Kapitel 5: Den Film rückwärts laufen lassen

Nacht 44: Ein Tag voller Checklisten

Noors vierundvierzigster Tag gehörte fast ganz den Checklisten. In einer Woche würden sie und Tomás bei einem Außeneinsatz die Station verlassen, um ein abgenutztes Teil an der Außenseite des Stationsgerüsts auszutauschen. Ein Außeneinsatz dauert meist sechs oder sieben Stunden, und fast jede Minute davon ist im Voraus geplant. Heute war ein Vorbereitungstag: die beiden Raumanzüge prüfen, ihre Akkus laden, ihre Funkgeräte testen und jedes Werkzeug bereitlegen, das sie brauchen würden.

Ein Raumanzug ist eigentlich ein kleines Raumschiff in Menschengestalt. Er hält die Luft auf einem sicheren Druck, entfernt das Kohlendioxid, das sein Träger ausatmet, kühlt den Körper mit Wasser, das durch dünne Schläuche in einem darunter getragenen Kleidungsstück fließt, und schützt vor dem grellen Sonnenlicht und der tiefen Kälte im Schatten. Noor und Tomás gingen jedes Teil langsam durch. Die Handschuhe wurden auf die kleinsten Schnitte untersucht. Die Helmlampen wurden getestet. Jedes Werkzeug bekam eine kurze Schnur, eine Sicherungsleine, damit nichts ins All davontreiben konnte.

Es gab auch Regeln für den Körper. Bevor sie hinausgingen, würde die Besatzung lange reinen Sauerstoff atmen, um einen Teil des Stickstoffs aus ihrem Blut zu entfernen, denn der Anzug arbeitet mit einem niedrigeren Druck als die Station. Ohne diesen Schritt könnten sich im Körper Bläschen bilden, ähnlich wie die Bläschen, die entstehen, wenn man eine Flasche Sprudelwasser öffnet. Die Teams am Boden hatten jeden Schritt dieses Ablaufs in die Checkliste geschrieben. Tomás las jede Zeile laut vor, Noor führte sie aus und sagte „erledigt“, und er ging zur nächsten Zeile über.

Am Nachmittag zogen sie die Anzüge für eine Übung in der Station an. Das Anziehen eines Raumanzugs dauert lange und braucht ein zweites Paar Hände, deshalb half Ade beiden nacheinander, schloss Schläuche an und ließ den Helmring einrasten. Im Anzug wurde die Welt stiller, und die einzigen Geräusche waren das Summen des Lüfters und die Stimmen im Funk. Noor übte, ihre steifen behandschuhten Finger um die Griffe der Werkzeuge zu bewegen, und Tomás übte die Reihenfolge, in der sie die Luke öffnen, ihre Sicherungsleinen prüfen und sich an den Haltegriffen entlang nach draußen bewegen würden. Eine Stimme vom Boden begleitete jeden Schritt, stellte Fragen und bestätigte jede Antwort. Als sie die Anzüge schließlich wieder auszogen, schwitzten beide und hatten Hunger.

Am Abend waren beide Anzüge bereit und hingen in dem kleinen Raum, den man Luftschleuse nennt, wie zwei große weiße Gestalten. Noor fühlte sich angenehm müde, so wie man sich nach einem Tag sorgfältiger Arbeit fühlt, die keinen Raum für Fehler lässt. Vor dem Schlafen las sie den Plan für den nächsten Tag durch und den Plan für den Außeneinsatz noch einmal vom Ende zum Anfang. Tomás hatte ihr diese Gewohnheit beigebracht: Wenn man einen Ablauf vorwärts kennt, geht man ihn rückwärts durch, um zu sehen, wie jeder Schritt vom vorigen abhängt.

Das Rückwärtslesen der Checkliste brachte sie auf die Geschichte der Nacht. In einer früheren Nacht hatte sie Sami erzählt, dass sich die Galaxien voneinander entfernen. Heute Nacht würde sie tun, was die Astronomen als Nächstes taten: den Film rückwärts laufen lassen, um zu sehen, wohin er führt.

Was beim Zurückspulen geschieht

Stell dir vor, du hast einen Film des Universums, aufgenommen über Milliarden von Jahren, und du spielst ihn rückwärts ab. Im Vorwärtsfilm treiben die Galaxien auseinander, während sich der Raum zwischen ihnen dehnt. Im Rückwärtsfilm treiben sie zusammen. Je weiter du zurückgehst, desto näher kommen sie sich. Galaxiengruppen, die heute Hunderte Millionen Lichtjahre voneinander trennen, wären in ferner Vergangenheit ihren Nachbarn viel näher gewesen.

