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Astronomie|Physik

"Ein einfaches Weltall wäre mir lieber"

Astronomen streiten um Einsteins kosmologische Konstante. Über die fragwürdige Existenz der Konstante, die das junge Universum einst aufgeblasen haben soll, sprach bild der wissenschaft mit dem Astronomen Prof. Gustav Andreas Tammann.

bild der wissenschaft: Herr Prof. Tammann, sogar in den „exakten“ Wissenschaften scheint es so etwas wie eine Mode zu geben. Die „kosmologische Konstante“ war jahrzehntelang „out“ und ist jetzt wieder „in“, wenn von Urknall und Expansion des Universums die Rede ist. Was halten Sie von der Konstante?

Tammann: Nicht besonders viel. Aber zunächst zur Klärung: Die kosmologische Konstante hat mit der Frage, ob es einen Urknall gegeben hat, nichts zu tun. Sie regelt das Verhalten des Universums nach dem Urknall. Sie entspricht einer negativen Masse, das bedeutet gegenseitige Abstoßung, und die hat das Auseinanderfliegen nach dem Urknall bewirkt.

bild der wissenschaft: Darüber herrscht Einigkeit unter den Astronomen?

Tammann: Es gibt Modelle, nach denen das Universum in einer ganz frühen Phase – der Inflationsphase – rapide auseinanderflog. Das läßt sich durch eine riesige kosmologische Konstante beschreiben. Anfangs war sie die dominierende Kraft. Die Frage ist aber: Wurde diese Kraft im Laufe der Zeit bis heute winzig klein oder exakt Null? Wenn man ein Altersproblem mit dem Universum hat, kann man die Sache mit der kosmologischen Konstante retten.

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bild der wissenschaft: Zum Beispiel bei dem Dilemma, daß die Kugelsternhaufen älter sind als das aus der Expansion errechnete Alter des Universums?

Tammann: Ja. Gerade an dieser Stelle scheint mir jedoch, daß es gar keine signifikante Diskrepanz gibt. Es deutet vieles darauf hin, daß die Kugelsternhaufen nicht so alt sind, wie häufig behauptet wird. Es kann sehr wohl sein, daß sie nur knapp mehr als zwölf Milliarden Jahre alt sind. Dann scheint alles recht gut stimmig.

bild der wissenschaft: Entsprechend Ihrer Hubble-Konstante von 55 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec – oder haben Sie die nach den neuen Messungen des Hubble-Teleskops korrigiert?

Tammann: Nein, wir finden nichts zu korrigieren, weil auch die neuen Messungen die Zahlen von Allan Sandage und unserer Baseler Gruppe bestätigen: Ich halte weiterhin ein Alter der Welt von etwa 18 Milliarden Jahren ohne alle weiteren Korrekturen für wahrscheinlich.

bild der wissenschaft: Wie hängt die kosmologische Konstante mit der Hubble-Konstante zusammen?

Tammann: Sehr eng. Bei der Inflation etwa war die kosmologische Konstante – die treibende Kraft – sehr groß. Wenn damals nur ein kleiner Rest der kosmologischen Konstante übriggeblieben war, trieb sie die Expansion immer mehr an. Dann darf man das Weltalter nicht aus der heutigen Expansionsrate bestimmen – das All expandierte ja früher langsamer.

bild der wissenschaft: Und was war vor der Inflation, also unmittelbar nach dem oder sogar direkt beim Urknall?

Tammann: Mich kümmert das Universum nicht zu Zeiten, wo es jünger war als 10 hoch -35 Sekunden. Alles, was über frühere Zeiten gesagt wird, scheint mir undurchsichtig und spekulativ.

bild der wissenschaft: Dann würden Sie als Astronom die Frage, was war vor dem Urknall, als unbeantwortbar ansehen?

