Thema Kosmologie und Philosophie

Das Raum-Zeit-Paradoxon

(Siehe auch den ergänzenden Essay 'Ist das Universum unendlich groß?')

 

Wir können uns nicht vorstellen, daß irgendwo hinter den fernsten Sternen am Nachthimmel der Raum ein Ende haben könnte, eine Grenze, jenseits derer „nichts“ mehr ist. Der Begriff 'leer' sagt uns wohl noch etwas, denn ein Raum kann leer sein, jedenfalls in unserer Vorstellung, aber unsere Einbildungskraft ist unfähig, den Begriff 'nichts' im Sinne von 'raumlos' zu erfassen. (M.C. Escher)

 

Wir haben es mit dem folgenden Paradox zu tun: Es erscheint ansich undenkbar, daß der Raum oder die Zeit begrenzt ist, weil hinter jeder Grenze immer noch etwas weiteres folgen muß - andererseits ist es aber auch zumindest praktisch kaum vorstellbar, von einem unendlichen Raum oder einer unendlichen Zeit auszugehen, denn alles muß irgendwo einmal ein Ende haben. Jedes reale Konkretum muß endlich begrenzt sein. Da sich das aber weder für den Raum noch für die Zeit denken läßt, können beide nicht real sein. Sie sind jedoch die fundamentalen Kategorien unserer Realität. Dieser Artikel versucht eine Lösung vorstellbar zu machen. Wir bitten den Leser um Nachsicht, daß wir ihn in eine etwas trockene enzyklopädische Form gekleidet haben. Das hat aber immerhin den Vorzug, daß dieses überaus schwierige Problem in einer sachlich nachprüfbaren Weise alles auflistet, was dem heutigen Wissensstand entspricht und erst danach ein Resumè zu ziehen versucht.

 

Das übliche Mißverständnis

Das Problem wird in der Alltagsdiskussion üblicherweise entweder in verschiedenen Versionen als unentscheidbar abgetan („übersteigt das menschliche Fassungsvermögen“ bzw. „ist eine Sache für Experten“ usw.) oder mit rekursiv-definitorischen Erklärungsmodellen zu beantworten versucht (wie etwa dem aristotelischen Zwiebelschalenmodell – s.u.), oder mit sprachlichen Doppeldeutigkeiten wie: „Natürlich ist der Raum unendlich, denn hinter seinem physischen Ende kommt immer noch das große Nichts. Das Nichts aber ist nichts, und was nichts ist, ist nicht und braucht deshalb auch nicht erklärt zu werden.“[1] Eine heute auch recht üblich gewordene Erklärung beruht auf der Verwechselung des Totalraumes mit dem bestirnten Universum. Daß man sich letzteres zumindest theoretisch durchaus endlich vorstellen kann, beantwortet aber das eigentliche Problem nicht, denn die Frage bleibt bestehen, was „dahinter“ ist – also jenseits der möglicherweise entferntesten Sterne.

 

Das Olberssche Paradoxon

Das Problem ist auch in einer anderen Form als das sog. Olberssche Paradoxon bekannt. Der Astronom Heinrich Wilhelm Olbers formulierte es bereits im Jahre 1826. Es geht dabei um die Frage, warum unser Nachthimmel relativ dunkel ist, obwohl er bei der Annahme eines unendlich bestirnten Universums eigentlich gleißend hell erleuchtet sein müßte, da zwischen den Bildern zweier benachbarter Sterne immer noch ein weiterer Stern sichtbar sein müßte, denn theoretisch müßte ja auf jeder Blicklinie irgendwann, und sei er noch so fern, noch ein Stern liegen. Für die Tatsache, daß es nicht so ist, gibt es mehrere mögliche Erklärungen:

