Kapitel 14: Fragen am Rand

Nacht 164: Die stillen Stunden

Am Missionstag 164 hatte Noor eine ungewöhnliche Schicht. Ein Experiment auf der Station brauchte mitten in der Nacht der Besatzung eine kleine Einstellung, zu einer Zeit, in der die Teams am Boden jemanden wach haben wollten, der es beobachtete. Tomás und Ade würden wie gewohnt schlafen. Noor würde früh ins Bett gehen, aufwachen, wenn ihr Wecker klingelte, die Arbeit erledigen und das Experiment einige Stunden im Auge behalten, bevor sie wieder schlief. Auch der Boden würde zusehen, von seinen Bildschirmen tief unten. Sie wäre nicht wirklich allein, aber die Station würde sich sehr still anfühlen.

Ihr Wecker klingelte zur vereinbarten Zeit. Sie öffnete ihren Schlafsack, stieß sich sanft aus ihrer kleinen Kabine ab und schwebte durch das gedämpft beleuchtete Modul. Nachts werden die Lichter auf der Station heruntergedimmt. Die Lüfter summten wie immer, denn in der Schwerelosigkeit bewegt sich Luft nicht von selbst, und ohne die Lüfter könnte sich der Atem eines schlafenden Menschen um sein Gesicht sammeln. Kleine grüne und blaue Lämpchen leuchteten auf den Bedienfeldern. Irgendwo schaltete sich eine Pumpe klickend ein und aus.

Die Einstellung dauerte nur zwanzig Minuten. Noor folgte dem Ablauf auf ihrem Tablet Schritt für Schritt, und der Boden bestätigte jeden Schritt mit leiser Stimme über ihr Headset. Dann gab es nichts mehr zu tun, als die Zahlen auf einem Bildschirm zu beobachten und zu warten. Sie schwebte zum großen Fenster. Die Station war auf der Nachtseite der Erde. Unten war der Planet eine dunkle Form, mit dünnen Lichtfäden dort, wo Menschen leben, und hier und da dem Flackern eines fernen Gewitters. Oben gab es mehr Sterne, als sie zählen konnte.

Am Rand des dunklen Planeten lag ein dünnes, schwaches, leicht grünliches Leuchten wie ein Band über der Erde. Man nennt es Nachthimmelsleuchten. Hoch in der Atmosphäre geben Atome und Moleküle, die tagsüber vom Sonnenlicht mit Energie aufgeladen wurden, diese Energie langsam als sehr schwaches Licht zurück. Vom Boden aus ist es fast unmöglich zu bemerken. Von der Station aus zeichnet es in einer dunklen Nacht die ganze Krümmung der Erde nach. Noor hatte es inzwischen viele Male gesehen, aber es ließ sie immer noch innehalten und hinschauen. Dann eilte die Station weiter, und bald erschien eine helle Linie der Morgendämmerung am Rand des Planeten, und die Nacht war bis zur nächsten Umrundung vorbei.

In der Stille dachte Noor an Sami, der wahrscheinlich genau in diesem Moment eine dunkle Straße entlangfuhr. Menschen, die nachts arbeiten, kennen dieses Gefühl. Die Welt schläft, die Arbeit ist ruhig, und die Gedanken beginnen, zu großen Fragen abzuschweifen. Früher am Tag hatte Sami eine Nachricht mit genau einer solchen Frage geschickt. „Wenn das Universum vor 13,8 Milliarden Jahren begonnen hat“, schrieb er, „wo ist dann sein Rand? Und was war da, bevor es begann?“

Sie gehören zu den ältesten Fragen, die Menschen gestellt haben, und zu den schwierigsten. Die Geschichte dieser Nacht handelt von ihnen. Es ist eine Geschichte mit mehr offenen als geschlossenen Türen. Wir werden sehen, was Astronomen sagen können, und wir werden ehrlich sein über die Stellen, an denen niemand etwas weiß.

Wie weit können wir sehen?

Beginnen wir mit dem, was wir sehen können. Licht legt etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde zurück, und das Universum ist etwa 13,8 Milliarden Jahre alt. Es liegt also nahe zu denken, dass wir nur 13,8 Milliarden Lichtjahre weit in jede Richtung sehen können, weil Licht von weiter her keine Zeit hatte, uns zu erreichen. Dieser Gedanke kommt der Wahrheit nahe, aber er übersieht eine wichtige Einzelheit: Während das Licht unterwegs war, dehnte sich der Raum.

