Von Ulrich Schnabel

Vor sechzehn Jahren stellte der Astronom William Tifft eine gewagte Hypothese auf: Die Geschwindigkeiten von Galaxien im All seien nicht etwa kontinuierlich verteilt (wie man es eigentlich erwarten würde), sondern kämen nur in abrupten, regelmäßigen Stufen vor. Ausgehend von Messungen der sogenannten Rotverschiebung ihres Lichtes, schrieb Tifft den Galaxien in etwa die Rolle verschiedener Autofahrer zu, die alle mit festgestelltem Gaspedal fahren, aber unterschiedliche Gänge benutzen und damit verschieden schnell sind. Sprunghaft verteilte Geschwindigkeiten im Kosmos – diese Behauptung wurde von den meisten Astronomen erst einmal unter der Rubrik "Spinnerei" verbucht.

Mittlerweile sind sich die All-Experten da nicht mehr so sicher. Ein schottisches Forscherteam, das aufgebrochen war, die respektlose Behauptung des Doktor Tifft aus Arizona zu widerlegen, fand sie zu ihrem Erstaunen bestätigt. Die Schotten hatten 89 Spiralgalaxien nach dem Zufallsprinzip ausgewählt und ebenfalls deren Geschwindigkeiten bestimmt. Zunächst schien es, als seien diese Werte beruhigend gleichmäßig, nämlich ebenfalls zufällig verteilt. Als Bruce Guthrie und William Napier vom Königlichen Observatorium in Edinburgh jedoch die Bewegung unseres Sonnensystems innerhalb der Milchstraße berücksichtigten und ihre Berechnungen entsprechend korrigierten, änderte sich das Bild. "Eine starke Periodizität von etwa 37,2 Kilometern pro Sekunde zeigte sich", konstatierten die schottischen Astronomen überrascht in den Monatlichen Notizen der Königlich-Astronomischen Gesellschaft und bestätigten damit Tiffts Befunde, der Geschwindigkeitssprünge von 36,3 und 72,5 Kilometern pro Sekunde entdeckt hatte.

Jetzt ist guter Rat teuer. Wie läßt sich das erklären? Tifft selbst vergleicht die Situation schon mit der dramatischen Revolution in der Physik zu Anfang unseres Jahrhunderts, als die Forscher in der atomaren Welt Sprünge entdeckten. Mikroteilchen, so wurde damals unzweideutig klar, können ihren Zustand nicht kontinuierlich ändern, sondern nur ruckartig, indem sie bestimmte Energie-"Portionen" (Quanten) abgeben oder aufnehmen. Das bis dahin gültige Credo "Die Natur macht keine Sprünge" war plötzlich nicht mehr haltbar, die Physik der Quanten stürzte das Weltbild der Wissenschaftler um und ermöglichte den Bau von Halbleitern, Transistoren und Dioden, von Atomreaktoren und Kernspintomographen. Steht uns so ein Umbruch jetzt mit Tiffts gestückelten Geschwindigkeiten auch in der Kosmologie bevor? Gemach, sagen die astronomischen Kollegen. Den etwas irritierenden Befund nehmen sie zwar zur Kenntnis, aber ansonsten offenbar nicht weiter ernst. Von "Quanteneffekten" mag außer Tifft niemand reden, denn diese treten eben immer nur in atomaren Dimensionen auf und sind auf die Größe bestimmter Naturkonstanten zurückzuführen.

Symptomatisch dürfte die Haltung des bekannten Astrophysikers John Huchra sein, der gegenüber der New York Times äußerte, er persönlich habe sich entschlossen, in dieses Problem nicht viel Zeit zu investieren: "Ich sehe keine Verbindung zu dem physikalischen Modell, das wir im Moment verstehen, und ich bin nicht sicher, ob es korrekt ist." Auch Dierck Ekkehard Liebscher vom Astrophysikalischen Institut in Potsdam gjbt sich gelassen. Solche "Schrittmaße" im Universum stellten sich meist als "mathematische Artefakte" heraus, die dadurch zustande kämen, daß nur in einem ganz engen Himmelsbereich gemessen würde. Es sei eben "immer auch möglich, die Daten anders zu interpretieren". Stimmt das? Worauf beruhen überhaupt die Aussagen der Astronomen? Eine der gebräuchlichsten Meßgrößen ist zum Beispiel die (auch von Tifft benutzte) Rotverschiebung. Das Licht eines sich entfernenden Objektes verschiebt sich nämlich um so mehr zu größeren (roten) Wellenlängen, je schneller diese "Lampe" sich fortbewegt.

Denselben Effekt kennt man zum Beispiel von einem vorbeifahrenden Krankenwagen, dessen Sirenen-(Schall-)wellen ebenfalls länger werden und damit tiefer klingen, wenn dieser sich entfernt. Mißt man also für einen Stern diese Verschiebung in der Wellenlänge seines Lichtes, kennt man auch dessen Geschwindigkeit. Edwin Hubble kombinierte diese Daten in den zwanziger Jahren mit den damals bekannten Entfernungen verschiedener Galaxien und fand: Je weiter entfernt ein Stern von der Erde ist, um so schneller scheint er sich fortzubewegen. Zur Erklärung entwarfen die Theoretiker das heute noch gültige Bild vom Universum, nach dem sich das All aufbläht wie ein Luftballon. Die Galaxien kann man sich wie einzelne Punkte auf der Ballonoberfäche denken, die um so schneller auseinanderstreben, je größer ihr Abstand ist. Über den exakten Wert dieser Fluchtgeschwindigkeit, ausgedrückt durch die "Hubble-Konstante", streiten sich die Astronomen allerdings bis heute. Das liegt daran, daß Entfernungsmessungen in der Astronomie eher den Charakter grober Schätzungen haben und ihre Exaktheit nie genau nachgeprüft werden kann. Glaubt man zum Beispiel dem amerikanischen Physikprofessor James Trefil, dann ist die Bestimmung von Entfernungen im All "eines jener Themen, die Praktiker lieber nicht diskutieren, wenn sie sich in feiner Gesellschaft befinden".

Die Rotverschiebung kann jedoch sehr genau gemessen werden und sorgt des öfteren für Überraschungen. So haben deutsche Sternforscher jüngst eine Entdeckung gemacht, die unter Astronomen ebenfalls für Zündstoff sorgt. Wolf gang Priester und Josef Hoell haben nämlich das Licht weit entfernter Quasare einer genauen Spektralanalyse unterzogen. Dabei entdeckten sie, daß das Lichtspektrum immer wieder Einbrüche (für Experten: Lymann-alpha-Absorptionslinien) aufweist. Das Licht wird auf seinem Weg durchs All offenbar in bestimmten Bereichen mehr absorbiert als in anderen. Die Erklärung der deutschen Astrophysiker: Das All ist nicht gleichmäßig mit Materie aufgefüllt, sondern zeigt eine "Blasenstruktur", in der sich zusammengeballte Galaxienhaufen mit großen Leerräumen abwechseln (siehe Bild). Immer wenn das Licht einen Materiehaufen durchläuft, wird es absorbiert, und da die einzelnen Galaxien unterschiedliche Geschwindigkeiten haben, findet die Absorption bei unterschiedlichen Wellenlängen statt.