Kapitel 6: Das älteste Licht

Nacht 57: Ein Rauschen in der Leitung

Am Morgen von Tag 57 bemerkte Noor das Rauschen beim ersten Gespräch mit dem Boden. Es war sehr schwach, wie das Geräusch von fernem Regen, und es lag unter jeder Stimme, die durch ihr Headset kam. Die Teams am Boden konnten sie immer noch deutlich hören, und sie verstand sie immer noch. Aber das Rauschen war da, und auf einer Raumstation lohnt sich ein Blick auf alles, was nicht da sein sollte.

Der Boden bat sie, bei der Suche nach der Ursache zu helfen. Man schickte ihr eine kurze Checkliste, und sie arbeitete sie zwischen ihren anderen Aufgaben des Tages ab. Zuerst hörte sie mit einem anderen Headset. Das Rauschen blieb. Dann wechselte sie an ein anderes Funkpult. Das Rauschen blieb. Dann prüfte sie die Einstellungen, die der Boden ihr eine nach der anderen vorlas. Alles stimmte überein. Bis zum Mittag hatte sie fast alles ausgeschlossen, was sich leicht ausschließen ließ, und das ist eine nützliche Art von Fortschritt, auch wenn es sich im Moment nicht wie Fortschritt anfühlt.

Am Nachmittag bat ein Fachmann am Boden sie, ein Kabel vom Pult bis zur Wand zu verfolgen und einen kleinen Steckverbinder hinter einer Abdeckung zu prüfen. Sie brauchte zwanzig Minuten, um die Abdeckung zu öffnen, denn jede Schraube musste aufgefangen werden, bevor sie davontreiben konnte. Dahinter sah der Steckverbinder gut aus. Sie drückte ihn trotzdem sanft fest, wie es die Checkliste verlangte. Der Fachmann bat sie, ein paar Worte zu sagen. Sie zählte von eins bis zehn. Es gab eine Pause, und dann sagte die Stimme vom Boden herzlich, das Rauschen sei verschwunden.

Tomás lachte und sagte, die Hälfte aller Technik bestehe darin, Dinge sanft wieder an ihren Platz zu drücken. Ade sagte, die andere Hälfte bestehe darin, seinen Instrumenten zu glauben, wenn sie einem etwas Seltsames sagen. Noor trug das Ergebnis ins Logbuch ein, schloss die Abdeckung wieder und sammelte die Schrauben aus dem kleinen Beutel, den sie sich an den Ärmel gebunden hatte.

Als Noor Sami an diesem Abend von dem Rauschen erzählte, schrieb er aus seinem Lieferwagen zurück, der an einer Laderampe stand. Er schrieb, dass das Radio in seiner Fahrerkabine jede Nacht zwischen zwei Orten an derselben Stelle rausche und dass er es gar nicht mehr bemerke. Noor lächelte darüber. Sie kannte eine Geschichte über ein Rauschen, das zwei Ingenieure nicht überhören konnten, und darüber, was sich schließlich dahinter verbarg. Es war die richtige Geschichte für Nacht 57.

Ein glühender Nebel

In der vorigen Nacht haben wir den Film des Universums rückwärts verfolgt. Wenn sich die Galaxien heute voneinander entfernen, dann war vor langer Zeit alles näher beieinander. Und wenn Materie und Licht zusammengedrückt werden, werden sie heiß. Lemaître stellte sich ein „Uratom“ vor. Die Anhänger der Steady-State-Idee stellten sich ein Universum ganz ohne Anfang vor. Fred Hoyle, der auf dieser zweiten Seite stand, gab der ersten Idee in einem Radiovortrag ihren berühmten Namen. Aber ein Name ist kein Beleg. Die Geschichte dieser Nacht handelt von dem Beleg, der die Frage entschied.

Stellen wir uns das junge Universum vor, einige hunderttausend Jahre nach dem Anfang. Es war viel heißer und dichter als irgendetwas im heutigen Universum. Es war so heiß, dass Atome nicht zusammenhalten konnten. Ein Atom besteht, wie wir in späteren Nächten genauer sehen werden, aus einem winzigen Zentrum, dem Atomkern, und noch winzigeren Teilchen, den Elektronen, um ihn herum. Im jungen Universum konnten die Elektronen nicht bei ihren Kernen bleiben. Jedes Mal, wenn sich ein Elektron niederließ, schlug die Hitze es wieder los.