Stell dir eine Arbeiterin vor, die auf einem Laufband am Flughafen geht, nur dass das Laufband länger wird, während sie geht. Sie geht mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, aber wenn sie das Ende erreicht, liegt der Ort, an dem sie losgegangen ist, viel weiter hinter ihr als die Strecke, die sie gegangen ist. Licht von den fernsten Orten verhält sich ein wenig so. Es ist seit fast 13,8 Milliarden Jahren zu uns unterwegs, aber in dieser Zeit hat sich der Raum zwischen uns und seinem Ausgangspunkt ungeheuer gedehnt.

Die fernsten Orte, deren Licht uns erreicht hat, sind deshalb heute viel weiter entfernt als 13,8 Milliarden Lichtjahre. Nach heutigen Messungen ist der Rand des Bereichs, den wir sehen können, jetzt in jeder Richtung etwa 46 Milliarden Lichtjahre entfernt. Astronomen nennen diesen Bereich das beobachtbare Universum: den Teil des Universums, aus dem Licht seit dem Anfang Zeit hatte, uns zu erreichen. Das älteste Licht, dem wir in einer früheren Nacht begegnet sind, kommt von sehr nahe an diesem Rand.

Zu diesem Rand hinzuschauen heißt auch, in der Zeit zurückzuschauen. Je weiter wir schauen, desto früher hat das Licht seine Quelle verlassen. Die fernsten Galaxien, die Teleskope gefunden haben, sehen wir so, wie sie waren, als das Universum erst ein paar hundert Millionen Jahre alt war. Dahinter liegt das älteste Licht, freigesetzt etwa 380.000 Jahre nach dem Anfang. Und darüber hinaus kann uns gewöhnliches Licht nicht führen, denn vor dieser Zeit war das Universum ein glühender Nebel, den Licht nicht durchqueren konnte. Das beobachtbare Universum ist also nicht nur ein Raum. Es ist auch eine lange Aufzeichnung der Geschichte, mit den jüngsten Seiten uns am nächsten und den ältesten Seiten am weitesten entfernt.

Es ist wichtig zu verstehen, was dieser Rand ist. Er ist keine Wand, und er ist nicht das Ende des Universums. Er ist ein Horizont, wie der Horizont, den du auf dem Meer siehst. Wenn du an einem Strand stehst, kannst du das Wasser nur bis zu einer bestimmten Linie sehen, aber das Meer hört dort nicht auf. Die Linie ist nur die Grenze deines Blicks. Ebenso ist der Rand des beobachtbaren Universums die Grenze dessen, was wir von unserem Standort aus sehen können. Ein Wesen in einer fernen Galaxie hätte sein eigenes beobachtbares Universum, mit sich selbst im Mittelpunkt.

Jenseits des Horizonts

Was liegt jenseits unseres Horizonts? Fast sicher mehr Universum. Soweit wir sagen können, sieht das Universum im größten Maßstab in jeder Richtung und an jedem Ort ungefähr gleich aus: Galaxien, Galaxienhaufen und die großen Fäden und leeren Bereiche des kosmischen Netzes. Nichts deutet darauf hin, dass sich das Universum gleich hinter dem, was wir sehen können, verändert oder endet. Deshalb erwarten die meisten Astronomen, dass es jenseits unseres Horizonts weitere Galaxien gibt, ganz ähnlich denen, die wir kennen.

Woher wissen Astronomen, dass das Universum in jeder Richtung gleich aussieht? Sie zählen und kartieren Galaxien über den ganzen Himmel und stellen fest, dass sie im größten Maßstab überall ähnlich verteilt sind. Das älteste Licht hat in jeder Richtung fast genau dieselbe Temperatur, mit nur winzigen Unterschieden. Wäre unser Teil des Universums etwas Besonderes, zum Beispiel nahe an einem Mittelpunkt oder einem Rand, würden wir einen Unterschied zwischen der einen und der anderen Seite des Himmels erwarten. Ein solcher großer Unterschied wurde nicht gefunden.

