –, man musste bloß auf eine geänderte Blickrichtung warten! Die ergab sich in der Rückschau, nach dem Vorbeiflug von New Horizons. Leider zieht sich das Übermitteln der Fotos bei einer Downlink-Rate von 500 Bits/s hin, wir wüssten es sonst schon längst.
Im Nachhinein hätte man sich's denken können. Es gab keinen Grund, im Vornherein von etwas Kugelförmigem auszugehen. Die beiden Teile sind viel zu klein, als dass es allein unter der Last des Eigengewichts dazu hätte kommen können.
Es gibt Wortschöpfungen, die es aus der Enge des Fachlichen ins Volkstümlich-Umgangssprachliche geschafft haben. „Big Bang“, vor 70 Jahren von dem Urknall-Kritiker Fred Hoyle (1915–2001) geprägt, gehört in diese Kategorie. Die Lehre vom „Großen Knall“ selbst ist älter. Sie entstand, als man es endlich aufgab, ein stationäres Universum erzwingen zu wollen. Mit einer dominierenden Kraft, die nur Anziehung kennt, der Gravitation, ist dies schlicht unmöglich (was ein Newton schon hätte wissen können). Einstein hatte ad hoc eine Art Anti-Gravitation „erfunden“ gehabt – die ominöse kosmologische Konstante – ohne zu bemerken, dass ein solches Universum labil und also letztlich alles andere als stationär wäre, nämlich inflationär. Einstein hatte sich später davon distanziert gehabt. Das Problem mit dem Urknall: der singuläre Anfang, wo die Dichte unendlich hoch gewesen sein muss, jedenfalls in der klassischen Theorie (wobei es egal ist, ob man Newton oder Einstein folgt). Als Startbedingung erschien das höchst fragwürdig. (Die katholische Kirche hat übrigens seit 1952 damit kein Problem!) Deshalb gab es Kosmologen, die eine Theorie des stationären? Zustands propagierten. Sie hielten es mit dem vollkommenen? kosmologischen Prinzip: Das Universum habe weder eine Vorzugsrichtung (Isotropie), noch ein Zentrum (räumliche Homogenität), noch einen ausgezeichneten Zeitpunkt (zeitliche Homogenität)! Das war mit der beobachteten Expansion nur vereinbar, verzichtete man auf die Erhaltung der Masse (genauer: der Energie). Damit im Großen und Ganzen alles beim Alten bleibt, sich die mittlere Dichte im Laufe der Jahre nicht ändert, müssen sich zwischen den auseinanderstiebenden Galaxien ständig neue Galaxien bilden. Man fragt sich, was die schlimmere Zumutung ist: ein Zustand quasi-unendlicher Dichte vor gerade einmal drei Erdaltern, an dem die (klassische) Physik zerbricht, oder ein zusätzliches, aus dem Nichts auftauchendes Wasserstoffatömchen pro Jahr und 100 Kubikkilometer – etwas, das niemandem auffiele? Schöpfer dieser Steady-state? Theorie von 1948 waren zwei vor den Nazis geflohene Österreicher, Hermann Bondi (1919–2005) und Thomas Gold (1920–2004), sowie der stabreimende Exzentriker Fred Hoyle. Der Hieb saß, aber anders als von Hoyle gedacht: „Big Bang“ verlor seinen negativen Beigeschmack und ging ins kollektive Gedächtnis der Menschen ein. Kosmologen und Physiker haben sich spätestens seit 1965, seit der Entdeckung der kosmologischen Hintergrundstrahlung, der 3-K-Strahlung, gegen die Wiederholung des ständig Gleichen und für die Geschichtlichkeit des Universums entschieden.
Dennoch: die Zeit stört! Der Quantenkosmologe Stephen Hawking (1942–2018) wollte sie aus der Theorie ganz verbannen. Nach Hawking begann das Quantenuniversum zeitlos und endlich. Dazu musste er der Zeit ihren Sonderstatus nehmen, jedenfalls „bevor es los ging“: Die heiße Planck-Ära war gar keine Ära, sie war zeitlos, es wurde (noch) nicht zwischen Räumlichem und Zeitlichem unterschieden. Die Zeit war „verräumlicht“, sprich imaginär, was ein mathematischer Trick ist, um sie den drei anderen räumlichen Koordinaten gleich zu stellen. Für eine quantenphysikalische Betrachtung, die alle Möglichkeiten einkalkuliert, sei dies notwendig, so Hawking. Die Anfangssingularität, die eine Spezialität der Einsteinschen Allgemeinen Relativitätstheorie ist, wurde par ordre du moufti aus der Welt geschafft – durch die Keine-Grenzen-Hypothese von 1981. Das vierdimensionale Gebilde soll zwar unbegrenzt, aber dennoch endlich sein. Ohne Rand gibt's auch keine Singularität. Danach entwickelte sich, ausgelöst durch Quantenfluktuationen, das ganze wie gehabt: Die Zeit wurde reell, und auf eine inflationistische Phase schnellen Aufblähens mit konstanter Hubble-Konstante folgt jene Phase, in der wir leben und wo die Hubble-Konstante mit dem Kehrwert des Weltalters sich verkleinert, nur dass der Anfangszustand à la Hawking halt ein endlicher und singularitätsfreier ist. Die (reelle) Zeit, wie wir sie kennen, wo es kein Zurück wie im Raume gibt, sie ist etwas für's nach-Planck'sche „kühle“ Universum. Hawking starb vor einem Jahr, am 14. März. Es war Albert Einsteins 139. Geburtstag und Pi-Tag.