Freie Elektronen haben eine wichtige Wirkung auf das Licht. Sie stehen ihm im Weg. Ein Lichtstrahl kam in diesem frühen Universum nicht weit, bevor er auf ein Elektron stieß und in eine neue Richtung geschickt wurde. Dann stieß er auf ein weiteres und noch eines. Das Licht war überall, aber es konnte nirgendwohin geradeaus gehen. Das ganze Universum glühte, aber es war nicht durchsichtig. Es war wie ein dichter, heller Nebel.

Etwas Ähnliches hast du wahrscheinlich an einem nebligen Morgen gesehen. Die Sonne ist aufgegangen, und die Luft um dich herum ist hell. Aber du kannst die Häuser am Ende der Straße nicht sehen, weil ihr Licht auf dem Weg zu deinen Augen gestreut wird. Das junge Universum war überall so, in jeder Richtung. Hätte jemand darin stehen können, hätte er nur ein helles, gleichmäßiges Leuchten gesehen, mit nichts dahinter.

Dann dehnte sich das Universum langsam weiter aus und kühlte ab. Etwa 380.000 Jahre nach dem Anfang war es auf eine Temperatur von einigen tausend Grad abgekühlt. Das ist immer noch sehr heiß, etwa so heiß wie die Oberfläche mancher kühler Sterne, aber es war kühl genug für eine wichtige Veränderung. Die Elektronen konnten sich nun um die Kerne herum niederlassen und dort bleiben. Atome entstanden, vor allem Atome von Wasserstoff und Helium.

Der Moment, in dem sich der Nebel lichtete

Sobald die Elektronen in Atomen gebunden waren, standen sie dem Licht nicht mehr so leicht im Weg. Plötzlich konnte das Licht frei und geradlinig reisen. Der Nebel lichtete sich. Astronomen vergleichen diesen Moment manchmal mit einer Lampe, die in einer dichten Wolke gesteckt hat und plötzlich in klarer Luft steht. Das Licht, das in diesem Moment freigesetzt wurde, brach in alle Richtungen durch das Universum auf. Ein Teil davon ist seitdem unterwegs, seit etwa 13,8 Milliarden Jahren, und ein Teil davon kommt heute Nacht auf der Erde an.

Als dieses Licht aufbrach, war es das Leuchten von etwas mit einer Temperatur von einigen tausend Grad. Licht von etwas so Heißem hat kurze Wellen, und ein Teil davon hätte für menschliche Augen orange oder gelb ausgesehen. Doch in der Nacht der sich entfernenden Galaxien haben wir gesehen, dass sich der Raum selbst seit Milliarden Jahren dehnt. Während sich der Raum dehnte, dehnten sich die Wellen dieses alten Lichts mit. Sie sind um mehr als das Tausendfache gedehnt worden. Heute sind die Wellen überhaupt kein sichtbares Licht mehr. Sie sind viel längere Wellen, von der Art, die man Mikrowellen nennt.

Mikrowellen sind eine Art Radiowellen mit ziemlich kurzen Wellen. Sie gehören zur selben Familie von Wellen, die ein Mikrowellenherd nutzt, um Essen zu erwärmen, aber das alte Licht des Universums ist äußerst schwach. Es erwärmt nichts so, dass du es spüren könntest. Seine Temperatur liegt heute nur etwa 2,7 Grad über dem absoluten Nullpunkt. Der absolute Nullpunkt ist die tiefste mögliche Temperatur, etwa minus 273 Grad Celsius, dieses alte Licht hat also etwa minus 270 Grad.

Astronomen nennen dieses Licht die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung. „Kosmisch“ bedeutet, dass sie zum ganzen Universum gehört. „Mikrowellen“ sagt uns, welche Art von Wellen sie heute ist. „Hintergrund“ bedeutet, dass sie hinter allem anderen liegt, wie die Rückwand einer Bühne. In diesem Buch nennen wir sie meist einfach das älteste Licht. Es ist das älteste Licht, das wir überhaupt sehen können, denn davor war das Universum ein Nebel, den Licht nicht durchqueren konnte.