Aber wie viel mehr? Hier erreichen wir etwas wirklich Unbekanntes. Das Universum könnte äußerst groß, aber trotzdem endlich sein. Oder es könnte ohne Ende weitergehen. Beide Möglichkeiten passen zu dem, was wir heute messen können. Messungen zeigen, dass der Raum im größten Maßstab, den wir sehen können, fast genau „flach“ ist, was eine Art ist zu sagen, dass er sich offenbar nicht so in sich selbst zurückkrümmt wie die Oberfläche einer Kugel. Falls er gekrümmt ist, ist die Krümmung so sanft, dass wir sie innerhalb unseres Horizonts noch nicht nachweisen können. Wir wissen also nicht, ob das ganze Universum endlich oder unendlich ist, und vielleicht werden wir es nie sicher wissen können.

Um drei Uhr morgens kann das ein seltsamer Gedanke sein. Aber es liegt auch etwas Ruhiges darin. Den größten Teil der Menschheitsgeschichte über wussten die Menschen nicht, was hinter der nächsten Bergkette oder auf der anderen Seite des Ozeans lag. Sie arbeiteten, bauten und staunten trotzdem weiter. Wir sind in einer ähnlichen Lage, nur in viel größerem Maßstab. Unser Horizont ist weiter als jeder Horizont, den Menschen je gekannt haben, und dennoch gibt es jenseits davon mehr.

Es lohnt sich auch, daran zu denken, dass das beobachtbare Universum nicht klein ist. Es enthält Hunderte Milliarden Galaxien, vielleicht mehr, und jede Galaxie kann Hunderte Milliarden Sterne enthalten. Innerhalb unseres Horizonts gibt es mehr, als irgendjemand je im Einzelnen erforschen kann. Das Unbekannte jenseits davon macht das Bekannte nicht weniger wunderbar.

Eine Idee namens Inflation

Gehen wir nun zurück zum Anfang, zu den allerersten Momenten. In früheren Nächten sind wir der Geschichte von den ersten Bruchteilen einer Sekunde über die ersten Minuten bis zum ältesten Licht gefolgt. Aber es gibt einige Rätsel über den allerersten Anfang, die das Grundbild vom heißen Anfang allein nicht erklärt.

Ein Rätsel ist, dass das älteste Licht in jeder Richtung fast genau dieselbe Temperatur hat. Doch Licht von gegenüberliegenden Seiten des Himmels kommt aus Bereichen, die im Grundbild nie Zeit hatten, Wärme miteinander auszutauschen. Wie konnten sie sich so ähnlich werden? Es ist ein wenig, als beträte man zwei getrennte Räume an den entgegengesetzten Enden eines großen Gebäudes und fände, dass die beiden Tassen Tee auf den Tischen genau dieselbe Temperatur haben, obwohl niemand Wärme von einem Raum in den anderen hätte tragen können. Ein anderes Rätsel ist, warum der Raum so fast genau flach ist.

Um 1980 schlugen Wissenschaftler eine Idee vor, die diese Rätsel lösen sollte. Sie heißt Inflation. Nach dieser Idee wuchs der Raum in einem winzigen ersten Moment, weit weniger als eine Sekunde, äußerst schnell, viel schneller, als er seitdem gewachsen ist. Ein sehr kleiner Bereich, dessen Temperatur sich bereits ausgeglichen hatte, wurde auf eine riesige Größe gedehnt. Das würde erklären, warum ferne Teile des Himmels so ähnlich aussehen, und es würde auch jede Krümmung glätten, sodass der Raum flach aussieht, so wie ein kleiner Teil eines riesigen Ballons flach aussieht.

Die Inflation legt auch nahe, woher die winzigen Kräuselungen im ältesten Licht kamen. In der Idee der Inflation wurden äußerst kleine zufällige Schwankungen, kleiner als Atome, während des schnellen Wachstums auf ungeheure Größen gedehnt. Diese gedehnten Schwankungen wurden zu den etwas dichteren und dünneren Bereichen, die später zu Galaxien heranwuchsen. Das Muster der Kräuselungen, das Satelliten im ältesten Licht gemessen haben, passt recht gut zu den Vorhersagen der Inflation.

