Das Universum als Rotlichtmilieu
Doch die entscheidende Entdeckung von Hubble, die die Urknalltheorie des belgischen Astronomen Georges Lemaître stützen sollte, war die Rotverschiebung bei Galaxien. Um zu verstehen, was das ist, müssen wir uns das Farbspektrum vor Augen führen.
Jede Farbe im sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums kann man durch Wellenlängen ausdrücken. Die kürzesten Wellen nehmen wir als violett und blau wahr, längere Wellen als orange oder rot. Hubble beobachtete, dass sich das Licht der Galaxien, die er untersuchte, im sichtbaren Spektrum immer weiter in den roten Bereich verschob, je weiter sie entfernt waren. 17 Damit hatte er den Dopplereffekt bei Galaxien festgestellt. Diesen Effekt kennen wir alle aus dem Alltag: Wenn ein Polizei- oder Feuerwehrauto mit eingeschaltetem Martinshorn auf uns zukommt, wird die Sirene immer schriller, ihr Ton immer höher. Sobald das Auto an uns vorbei ist, ändert sich die Tonhöhe scheinbar, und der Klang der Sirene wird immer tiefer, je weiter sie sich von uns entfernt. Das kommt dadurch zustande, dass die Schallwellen, die das Fahrzeug entsendet, sich aufstauen, während es auf uns zufährt. Wenn es an uns vorbeigefahren ist, werden die Wellen immer länger und, für uns hörbar, immer tiefer.
Genau diesen Effekt konnte Hubble nun bei Galaxien beobachten, allerdings nicht bezogen auf Tonhöhe, sondern auf Farben. Ihr Farbspektrum verschob sich zunehmend in den roten Bereich, ihre Wellen wurden also länger. Doch was bedeutet es, dass die Galaxien immer röter werden, je länger man sie anschaut? Sind sie vielleicht peinlich berührt?
Nicht ganz. Die Galaxien werden immer röter, weil sie sich, genau wie das Feuerwehrauto, von uns entfernen. Alle Galaxien, die Hubble durch sein Teleskop beobachtete, bewegten sich also von ihm weg. Und das heißt? Das Universum dehnt sich aus! Genau wie Lemaître es vorhergesagt hatte!
Aber … was genau heißt das? Nun, erst mal lässt sich daraus ableiten, dass unser Universum nicht statisch ist, wie viele Expertinnen und Wissenschaftler, unter anderem auch Fred Hoyle, zu Lemaîtres Zeiten noch glaubten. Im Gegenteil, es ist hochdynamisch. Dabei bewegen sich die Galaxien, die am weitesten von uns entfernt sind, am schnellsten von uns weg. Ein wichtiges Detail ist hier aber, dass sich die Galaxien nicht durch das Weltall bewegen, sondern mit dem Weltall.
Stellen wir uns einmal vor, das Universum wäre ein Rosinenbrot. Der Hefeteig ist der Weltraum, in dem sich die Galaxien befinden, in unserem Beispiel die Rosinen. Wenn man ein Brot bäckt, geht der Teig auf, dehnt sich also aus. Dabei wird die Entfernung zwischen den Rosinen immer größer, obwohl sie sich nicht selbst durch den Teig und voneinander wegbewegen. Sondern: Dadurch, dass das Brot sich ausdehnt, wird auch die Entfernung zwischen den Rosinen immer größer. Genau das passiert auch im Universum, was erst durch die Arbeit von Hubble so richtig klar wurde: Alle Galaxien bewegen sich von uns weg. 2 Und je weiter eine Galaxie von uns entfernt ist, desto schneller bewegt sie sich anscheinend. Wobei sich die Galaxien nicht selbst bewegen, sondern der Raum zwischen ihnen dehnt sich aus, wie beim Rosinenbrot, das im Ofen aufgeht. So weit verstanden?
Hubbles Entdeckung wurde schnell mit Lemaîtres Urknalltheorie verheiratet, weshalb man das Gesetz der Rotverschiebung auch manchmal das Hubble-Lemaître-Gesetz nennt: Galaxien entfernen sich von der Erde mit Geschwindigkeiten, die proportional zu ihrer Entfernung zur Erde sind.
Der bisher weitgehend unbeachtete Artikel des Belgiers mit dem endlos langen Titel wurde 1931 , also vier Jahre nachdem er ihn das erste Mal veröffentlicht hatte, für die Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ins Englische übersetzt und fand schnell begeisterte Anhänger, zu denen sich sogar der anfangs noch kritische Albert Einstein gesellte. Mithilfe der Formeln, die Hubble mit seinem Gesetz aufgestellt hatte, konnte man nun die Geschwindigkeit bestimmen, mit der sich unser Kosmos ausdehnt. Festgehalten wird diese Rate in der Hubble-Konstante H0. Da man nun diese Geschwindigkeit kannte, ließ sich zurückrechnen, vor wie langer Zeit sich mal alle Galaxien auf einem Punkt, also in der anfangs beschriebenen Singularität, befanden. Bingo! Lemaîtres »Uratom« war somit im Rennen, die Urknalltheorie wurde erstmals ernst genommen. Auch wenn sich Kosmologen und Astronominnen heute wieder streiten, wie alt das Universum tatsächlich ist und ob die ursprünglich berechnete Hubble-Konstante doch einen anderen Wert hat, 18 war die wissenschaftliche Sensation damals perfekt: Das Universum hatte endlich einen Anfang.