Spul weiter zurück, und es geschieht noch etwas. Die Galaxien selbst bestehen aus Sternen, Gas und Staub. Während der Film rückwärts läuft, wird all diese Materie in einen immer kleineren Raum gedrängt. Und wenn Materie zusammengedrückt wird, erhitzt sie sich. Du kennst das von einer Fahrradpumpe, die warm wird, wenn du kräftig pumpst, oder davon, wie die Luft in einem Reifen wärmer wird, wenn er schnell aufgepumpt wird. Im rückwärts laufenden Film des Universums geht das Zusammendrücken weit über alles hinaus, was eine Pumpe schafft. Das Universum wird immer heißer.

Irgendwann beim Zurückspulen wird es zu heiß, als dass Sterne und Galaxien überhaupt bestehen könnten. Noch früher wird es sogar für Atome zu heiß. Alles ist eine glühende Mischung aus winzigen Teilchen und Licht, weit heißer als das Innere der Sonne. Lass den Film bis vor etwa 13,8 Milliarden Jahren zurücklaufen, und das Universum ist so heiß und so dicht, dass unsere heutigen Gesetze der Physik es nicht mehr mit Gewissheit beschreiben können. Dort beginnt der Film, wie wir ihn kennen.

Das ist die grundlegende Überlegung hinter der Idee eines heißen Anfangs. Sie beruht nicht auf Vermutungen darüber, wie der Anfang war. Sie beruht darauf, das, was wir heute sehen, die Expansion, zu nehmen und mit den bekannten Gesetzen der Physik sorgfältig zurückzuverfolgen. Jeder Schritt lässt sich überprüfen. Sagt die Überlegung Dinge voraus, die wir heute tatsächlich finden können? In den nächsten Nächten werden wir sehen, dass sie es tut. Doch in den Jahren nach Hubbles Entdeckung war das noch nicht klar, und viele Wissenschaftler fanden die Vorstellung eines Anfangs sehr unbehaglich.

Es gibt auch eine Grenze dafür, wie weit man dem Zurückspulen trauen kann. Für Temperaturen und Dichten, die Wissenschaftler auf der Erde in Labors und großen Maschinen erzeugen oder messen können, sind die Gesetze der Physik gut geprüft, und den Film durch diese Bedingungen zurückzuverfolgen, ist ziemlich sicher. Jenseits davon wird die Überlegung unsicherer, und ganz am Anfang versagt sie völlig. Die Geschichte des Anfangs wird also mit der größten Zuversicht für die Abschnitte erzählt, die Bedingungen entsprechen, die wir prüfen können, und mit immer mehr Vorsicht, je näher sie dem ersten Moment kommt. In späteren Nächten begegnen wir jeder dieser Stufen nacheinander.

Das Uratom

Der Erste, der das Zurückspulen ernst nahm, war Georges Lemaître, der Priester und Physiklehrer, der bereits 1927 vorgeschlagen hatte, dass sich das Universum ausdehnt. 1931 ging er weiter. Wenn sich das Universum ausdehnt, schrieb er, dann muss es in ferner Vergangenheit sehr klein und dicht gewesen sein. Er schlug vor, dass das Universum aus einem einzigen, äußerst dichten Zustand hervorging, den er das „Uratom“ nannte. Er stellte sich vor, dass dieser erste Zustand zerbrach, wie ein sehr großes Atom, das in kleinere Stücke zerfällt, und dass aus diesen Stücken das Universum wuchs.

Lemaîtres Einzelheiten waren nicht ganz die, die heute anerkannt sind. Ihm fehlte das Wissen über Teilchen und Atome, das erst später kam, und sein Bild des ersten Zustands unterschied sich vom heutigen. Aber sein Hauptgedanke war der richtige: Das Universum hat eine Geschichte, und am Anfang dieser Geschichte war es in einem sehr dichten Zustand, ganz anders als heute. Er war der Erste, der klar aussprach, dass die Expansion auf einen Anfang zurückweist.