Ist die Inflation also wahr? Die ehrliche Antwort lautet: Wir wissen es noch nicht. Manche Beobachtungen passen zu ihr, und viele Wissenschaftler halten sie für die beste Idee, die wir haben. Aber sie ist nicht bewiesen. Es gibt verschiedene Fassungen der Idee, und manche Wissenschaftler haben andere Erklärungen vorgeschlagen. Astronomen suchen nach bestimmten schwachen Mustern im ältesten Licht, die die Inflation hinterlassen haben könnte. Wenn sie sie finden, wird die Idee viel stärker. Wenn nicht, bleibt die Frage offen. Vorerst ist die Inflation eine Idee mit Unterstützung, keine gesicherte Tatsache.

Vor dem Anfang?

Und wie steht es mit dem zweiten Teil von Samis Frage: Was war da vor dem Anfang? Hier muss ehrliche Wissenschaft sehr deutlich sagen: Wir wissen es nicht. Wie wir in einer früheren Nacht gesehen haben, hören unsere heutigen Gesetze der Physik auf zu funktionieren, wenn wir versuchen, den allerersten Moment zu beschreiben. Wir haben keine geprüfte Theorie, die uns sagen kann, was an diesem Punkt geschah oder ob es etwas Früheres gab.

Viele Wissenschaftler hoffen, dass eine neue Theorie dabei eines Tages helfen wird. Heute hat die Physik zwei sehr erfolgreiche Theorien, die in verschiedenen Bereichen funktionieren. Die eine ist Einsteins Theorie der Schwerkraft, die Sterne, Galaxien und die Expansion des Raumes beschreibt. Die andere beschreibt die Welt des sehr Kleinen, der Atome und der Teilchen in ihnen. Im allerersten Moment war das ganze Universum zugleich äußerst schwer und äußerst klein, deshalb bräuchte man beide Theorien gleichzeitig. Aber noch hat niemand einen vollständigen und geprüften Weg gefunden, sie zu vereinen. Solange das niemandem gelingt, bleibt der allererste Moment außerhalb der Reichweite unseres Wissens.

Vielleicht hat die Frage selbst nicht einmal eine Bedeutung. Denk über die Frage nach: „Was liegt nördlich vom nördlichsten Punkt der Erde?“ Auf der Erdoberfläche ist Norden eine Richtung, aber wenn du ganz oben auf dem Planeten stehst, ist jede Richtung Süden, und es gibt kein weiteres Norden mehr. Manche Wissenschaftler glauben, dass die Zeit selbst mit dem Universum begonnen haben könnte. Falls ja, wäre die Frage, was „vor“ dem Anfang geschah, wie die Frage, was nördlich vom nördlichsten Punkt liegt. Das ist kein neuer Gedanke. Schon vor mehr als tausend Jahren schlugen manche Denker vor, dass die Zeit zusammen mit der Welt begonnen haben könnte und nicht etwas war, das vorher für sich allein existierte.

Andere Wissenschaftler haben die Idee erkundet, dass unser Universum aus etwas Früherem hervorging, vielleicht aus einer früheren Phase oder einem größeren Ganzen. Manche Fassungen der Inflation und anderer Theorien legen nahe, dass es viele Universen geben könnte, jedes mit seinem eigenen Anfang. Diese Ideen sind interessant, und manche sind mathematisch sorgfältig ausgearbeitet. Aber bisher gibt es keine Beobachtung, die zeigt, dass eine von ihnen wahr ist. Sie sind Möglichkeiten, die es zu erkunden gilt, keine Entdeckungen.

Viele Menschen finden das zunächst unbehaglich. Wir mögen Geschichten, die mit „Es war einmal“ beginnen und wissen, was davor kam. Aber in dem Satz „Wir wissen es noch nicht“ liegt eine Art Ehrlichkeit, die Respekt verdient. Jedes Kapitel dieses Buches begann mit Dingen, die einst unbekannt waren: die Entfernung der Galaxien, das Wachsen des Raumes, das älteste Licht. Jede dieser Fragen wurde durch geduldige Arbeit beantwortet. Vielleicht werden auch einige der heutigen Fragen beantwortet werden, von Menschen, die jetzt Kinder sind, oder von Menschen, die noch gar nicht geboren sind.

