Dies ist eine maschinelle Übersetzung; das englische Original ist maßgebend. Original lesen
Der Nachthimmel müsste so hell sein wie die Sonne. Gehen Sie nach draußen und prüfen Sie es.
Blicken Sie in eine beliebige Richtung und verfolgen Sie diesen Weg immer weiter. In einem ewigen Universum treffen Sie irgendwann auf einen Stern. Dass dies nicht geschieht, ist der stärkste mit bloßem Auge sichtbare Beweis dafür, dass die Zeit einen Anfang hatte.
Hier ist ein Argument, das völlig ohne Geräte auskommt.
Nehmen wir an, das Universum erstreckt sich unendlich weit und hat schon immer existiert, wobei Sterne darin mit annähernd gleichmäßiger Dichte verteilt sind. Wählen Sie eine Richtung und folgen Sie dieser Sichtlinie nach außen. Früher oder später trifft sie auf die Oberfläche eines Sterns – sie hat unendlich viel Weg vor sich und unendlich viele Chancen.
Wenden Sie das nun auf jede Richtung an. Jede Sichtlinie endet auf einer Sternenoberfläche, somit müsste der gesamte Himmel so hell sein wie die Oberfläche eines Sterns. Kein Gestöber von Punkten auf schwarzem Grund: ein durchgehendes Leuchten, Tag und Nacht, in jeder Richtung.
Gehen Sie nach draußen. Es ist dunkel. An den Voraussetzungen stimmt etwas nicht.
Die Mathematik, die das Problem noch verschärft
Der verlockende Ausweg scheint die Entfernung zu sein – sind weit entfernte Sterne nicht zu schwach, um ins Gewicht zu fallen?
Einzeln betrachtet sind sie das tatsächlich, doch das hilft nicht weiter. Die Helligkeit nimmt mit 1/r² ab, ein doppelt so weit entfernter Stern liefert also nur ein Viertel des Lichts. Betrachten wir jedoch eine Raumschale im Abstand r und mit der Dicke dr: Ihr Volumen und damit die Anzahl der darin enthaltenen Sterne wächst mit r². Die beiden Faktoren heben sich exakt auf. Jede Schale trägt dieselbe Gesamthelligkeit bei, und ein unendliches Universum besitzt unendlich viele Schalen.
Diese Aufhebung ist der Motor des Paradoxons, und deshalb kann die Antwort nicht lauten: „Die entfernten Sterne sind zu schwach“. Geringe Helligkeit und große Anzahl halten sich exakt die Waage. Dass nähere Sterne weiter entfernte verdecken, ist der einzige geometrische Ausweg, und genau das erzeugt das gleichmäßige Leuchten, statt es zu verhindern – der Himmel schließt sich lückenlos.
Die Lösung liegt im Alter des Universums
Die Überlegung ruht auf zwei Annahmen, und nur eine davon muss falsch sein.
Das Universum ist etwa 13,8 Milliarden Jahre alt. Licht breitet sich mit endlicher Geschwindigkeit aus. Wir können daher nur bis in eine Entfernung von etwa 13,8 Milliarden Lichtjahren sehen – nicht, weil sich dort eine Wand befände, sondern weil das Licht von weiter entfernten Objekten noch keine Zeit hatte, uns zu erreichen. Das light travel time tool veranschaulicht dies direkt: Jede eingegebene Entfernung entspricht zugleich einem Zeitpunkt, und ab einer bestimmten Distanz liegt dieser Zeitpunkt vor der Entstehung jeglicher sichtbarer Objekte.
Die Sichtlinie reicht mit anderen Worten nicht unendlich weit. Sie bricht nach einer endlichen Anzahl von Schalen ab, und eine endliche Anzahl von Schalen bedeutet eine endliche Helligkeit. Ein dunkler Himmel.
Bedenken Sie, was das bedeutet. Die Dunkelheit über unseren Köpfen ist kein Mangel an Information – sie ist eine Messung. Ihre Botschaft lautet, dass das Universum nicht seit unbegrenzter Zeit Sternenlicht erzeugt. Sie lesen hier mit bloßem Auge eine Tatsache über den Anfang von allem ab.
Die Rotverschiebung hilft, ist aber nicht die Lösung
Die Expansion ist die Erklärung, zu der die meisten Menschen greifen, und obwohl es sich um einen realen Effekt handelt, ist er dennoch zweitrangig.
Licht von entfernten Quellen trifft gedehnt bei uns ein, was seine Energie verringert: das redshift tool zeigt den Skalenfaktor a = 1/(1+z), sodass Licht, das ausgesandt wurde, als das Universum ein Viertel seiner heutigen Größe hatte, mit einem Viertel der Energie pro Photon und in geringerer Rate ankommt. Das schwächt den fernen Himmel tatsächlich ab.
Doch Wessons Bilanzierung aus dem Jahr 1991 zeigt die Rangfolge deutlich: Das endliche Alter leistet den überwältigenden Hauptbeitrag, während die Rotverschiebung nur den Rest abschwächt. Schaltet man die Expansion in einem 13,8 Milliarden Jahre alten Universum aus, bleibt der Himmel dennoch dunkel. Schaltet man das endliche Alter in einem expandierenden Universum aus, ist er es nicht mehr. Das Paradoxon wird durch die Uhr gelöst, nicht durch die Dehnung.
Es gibt eine elegante Möglichkeit zur Plausibilitätsprüfung. Der Himmel ist nicht vollkommen dunkel – er glimmt schwach im Mikrowellenbereich, in jeder Richtung, bei 2,725 K. Das ist die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung, und genau das war es, wonach Olbers suchte: eine gleichmäßige, den gesamten Himmel füllende Strahlung von einer Fläche auf jeder Sichtlinie. Sie existiert, sie ist gleichmäßig, und sie wurde um etwa den Faktor 1.100 vom sichtbaren Bereich in den Mikrowellenbereich rotverschoben. Der gleißende Himmel ist da. Er ist lediglich aus dem sichtbaren Bereich abgekühlt – was erneut eine Aussage über die Zeit ist.
Aus Sicht des scale tool benötigt die Argumentation kein Teleskop, keine Photometrie und keine Kosmologie. Kepler beschäftigte sich bereits 1610 damit, lange bevor man wusste, was eine Galaxie ist. Die Schlussfolgerung – dass das Universum nicht zugleich unendlich alt und voller Sterne sein kann – stand drei Jahrhunderte vor den bestätigenden Beobachtungen jedem offen, der die Dunkelheit ernst genug nahm, um nach ihrer Ursache zu fragen.