Vor nunmehr 30 Jahren, am 18. März 1989, verstarb der Mathematiker, Statistiker, Meteorologe, Geophysiker und Astronom Sir Harold Jeffreys (1891–1989). Der Kosmos-Bote muss gestehen, dass er einst meinte, es gäbe mehrere Wissenschaftler gleichen Namens. Sir Harold lag auch die Logik der Forschung am Herzen – und er trug ab 1939 wesentlich zur Wiederbelebung einer damals verpönten Auffassung von Wahrscheinlichkeit bei: als Grad der Glaubwürdigkeit. Aus einem „Objektivitätswahn“ heraus hatte sich die klassische (Schul-)Statistik einem engen Wahrscheinlichkeitsbegriff verschrieben, der lediglich Häufigkeiten von Ereignissen anerkannte, z.?B. der Häufigkeit einer „6“ beim Würfeln. Einer Aussage eine gewisse Wahrscheinlichkeit zuzuschreiben, wahr zu sein, galt unter „Frequentisten“ als Frevel. (Was meint der Wetterbericht, wenn er von 50?% Regenwahrscheinlichkeit spricht?)
Was Jeffreys lehrt? Durch Daten wird Vor-Wissen auf den neuesten Stand gebracht. Sind die gemessenen Daten exzellent, spielt das Vor-Wissen kaum eine Rolle. Bei prekärer Datenlage hingegen, was oft der Fall – nicht immer liegen die Dinge klar auf der Hand –, hält sich der Erkenntnisgewinn in Grenzen und unser Vor-Urteil schlägt mehr oder weniger durch. Daten (Fakten) sind immer nur eine Seite der Medaille, Vor-Urteile die andere! Wie man subjektives Nicht-Wissen objektiviert, hat Jeffreys gelehrt. Von Jeffreys' Prior war im Kosmos-Boten schon die Rede.
Wir kommen nun zu einer Sternstunde des Potsdamer Astrophysikalischen Observatoriums (AOP). Es war eine „Sonnenstunde“, an der vor 80 Jahren der Spektroskopiker Walter Grotrian (1890–1954) und spätere Direktor des AOP den Weg zur Lösung eines 70-jährigen Rätsel der Sonnenphysik aufzeigte: Er identifizierte zwei helle rote (637,4 nm und 789,2 nm) Koronalinien. Mit Datum vom 16. März 1939 publizierten die „Naturwissenschaften“ dazu eine kurze Mitteilung. Wie Grotrian vermutete, handelte es sich bei den beiden Linien nicht um den spektralen Fingerabdruck eines unbekannten chemischen Elements, voreilig Koronium getauft! Die Linien entpuppten sich nebst einigen anderen als verbotene? Linien neun- bzw. zehnfach ionisierten Eisens (Fe?X bzw. Fe?XI). Inzwischen sind auch andere hoch-ionisierte Metallionen röntgenspektroskopisch in der Sonnenkorona nachgewiesen. Woher die Gewalt, die es vermag, den Atomen einen Großteil ihrer Elektronenhülle zu rauben? Die Energie des Sonnenlichts kann es nicht sein. Es geht ja nicht um Elektronenvolt (eV), es geht um Hunderte von Elektronenvolt!
Das „Element“ Koronium hat sich, wie zuvor schon das Nebulium, in Luft aufgelöst. Es war dafür sowieso kein Platz mehr im Periodischen System der Elemente – dessen 150. Geburtstag die UNESCO dieses Jahr groß feiert. Im März 1869 hatte der russische Chemiker Dimitrij Iwanowitsch Mendelejew (1834–1907) die Urform jener Tafel — damals noch ohne Edelgase und geordnet nach dem Atomgewicht — publik gemacht, die in keinem Klassenzimmer fehlen darf. Er kam damit dem deutschen Chemiker Julius Lothar Meyer (1830–1895) zuvor.
Kommen Sie gut in den Frühling!
Ihr Hans-Erich Fröhlich