Daran ist etwas Bemerkenswertes. Das älteste Licht kommt nicht von einem Stern oder einer Galaxie. Es kommt nicht aus einer Richtung. Es kommt aus allen Richtungen zugleich, vom ganzen Himmel, bei Tag und bei Nacht. Während du diese Seite liest, zieht ein sehr schwacher Teil davon durch den Raum um dich herum. Es ist, als stündest du im verklingenden Echo einer großen Halle, in der der Klang von allen Wänden zugleich kommt.

Die Menschen, die es fanden

Die Ersten, die gründlich über dieses alte Licht nachdachten, arbeiteten eigentlich an einer anderen Frage. 1948 versuchten der Physiker George Gamow und seine jüngeren Kollegen Ralph Alpher und Robert Herman zu verstehen, wie die leichtesten Elemente in einem heißen, dichten frühen Universum entstanden sein könnten. Das ist die Geschichte unserer nächsten Nacht. Doch während sie daran arbeiteten, erkannten Alpher und Herman etwas. Wenn das frühe Universum wirklich so heiß gewesen war, müsste ein schwaches Leuchten dieser Hitze noch heute den Raum erfüllen. Sie schätzten, dass dieses Leuchten jetzt nur noch einige Grad über dem absoluten Nullpunkt liegen würde.

Denk einen Moment darüber nach, wie diese drei Menschen arbeiteten. Sie hatten kein Teleskop, das das frühe Universum sehen konnte, und keine Computer wie die, die wir heute benutzen. Sie arbeiteten mit Bleistiften, Papier, einfachen Rechenmaschinen und langen Gesprächen. Gamow war bekannt für seinen verspielten Humor und für freundliche Bücher, die gewöhnlichen Lesern die Physik erklärten. Alpher und Herman erledigten einen großen Teil der geduldigen, sorgfältigen Rechenarbeit. Ihre Schätzung, etwa fünf Grad, war nicht ganz richtig, aber sie lag nahe am wahren Wert, und das war für einen ersten Versuch ein bemerkenswertes Ergebnis.

Ihre Vorhersage fand damals wenig Beachtung. Ein so schwaches Leuchten zu messen, schien weit jenseits der Möglichkeiten der damaligen Instrumente zu liegen, und viele Wissenschaftler waren noch gar nicht überzeugt, dass das Universum einen heißen Anfang hatte. Die Idee geriet für einige Jahre weitgehend in Vergessenheit. Das kommt in der Wissenschaft häufiger vor, als man denkt. Eine gute Idee kann still in alten Aufsätzen warten, bis das richtige Instrument oder der richtige Mensch kommt.

Anfang der 1960er-Jahre begannen zwei Funkingenieure mit einer großen hornförmigen Antenne zu arbeiten, die gebaut worden war, um Signale zu empfangen, die von Satelliten zurückgeworfen wurden. Sie wollten sie für sorgfältige Messungen schwacher Radiowellen aus dem All nutzen. Dazu mussten sie zuerst jedes bisschen Rauschen verstehen, das die Antenne und ihr Empfänger von sich aus erzeugten. Also maßen sie, prüften und maßen erneut. Und sie fanden ein schwaches Rauschen, das sie nicht erklären konnten. Es war dasselbe in jeder Richtung, in die sie die Antenne richteten, zu jeder Tageszeit und in jeder Jahreszeit.

Sie taten, was gute Ingenieure tun. Sie suchten die Ursache in ihrer eigenen Ausrüstung. Sie prüften den Empfänger und die Verbindungen. Sie stellten sogar fest, dass ein Taubenpaar im Inneren des Horns genistet und Kot auf seiner Innenfläche hinterlassen hatte. Die Tauben wurden fortgebracht, und die Ingenieure reinigten das Horn sorgfältig. Das Rauschen blieb. Es kam nicht von der Antenne, und es kam von nirgendwo in der Nähe. Es kam vom Himmel.

Ungefähr zur selben Zeit hatte eine Gruppe von Physikern nicht weit entfernt ein Instrument gebaut, um nach genau einem solchen Leuchten zu suchen, weil sie den Gedanken noch einmal selbst entwickelt hatten. Als die beiden Gruppen voneinander erfuhren, verstanden sie, was das Rauschen war. 1965 wurden die Ergebnisse veröffentlicht. Die Ingenieure hatten das älteste Licht gefunden. Für viele Astronomen war das der Moment, in dem die Steady-State-Idee ihre stärkste Stütze verlor, denn ein Universum ohne heißen Anfang hatte keinen natürlichen Weg, den ganzen Raum mit einem solchen Leuchten zu füllen.