Es lohnt sich, darauf zu achten, wer Lemaître war. Er war ein Priester, der auch als Wissenschaftler und Lehrer arbeitete. Manche Menschen dachten damals, seine Idee eines Anfangs könnte aus seiner Religion stammen. Lemaître selbst achtete sorgfältig darauf, beides auseinanderzuhalten. Er sah den Anfang des Universums als eine Frage für die Physik, die nach Belegen zu beurteilen ist, und er benutzte ihn nicht, um irgendeinen Glauben zu beweisen oder zu widerlegen. Das ist ein gutes Vorbild für jeden, der heute über diese Fragen nachdenkt. Die Wissenschaft kann beschreiben, wie sich das Universum verändert hat. Fragen nach Sinn und Glauben sind eine andere Art von Frage, und jeder Mensch nähert sich ihnen auf seine eigene Weise.

Anfangs mochten viele Wissenschaftler die Vorstellung eines Anfangs nicht. Ein Universum, das schon immer existiert hatte, ohne jeden Beginn, erschien ihnen einfacher und natürlicher. Andere wandten ein, dass das aus Hubbles frühen Messungen berechnete Alter des Universums zu kurz sei, sogar kürzer als das Alter der Erde, wie Geologen es gemessen hatten. Dieses Problem kam daher, dass Hubbles Entfernungen zu klein waren, und es verschwand, als sie korrigiert wurden. Aber einige Jahre lang ließ es die Vorstellung eines Anfangs zweifelhaft erscheinen.

Ein Universum ohne Anfang

1948 brachte eine Gruppe von Wissenschaftlern eine Gegenidee vor. Sie akzeptierten, dass sich die Galaxien voneinander entfernen. Aber sie schlugen vor, dass das Universum keinen Anfang hatte und kein Ende haben würde. Während sich die Galaxien ausbreiten, so sagten sie, entsteht im leeren Raum zwischen ihnen sehr langsam neue Materie, so langsam, dass niemand es je direkt nachweisen könnte, vielleicht ein einzelnes Atom hier und da über ungeheure Zeiträume. Aus dieser neuen Materie bilden sich neue Galaxien, die die Lücken füllen. In diesem Bild sieht das Universum im Durchschnitt zu jeder Zeit gleich aus. Man nannte es die Steady-State-Theorie, die Theorie vom stationären Universum.

Die Steady-State-Idee war nicht töricht. Sie war klug, sie war sorgfältig ausgearbeitet und sie machte klare Vorhersagen, und genau das sollte eine gute wissenschaftliche Idee tun. Ihren Anhängern gefiel, dass sie keinen geheimnisvollen ersten Moment brauchte. Einer ihrer bekanntesten Anhänger war Fred Hoyle, ein Astronom, der auch ein beliebter Autor und ein lebhafter Sprecher im Radio war. In einer späteren Nacht begegnen wir ihm wieder, denn er trug auch viel zum Verständnis dessen bei, wie die Elemente in Sternen entstehen.

Es war Hoyle, der der gegnerischen Idee ihren berühmten Namen gab. In einem Radiovortrag im Jahr 1949 beschrieb er die Vorstellung eines heißen Anfangs als „Big Bang“, auf Deutsch Urknall. Viele haben gesagt, er habe den Namen als Spott gegen die Idee gemeint, die er ablehnte. Hoyle selbst sagte später, er habe seinen Zuhörern nur ein anschauliches Bild geben wollen. Was immer er beabsichtigte, der Name blieb hängen, und heute wird er überall verwendet, auch von Wissenschaftlern, für die Idee, von der er gehofft hatte, sie werde sich als falsch erweisen.

Anfang der 1950er-Jahre gab es also zwei ernsthafte Bilder des Universums. In dem einen begann das Universum in einem heißen, dichten Zustand und hat sich seitdem verändert. In dem anderen hat das Universum keinen Anfang und sieht immer gleich aus. Beide stimmten mit Hubbles Expansion überein. Um zwischen ihnen zu wählen, brauchten Wissenschaftler noch etwas: einen Hinweis, den das eine Bild vorhersagte und das andere nicht.