Eine Nachricht, in der Nacht geschrieben

Die Zahlen auf dem Bildschirm blieben ruhig. Das Experiment verhielt sich gut. Kurz bevor ihre Wache endete, sagte der Boden Noor, dass sie wieder schlafen gehen könne. Sie bedankte sich, schwebte ein letztes Mal zum Fenster und betrachtete die Sterne über der dunklen Erde.

Dann schrieb sie an Sami. „Heute Nacht bin ich zur selben Zeit wach wie du“, begann sie. „Auf deine Frage gibt es keine vollständige Antwort. Wir können in jede Richtung etwa 46 Milliarden Lichtjahre weit sehen, weil sich der Raum gedehnt hat, während das Licht unterwegs war. Dahinter gibt es wahrscheinlich mehr Universum, aber niemand weiß, wie viel. Und niemand weiß, was vor dem Anfang war oder ob es überhaupt ein Davor gab. Fahr vorsichtig. Wir arbeiten heute Nacht beide im Dunkeln.“

Sami las es ein paar Minuten später, am Rand einer leeren Straße geparkt. Er blickte durch die Windschutzscheibe nach oben. „Dann schauen wir beide auf dasselbe Unbekannte“, schrieb er zurück. „Gute Nacht, Schwester. Oder guten Morgen. Bei dir da oben weiß ich das nie so genau.“

Als die Wache vorüber war, schloss sich Noor wieder in ihren Schlafsack ein. Die Station war immer noch still. Tomás schlief in seiner Kabine, und Ade schlief in seiner. In ein paar Stunden würden die Lichter heller werden, die Wecker der anderen klingeln, und der Arbeitstag würde von Neuem beginnen. Für den Moment schloss sie die Augen, während die Fragen noch offen waren, und sie stellte fest, dass es ihr nichts ausmachte.

Wenn du dies spät liest, nach einer langen Schicht oder einem langen Tag, bist vielleicht auch du wach, während die meisten Menschen schlafen. Die Nacht kann große Fragen schwer wirken lassen. Aber sie können sich auch wie Gesellschaft anfühlen. Unter demselben Himmel fragen Menschen seit Tausenden von Jahren, wo der Rand ist und was davor kam. Heute Nacht bist du einer von ihnen.

Verbreitete Missverständnisse

Viele Menschen glauben, das Universum habe einen Rand, wie eine Wand am Ende eines Zimmers, und jenseits dieser Wand gebe es leeren Raum oder überhaupt nichts. Aber keine Beobachtung hat je einen solchen Rand gezeigt. Der Rand des beobachtbaren Universums ist ein Horizont, die Grenze unseres Blicks, nicht das Ende des Universums. Es gibt keinen bekannten Ort, an dem die Galaxien aufhören und eine Wand beginnt. Soweit wir sagen können, hat das Universum keinen Rand dieser Art.

Viele Menschen glauben auch, weil das Universum etwa 13,8 Milliarden Jahre alt ist, könnten wir nur 13,8 Milliarden Lichtjahre weit sehen. Das scheint logisch, und es wäre richtig, wenn sich der Raum nicht gedehnt hätte. Aber weil sich der Raum gedehnt hat, während das Licht unterwegs war, sind die Orte, an denen das fernste Licht aufbrach, heute viel weiter entfernt. Deshalb ist der Rand des beobachtbaren Universums heute in jeder Richtung etwa 46 Milliarden Lichtjahre entfernt, obwohl kein Licht länger als etwa 13,8 Milliarden Jahre unterwegs gewesen ist.

Und schließlich glauben manche Menschen, die Wissenschaft habe gezeigt, dass es viele Universen gibt. Vielleicht hast du diese Idee in Filmen oder Artikeln gesehen, manchmal so dargestellt, als sei sie eine bekannte Tatsache. In Wirklichkeit sind Ideen über viele Universen Möglichkeiten, die sich aus manchen Theorien ergeben. Sie wurden nicht beobachtet, und derzeit gibt es keinen Beleg, der zeigt, dass andere Universen existieren. Sie bleiben Spekulation, interessant, aber unbewiesen. Die nächste Nacht ist die letzte Nacht von Noors Aufenthalt, und wir blicken auf die ganze Geschichte zurück, vom Anfang bis zum Abendhimmel über deinem eigenen Zuhause.