Eine Karte winziger Unterschiede

Nach 1965 wurde das älteste Licht zu einem der am meisten untersuchten Dinge am ganzen Himmel. Zuerst schien es vollkommen gleichmäßig. Es hatte in jeder Richtung dieselbe Temperatur, soweit irgendjemand messen konnte. Das war auf seine Weise ein Rätsel. Wenn das junge Universum vollkommen gleichmäßig gewesen war, wie wurde es dann später klumpig, mit Galaxien hier und leerem Raum dort? Irgendwo musste es kleine Unterschiede geben, wenn sie nur jemand messen könnte.

Sie vom Boden aus zu messen, war sehr schwer, denn die Luft selbst leuchtet ein wenig im Mikrowellenbereich, und das Wasser in der Luft ist im Weg. Deshalb bauten Wissenschaftler Satelliten, um das älteste Licht von oberhalb der Luft zu messen. Ein Satellit, der 1989 gestartet wurde, maß das Leuchten mit großer Sorgfalt, und 1992 gab sein Team bekannt, dass es die Unterschiede gefunden hatte. Sie waren winzig, etwa ein Teil in 100.000. Manche Bereiche des Himmels waren ganz leicht wärmer und manche ganz leicht kühler als der Durchschnitt.

Der Satellit machte kein Bild in einem einzigen Moment, wie es eine Kamera tut. Er tastete den ganzen Himmel jahrelang immer wieder ab, und sein Team addierte die Messungen, damit sich die winzigen Unterschiede über das Rauschen des Instruments erheben konnten. Damit stand das Team vor demselben Problem wie die beiden Ingenieure mit ihrer Hornantenne. Bevor sie dem trauen konnten, was ihnen der Himmel sagte, mussten sie jedes bisschen Rauschen verstehen, das ihre eigene Ausrüstung erzeugte.

Um dir vorzustellen, wie klein das ist, denk an einen großen, ruhigen See. Wäre der See vollkommen still, wäre seine Oberfläche völlig eben. Unterschiede von einem Teil in 100.000 sind wie Kräuselungen, so klein, dass du sie mit deinen Augen nie sehen könntest. Und doch sind diese winzigen Kräuselungen von ungeheurer Bedeutung. Wo das junge Universum ganz leicht dichter war, zog die Schwerkraft ein wenig stärker. Über Hunderte Millionen Jahre sammelten diese Orte immer mehr Materie. Die winzigen Kräuselungen im ältesten Licht sind die Keime der Galaxien, auch unserer eigenen.

Spätere Satelliten erstellten immer schärfere Karten des ganzen Himmels. Die Karten sehen aus wie ein gesprenkeltes Ei, mit Flecken aus etwas wärmerem und etwas kühlerem Licht. Indem sie die Größen und Muster dieser Flecken untersuchen, können Astronomen vieles über das Universum messen: wie alt es ist, wie viel gewöhnliche Materie es enthält und wie viel von der seltsamen Materie und Energie, der wir in späteren Nächten begegnen werden. Das Alter von etwa 13,8 Milliarden Jahren, mit dem dieses Buch rechnet, stammt zum großen Teil aus solchen Karten.

Das älteste Licht ist also nicht nur ein Beweis für einen heißen Anfang. Es ist auch eine Art Babyfoto des Universums, aufgenommen, als es etwa 380.000 Jahre alt war. Im Vergleich zu seinem heutigen Alter ist das wie ein Foto eines Menschen, das am ersten Tag seines Lebens gemacht wurde. Das Gesicht ist noch nicht das Gesicht des Erwachsenen, aber die Form ist schon da.

Eine Nachricht an Sami

Vor dem Schlafen schwebte Noor ein paar Minuten am großen Fenster. Die Station war über der Nachtseite der Erde, und der Himmel über der dünnen Linie der Atmosphäre war schwarz und voller Sterne. Sie wusste, dass auch das älteste Licht da war, zwischen den Sternen und hinter ihnen, unsichtbar für ihre Augen, aber in jeder Richtung vorhanden. Das Fenster, die Station und ihre eigenen Hände waren ganz schwach in dieses Licht getaucht.