Im Rückblick ist es leicht, die Menschen in dieser Geschichte in Gewinner und Verlierer einzuteilen. Aber so funktioniert Wissenschaft nicht wirklich. Die Steady-State-Theorie zwang die Anhänger eines heißen Anfangs, ihre Ideen zu schärfen und gründlicher nach Belegen zu suchen. Fragen, die ihre Anhänger aufwarfen, führten zu nützlicher Arbeit, darunter Hoyles eigene große Arbeit über die Elemente. Eine Gegenidee, sorgfältig begründet, ist kein Feind. Sie ist eine Art Kollegin, die die schwierigen Fragen stellt, denen alle anderen lieber aus dem Weg gingen, ganz wie die Kollegin in jedem Team, die immer fragt: „Aber haben wir das überprüft?“

Mit Belegen entscheiden

Die beiden Bilder machten unterschiedliche Vorhersagen über die Vergangenheit. Im Steady-State-Bild hat das Universum immer gleich ausgesehen, also sollten sehr ferne Galaxien, die wir so sehen, wie sie vor langer Zeit waren, ganz ähnlich aussehen wie nahe. Im Bild des heißen Anfangs hat sich das Universum mit der Zeit verändert, also sollte das ferne, frühe Universum anders aussehen als das Universum heute.

Ein Test kam aus der Radioastronomie, die nach den 1940er-Jahren schnell wuchs. Radioteleskope können Galaxien aufspüren, die starke Radiowellen aussenden. Als Radioastronomen in den 1950er- und frühen 1960er-Jahren diese Quellen zählten, stellten sie fest, dass es in der Ferne, also vor langer Zeit, offenbar mehr von ihnen gab als in der Nähe. Das Universum der Vergangenheit sah nicht so aus wie das Universum heute. Das war ein Problem für das Steady-State-Bild, auch wenn seine Anhänger darüber stritten, wie die Zählungen zu deuten seien.

1963 verschärfte eine weitere Entdeckung das Problem. Astronomen fanden eine neue Art von Objekt, äußerst hell und äußerst weit entfernt, das man später Quasar nannte. Heute wissen wir, dass Quasare die strahlenden Zentren ferner Galaxien sind, in denen gewaltige Mengen Gas auf riesige Schwarze Löcher zufallen. Für den Streit kam es darauf an, wo man sie fand. Quasare sieht man in großen Entfernungen, also vor langer Zeit, aber in unserer Nähe gibt es keine Quasare dieser Art. Das Universum von einst hatte sie, das Universum von heute hat sie nicht. Wieder einmal sah die Vergangenheit anders aus als die Gegenwart.

Das Bild des heißen Anfangs machte außerdem eine viel auffälligere Vorhersage. Wenn das junge Universum sehr heiß war, wäre es von glühendem Licht erfüllt gewesen, wie das Innere eines Schmelzofens. Als sich das Universum ausdehnte und abkühlte, wäre dieses Licht nicht verschwunden. Es wäre gedehnt und abgeschwächt worden, aber es müsste heute noch da sein, den ganzen Raum erfüllen und aus jeder Richtung kommen. 1948 sagten einige Physiker dieses übrig gebliebene Licht voraus. Wenn es jemand fände, könnte das Steady-State-Bild es nur sehr schwer erklären.

Mehr als fünfzehn Jahre nach der Vorhersage suchte niemand ernsthaft danach. Die Instrumente jener Zeit waren nicht ganz empfindlich genug, und viele Wissenschaftler nahmen die Vorhersage nicht sehr ernst. Dann, im Jahr 1965, wurde es gefunden, fast zufällig, von zwei Ingenieuren, die ein praktisches Problem mit einer Antenne lösen wollten. Diese Entdeckung, das älteste Licht im Universum, ist die Geschichte der nächsten Nacht dieses Buches.

Achte darauf, wie dieser Streit entschieden wurde. Er wurde nicht dadurch entschieden, wer die klügsten Worte oder die berühmtesten Anhänger hatte. Er wurde entschieden, weil die beiden Ideen unterschiedliche Vorhersagen machten und Menschen hinausgingen und maßen. Das ist vielleicht die wichtigste Lehre der ganzen Geschichte des Anfangs. Wissenschaft ist kein Wettstreit der Meinungen. Sie ist eine Art, das Universum selbst entscheiden zu lassen.