Tammann: Ja. Mit dem Urknall begann das, was wir Zeit nennen. Nach dem Davor zu fragen, ist also unsinnig. Der Urknall, diese Singularität, ist einfach unerreichbar und somit letztlich eine Hypothese.

bild der wissenschaft: Und das gilt auch für das Quantenmeer, aus dem der Urknall herausgesprungen sein soll?
Tammann: Wenn schon der Zeitpunkt Null hypothetisch ist, dann ist das Davor doppelt hypothetisch.

bild der wissenschaft: Zurück zur kosmologischen Konstante: Sie einfach so zu wählen, daß die Alter übereinstimmen, riecht stark nach einem faulen Trick.

Tammann: Nein, das ist legitim. Im Grunde ist es die Methode der Forschung: Man sucht nach der besten Beschreibung dessen, was man beobachtet und erklären will.

bild der wissenschaft: Wie erklären die Inflationisten denn überhaupt diese Konstante?

Tammann: Das Universum hatte im ersten Moment seiner Existenz noch kein Gleichgewicht gefunden und ist dadurch in die extrem schnelle Expansion während der Inflationsphase geraten – ein energetisch keineswegs optimaler Zustand, der aber gerade durch die Inflation zu einem Ausgleich kam. Man kann die Inflation formal durch eine sehr große kosmologische Konstante beschreiben, etwa 10 hoch 100. Die kosmologische Konstante ist tatsächlich eine abstoßende Kraft – sie beschleunigt daher die Expansion. Diese Beschleunigung ist bisher unmeßbar klein geblieben. Die kosmologische Konstante ist im späteren Universum daher ganz nahe bei Null.

bild der wissenschaft: Warum nicht gleich Null?

Tammann: Das ist ein tiefgründiges Problem. Die Physiker finden dieses „fine tuning“ schrecklich, das heißt ein „Nahe an Null Vorbeischießen“. Wenn man das nach-inflationäre Verhalten des Universums durch eine Konstante beschreibt, die 10 hoch 100 mal kleiner sein soll als vorher, kommt man ungeheuer nahe an Null heran. Doch warum sollte das Universum damit nicht wirklich die Null meinen? Die Natur will möglicherweise kein „fine tuning“. Darüber geht heute die Debatte unter den Physikern und Kosmologen: Null oder nicht Null? Ein restliches Lambda – also nicht genau Null – wäre für viele ein Schönheitsfehler. Aber das ist Geschmacksache.

bild der wissenschaft: Wirklich Geschmacksache? Sollte es in den Wissenschaften, die sich die „exakten“ nennen, nicht etwas objektiver zugehen?

Tammann: Ich bin beeindruckt, wie subjektiv manches in der Wissenschaft ist: Manche finden das eine, andere das andere sympathisch. Einstein warf die von ihm selbst postulierte Konstante über Bord, sein wissenschaftlicher Kollege dagegen, der Kosmologe Edward A. Milne in England, war von ihr begeistert: Die kosmologische Konstante einzuführen, sei Einsteins größte Leistung gewesen. 1917 war die kosmologische Konstante eine Notwendigkeit, seit 1929, als Hubble die Expansion des Universums entdeckte, ist sie nur noch Spekulation.

bild der wissenschaft: Kann man die Rolle dieser Konstante in den Gleichungen eine Antigravitation nennen?

Tammann: Nur bedingt: Sie beschreibt eine abstoßende Kraft, die aber – anders als die Gravitation – mit der Entfernung zunimmt. Es wäre also falsch, sie als eine Art Gravitation mit umgekehrtem Vorzeichen zu betrachten.

bild der wissenschaft: Träger der Gravitation sind Massen. Ist die abstoßende Kraft, symbolisiert durch die kosmologische Konstante, auch an irgend etwas gebunden? Oder ist sie eine im Raum frei schwebende Kraft?

Tammann: Sie ist an nichts gebunden. „Im Raum frei schwebende Kraft“ ist eine treffende Formulierung.

bild der wissenschaft: Die kosmologische Konstante scheint mir von der Theorie, von der Physik her nur eine fadenscheinige Begründung zu haben. Ist sie nur ein Notbehelf, um Beobachtung und Theorie in Einklang zu bringen?