Früher am Abend hatte Ade Tomás und Noor in der Bordküche auf einem Bildschirm eine der Karten des ältesten Lichts gezeigt. Tomás sagte, sie sehe aus wie die Schale einer Orange aus nächster Nähe. Ade sagte, jede Galaxie, die sie vom Fenster aus sehen könnten, sei aus kleinen Unterschieden wie diesen Flecken gewachsen, über Milliarden Jahre von der Schwerkraft vergrößert. Danach sprach eine Weile niemand, und auf einer geschäftigen Station ist das eine Art Kompliment.

Sie schrieb an Sami: „Das Rauschen in deinem Radio kommt wahrscheinlich von einem Sendemast in der Nähe oder vom Motor. Aber im Rauschen eines Radios kann ein winziger Teil vom ältesten Licht im Universum stammen. In gewisser Weise hast du auf deinen Nachtfahrten vielleicht einer schwachen Spur des Anfangs zugehört.“ Sami antwortete eine Stunde später in seiner Pause, er werde sich nie wieder über dieses Rauschen zwischen den beiden Orten ärgern.

Vielleicht gibt es nach deinem eigenen Arbeitstag auch in deinem Leben so ein Geräusch: das Summen eines Kühlschranks, den Lärm des Verkehrs, das Rauschen eines alten Radios. Das meiste davon kommt natürlich von gewöhnlichen Dingen in der Nähe. Aber auch das älteste Licht ist da, jeden Abend, von allen Seiten. Es wurde lange vor den Sternen freigesetzt, lange vor der Erde, und es ist all die Zeit unterwegs gewesen, um den Ort zu erreichen, an dem du jetzt sitzt.

Verbreitete Missverständnisse

Viele Menschen glauben, das älteste Licht komme von einem einzigen Ort in weiter Ferne, wo der Urknall stattfand. Es liegt nahe, es sich so vorzustellen, weil wir uns Licht meist als etwas denken, das von einer Lampe oder einem Stern kommt. Aber das älteste Licht kommt aus allen Richtungen gleichermaßen, weil der heiße Nebel das ganze Universum erfüllte und nicht einen Fleck darin. Wohin wir auch blicken, sehen wir in der Ferne den Ort, an dem sich der Nebel für das Licht lichtete, das uns jetzt erreicht. Eine Astronomin in einer sehr fernen Galaxie sähe dasselbe Leuchten rings um sich, das aus ihrer eigenen fernen Umgebung kommt.

Viele Menschen glauben auch, mit einem ausreichend großen Teleskop könnten wir am ältesten Licht vorbeischauen und den Anfang selbst sehen. Mit gewöhnlichem Licht und mit jeder anderen Art von Welle dieser Art können wir das nicht. Vor etwa 380.000 Jahren war das Universum ein Nebel, den Licht nicht durchqueren konnte, deshalb kann kein Licht aus früheren Zeiten uns geradlinig erreichen. Es ist, als wollte man das Innere einer Wolke von außen sehen. Wissenschaftler erfahren auf andere Weise etwas über frühere Zeiten: aus den Mengen der leichtesten Elemente, das ist die Geschichte unserer nächsten Nacht, und aus den Mustern im ältesten Licht selbst.

Und schließlich haben manche Menschen gehört, das älteste Licht sei „nur das Schneegestöber auf alten Fernsehern“ gewesen. Die Wahrheit ist etwas sanfter. Alte Fernseher zeigten ein bewegtes Muster aus Punkten, das man Schnee oder Bildrauschen nannte, wenn kein Sender eingestellt war. Der größte Teil dieses Schnees kam vom Gerät selbst, von anderen elektrischen Geräten und von Funkquellen in der Nähe. Aber ein kleiner Teil kam tatsächlich vom ältesten Licht. Wer also je vor einem Fernseher ohne eingestellten Sender saß, sah, ohne es zu wissen, ein winziges Echo des jungen Universums. In der nächsten Nacht gehen wir noch weiter zurück, in die ersten Minuten, und sehen, woraus der heiße Nebel bestand.