Vor dem Schlafen

Noor schrieb Sami, bevor sie ihr Licht ausschaltete. „Die Geschichte von heute Nacht: Wenn sich die Galaxien jetzt voneinander entfernen, waren sie früher näher beieinander, und noch weiter zurück war alles zusammengedrängt und sehr heiß. Ein Priester, der Physik unterrichtete, nannte den ersten Zustand das Uratom. Eine Gegenidee sagte, das Universum habe überhaupt keinen Anfang. Den Namen Urknall gab ihm ein Mann, der nicht daran glaubte. Der Streit wurde durch Belege entschieden, davon erzähle ich dir beim nächsten Mal.“

Sami schrieb in dieser Nacht in seiner Pause zurück. Er erzählte, dass die Fahrer in seinem Depot, wenn bei einer Lieferung etwas schiefging, immer darüber stritten, wessen Schuld es war, und dass der Chef immer dasselbe sagte: „Hört auf zu streiten und schaut in die Sendungsverfolgung.“ Er fand, die Astronomen hätten dasselbe getan. Noor lächelte und gab ihm recht. Dann dachte sie wieder an den Außeneinsatz und daran, wie viel bei jeder Art von Arbeit davon abhängt, zu prüfen, statt etwas einfach anzunehmen.

Bevor sie einschlief, klopfte Tomás sanft an die Wand ihrer Kabine, um gute Nacht zu sagen. Er erwähnte, dass er einmal mit einem Ingenieur gearbeitet habe, der zu sagen pflegte, eine Checkliste sei ein Gespräch mit all den Menschen, die vor einem Fehler gemacht haben. Das gefiel Noor. In gewisser Weise, dachte sie, war die ganze Geschichte der Wissenschaft eine solche Checkliste, geschrieben von Menschen, die sich geirrt, es bemerkt und weitergegeben hatten, was sie gelernt hatten.

Wenn du heute Abend eine Minute Zeit hast, denk an etwas aus deinem eigenen Arbeitstag, das du besser verstanden hast, indem du es rückwärts durchgegangen bist: einen Fehler, den du bis zu seiner Ursache zurückverfolgt hast, eine Arbeit, die du vom Ende her geplant hast. Genau diese Art des Denkens wandten Astronomen auf das Universum an. Sie nahmen die Expansion, die sie heute sehen konnten, und fragten geduldig, was davor gewesen sein muss.

Verbreitete Missverständnisse

Viele Menschen stellen sich vor, das Universum habe als winziger Punkt begonnen, der in einem riesigen leeren Raum schwebte, wie ein heller Fleck in der Mitte eines dunklen Zimmers, und sei dann nach außen gewachsen, bis es das Zimmer füllte. Das ist nicht, was die Idee eines heißen Anfangs besagt. Soweit wir sagen können, gab es kein Zimmer. Es gab keinen leeren Raum außerhalb des frühen Universums, der darauf wartete, gefüllt zu werden. Das frühe Universum war überall heiß und dicht, und der Raum selbst dehnt sich seitdem. Wenn das Universum heute unendlich ist, was es sein könnte, dann war es damals wahrscheinlich auch unendlich, nur viel dichter. Was sehr klein war, war der Teil, aus dem seitdem das Universum geworden ist, das wir sehen können.

Viele Menschen nehmen auch den Namen Urknall wörtlich und stellen sich eine laute Explosion mit einem Mittelpunkt und einem Geräusch vor. Aber es gab keinen Knall im gewöhnlichen Sinn. Schall braucht Luft oder einen anderen Stoff, um sich auszubreiten, und es gab keinen Zuhörer und kein Außen, von dem aus man ihn hätte hören können. Einen Mittelpunkt gab es auch nicht, wie die Rosinen im aufgehenden Brot in der vorigen Nacht gezeigt haben. Der Name stammt aus einem Radiovortrag eines Mannes, der eine andere Idee bevorzugte. Er ist eine nützliche Bezeichnung, und wir verwenden ihn in diesem Buch, aber er beschreibt den Anfang ungefähr so gut, wie ein Spitzname einen Menschen beschreibt.

Ein drittes verbreitetes Missverständnis ist, dass die Urknalltheorie erkläre, was den Anfang des Universums verursacht hat. Das tut sie nicht. Die Theorie beschreibt, wie sich das Universum von einem sehr heißen, dichten frühen Zustand zu dem Universum entwickelt hat, das wir heute sehen, und sie beschreibt das sehr gut. Aber über den allerersten Moment und darüber, was davor war, falls es etwas gab, sagt die Theorie nichts Verlässliches. Unsere heutigen Gesetze der Physik versagen, wenn wir versuchen, sie dort anzuwenden. Wissenschaftler sagen ehrlich, dass dieser Teil noch nicht bekannt ist. Was sie prüfen können, ist das, was danach geschah, und die erste große Prüfung kam 1965, von einem schwachen Rauschen in einer Antenne, und dort beginnt die Geschichte der nächsten Nacht.