  1. Das Licht der Sterne wird in einer bestimmten Entfernung so schwach, daß es von unserem Auge nicht mehr wahrgenommen werden kann.
  2. Die Anzahl der Sterne und das bestirnte Universum ist begrenzt
  3. Die Sterne erreichen in einer bestimmten Entfernung eine über die Lichtgeschwindigkeit hinausgehende Fluchtgeschwindigkeit, und ihr Licht kann uns deshalb nicht mehr erreichen (um das in Übereinstimmung mit der Annahme, daß es keine über die Lichtgeschwindigkeit hinausgehende Geschwindigkeit geben kann, zu sagen: es verschwindet aus unserem sichtbaren Universum).
  • Die Antwort 1) läßt sich aber ausschließen, weil sich durch die Zusammenballung vieler schwacher Lichtpunkte dennoch eine ausreichende Lichtintensität erreichen läßt, um jede Lücke zu füllen.
  • Die Antwort 2) läßt sich als die ‚astronomische’ bezeichnen – und zwar in zwei verschiedenen Varianten, die sich beide als Konsequenz der Urknall-Theorie ergeben: Entweder das Universum ist dabei an einem bestimmten Punkt entstanden, sodaß die Sterne seitdem noch nicht weiter entfernt sein können als es der möglichen Ausbreitungsgeschwindigkeit entspricht (Lichtgeschwindigkeit x ca. 14 Mia. Jahre). Oder aber es ist überall zugleich entstanden, und dann hätte das Licht der jenseits unserer Sichtgrenze liegenden Sterne seitdem noch nicht genügend Zeit gehabt, um bis zu uns zu gelangen.
  • Die Antwort 3) läßt sich als die ‚physikalische’ bezeichnen und hat ebenfalls zwei Varianten, nämlich eine, die sich aus der Relativitätstheorie ergibt und eine andere, die als  ‚Rotverschiebung’ oder ‚Hubble-Expansion’ bekannt ist. Während die erste sich als logische Konsequenz ergibt, wenn es eine Obergrenze der Lichtgeschwindigkeit gibt, geht die zweite auf den Namen des Astronomen Edwin Hubble zurück und nimmt an, daß ab einer bestimmten Fluchtgeschwindigkeit die Lichtwellen so lang werden, daß sie – ähnlich wie die Schallwellen eines sich von uns entfernenden Objekts unter unserer akustischen Wahrnehmungsgrenze verschwinden – sich zum Rot verschieben und schließlich nicht mehr von unserem Auge wahrgenommen werden können. Diese Erklärung ist allerdings weitgehend identisch mit der relativistischen.

 

Die Antwort 2) hätte allerdings eine bestimmte Konsequenz, die der heute allgemein vorherrschenden Grundannahme widerspricht, daß es im gesamten Universum keinen hervorragenden bzw. zentralen Ort gibt, der sich als der ursprüngliche Entstehungsort noch feststellen ließe. Denn die von uns aus zu beobachtende Expansion muß logischerweise unseren Beobachtungsort als zentral annehmen, da sie von uns in alle Richtungen gleichermaßen erfolgt. Nur die geringste Abweichung davon müßte bereits unserem bloßen Auge sichtbar sein, weil dorthin entweder eine Verstärkung oder aber Verminderung der Sternenmenge feststellbar wäre (und zwar auch unabhängig davon, daß nahezu alle mit bloßem Auge sichtbaren Sterne und astronomischen Objekte zu unserer eigenen Galaxie gehören). Das uns in so gleichmäßiger Verteilung sichtbare Universum läßt demnach nur die Erklärung zu, daß wir in seiner zentralen optischen Mitte stehen und daß es sich demnach nicht um ein objektives, sondern nur um das Bild unserer Wahrnehmung handelt. Dieses läßt sich allerdings nur mit der relativistischen Version erklären (Einstein oder Hubble).  Mit anderen Worten: unser Sternenhimmel erscheint uns deshalb als so relativ dunkel, weil wir das Licht der weiter entfernten Sterne nicht mehr wahrnehmen. Es wäre dabei allerdings höchst unwahrscheinlich, daß sich hinter dieser unserer Sichtbarkeitsgrenze tatsächlich keine Sterne mehr befinden. Wie groß das bestirnte Universum also wirklich ist, läßt sich mit unseren heutigen astronomischen Instrumenten nicht feststellen.

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