Tammann: Als Einstein sie einführte, war sie physikalisch notwendig, um sein statisches Universum zu stabilisieren. Mit Hubbles Expansion wurde sie überflüssig. Von der Theorie her ist nichts gegen sie zu sagen. Doch hier kommen wir zurück zu unserer Geschmacksfrage: Man unterscheidet zwei kosmologische Modelle: Die „Friedmann-Modelle“ haben keine kosmologische Konstante, sie rechnen nur mit Expansion und Abbremsung durch die allgemeine Anziehung. In den „Lemaître-Modellen“ dagegen – der belgische Astronom George Lemaître war einer der Hauptväter der modernen Kosmologie – ist die kosmologische Konstante enthalten. Beide Modell-Arten haben ihre Anhänger: Die einen finden es schön, wenn die Gleichungen etwas komplizierter sind, die anderen lieben es einfacher.

bild der wissenschaft: Und zu welcher Fraktion gehören Sie?

Tammann: Ich hätte lieber ein Friedmann-Universum. Dieses einfache ist für mich einleuchtender.

bild der wissenschaft: Wenn das Geschmacksache ist, wie Sie sagten, gibt es dann auch eine objektive Position?

Tammann: Die kosmologische Konstante ist ein zusätzlicher Parameter. Man soll in den Naturwissenschaften so lange wie möglich keine zusätzlichen Parameter einführen, sondern versuchen, die Natur mit einem Minimum an Parametern zu erklären. Laßt uns erst einmal das simple Modell testen – das ist meine Position.

bild der wissenschaft: Durch Beobachtung der ganz jungen, das heißt, ganz weit entfernten Galaxien?

Tammann: Ja, wir müssen noch viel weiter ins All hinausschauen, als es bis jetzt möglich ist. Dazu kommt die Schwierigkeit der „Einheitskerzen“: Die hellste Galaxie in einem Haufen – so wurde immer angenommen – hat jeweils eine bestimmte Helligkeit. Wenn man sie mißt, kann man daraus auf die Entfernung schließen. Das ging anfangs recht gut, doch allmählich wurde klar: Weit draußen sind die Galaxien ganz jung, und junge Galaxien sind viel heller als alte. Hier spielt also noch ein Effekt hinein: die Leuchtkraft-Entwicklung – ein Einfluß, der sich auch wie ein Bremsparameter oder ein Lambda auswirkt und deren Bestimmung enorm erschwert. Ein Hexenkessel von unbekannten Größen bei der Untersuchung der fernen Galaxien!

bild der wissenschaft: Und kein Lichtblick in diesem Hexenkessel?

Tammann: Doch. Wir wollen die hellsten Haufengalaxien ersetzen durch Supernovae vom Typ IA, die wir als Einheitskerzen für geeigneter halten, da sie kaum einer Leuchtkraft-Entwicklung unterliegen: In jungen Galaxien funktioniert eine Supernova genau so wie in alten. Damit wären wir wenigstens eines der drei Probleme los.

bild der wissenschaft: Zukunftsmusik?

Tammann: Nein, Live-Musik. Es wurden bereits sehr schwache, das heißt entfernte Supernovae gefunden, und sie werden mit dem Hubble-Weltraumteleskop weiter untersucht. Damit hoffen wir, ein ganz neues Hubble-Diagramm für die fernsten Objekte zu bekommen, das heißt, wir wissen dann, ob sie sich schneller voneinander entfernen als die näheren.

bild der wissenschaft: Sie wären damit den Geheimnissen des jungen Universums ein Stück nähergekommen?

Tammann: Ja, das hoffen wir.

Gustav Andreas Tammann ist Professor für Astronomie an der Universität Basel. Zusammen mit Alan Sandage in Kalifornien, der als Nachfolger des großen amerikanischen Astronomen Edwin Hubble gilt, forscht er an vorderster Front bei der Bestimmung der Hubble-Konstante – das Maß für Größe und Alter der Welt.

Wolfram Knapp
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