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EINSTEIN-TRILÜGIE – BEWEGEN SICH GALAXIEN MIT ÜBERLICHT– GESCHWINDIGKEIT?

Es heißt, entfernte Galaxien bewegen sich mit

Überlichtgeschwindigkeit von uns weg. Widerspricht das nicht der Theorie Einsteins? Nein! Jetzt erfahren Sie warum.

Vor einiger Zeit erhielt ich einmal wieder eine interessante E-Mail (sic):

Sehr geehrter Herr Prof. Walter,

in der Sendung von Frank Elstners Menschen der Woche sind Sie auf die neue Entdeckung eines Wissenschaftlers eingegangen, der kürzlich geehrt wurde, da er nachgewiesen hat, dass sich der Raum immer schneller ausdehnt wie in einem Vakuumsoog und damit schneller wie das Licht sich ausdehnt, sich dies jedoch nicht der These Einsteins widerspricht, dass nichts schneller wie das Licht ist. Diese These Einsteins gilt nur im Raum selbst, wie Sie es sagten.

Wenn sich jedoch der Raum, den Sie mit dem Auf blasen des Luftballons verglichen haben, schneller ausdehnt wie das Licht. dann müssten doch auch der Inhalt, also die Galaxien, die Sie mit Punkten auf dem Ballon darstellen, auch schneller ausdehnen wie das Licht. Aber diese Galaxien sind doch wiederum im Raum, in dem Einsteins These wieder greift, nichts ist schneller wie das Licht. Widerspricht sich dies nicht?

Mit freundlichen Grüßen

Karl H.

Ich gebe Herrn H. recht. Auf den ersten Blick scheint das beobachtete Verhalten der Galaxien Einsteins Relativitätstheorie zu widersprechen. Um zu verstehen, warum dennoch kein Widerspruch vorliegt, müssen wir zunächst verstehen, was da weit draußen tatsächlich passiert.

DAS HUBBLE-GESETZ

Wissenschaftler haben in den vergangenen Jahren herausgefunden, dass sich entfernte Galaxien von uns weg bewegen und zwar umso schneller, je weiter sie von uns entfernt sind. Die Geschwindigkeiten nehmen mit der Entfernung linear zu. Dieses Verhalten nennt man nach seinem Entdecker Hubble-Gesetz. Damit ist sofort klar, wenn dieses Gesetz unbegrenzt gilt, dann muss es eine Entfernung geben jenseits derer die Galaxien Überlichtgeschwindigkeit erreichen. Das scheint in der Tat auf den ersten Blick Einstein zu widersprechen, der behauptet: Nichts fliegt schneller als Lichtgeschwindigkeit.

RAUM IST WIE EIN LUFTBALLON

Es war Einstein selbst, der erkannte, dass so eine Art Überlichtgeschwindigkeit dennoch möglich sein kann. Dazu müssen wir uns die Aussage der Speziellen Relativitätstheorie nochmals genau anschauen. Sie besagt: Nichts bewegt sich im Vakuum schneller als das Licht. Der entscheidende Punkt hier ist »im« Vakuum, also »im« leeren Raum. In seiner Allgemeinen Relativitätstheorie, 15 Jahre später, in der es um die gegenseitige Beeinflussung von Massen einerseits und Raum und Zeit andererseits geht, hat Einstein gezeigt, dass Raum kein steifes Gebilde ist, sondern sich ausdehnen kann.

Das können wir uns in unserem 3-D-Raum nicht vorstellen, weil wir Teil dessen sind. Daher stellen Sie sich unseren dreidimensionalen Raum als die zweidimensionale Gummifläche eines Luftballons vor. Die ist krumm und kann sich dehnen, und wir können es als außenstehendes Wesen verstehen. Ein Flächenwesen auf der Ballonoberfläche würde es nicht verstehen können, weil es mit gekrümmt und gedehnt ist. Daher können wir als Wesen im dreidimensionalen Raum keine Krümmung oder Dehnung unseres Raumes verspüren.

Wenn Sie nun den Luftballon auf blasen, dehnt sich das Gummi und damit der Raum aus. Jetzt malen Sie in Gedanken Punkte auf diese Gummifläche, die die Galaxien darstellen sollen. Eine davon ist unsere Milchstraße. Obwohl die Punkte mit dem Gummi fest verbunden sind – Galaxien ruhen »im« Raum –, bewegen sie sich beim Aufblasen voneinander weg. Dieses Auseinanderdriften entspricht einer Relativgeschwindigkeit, obwohl die Galaxien im Raum, wie gesagt, ruhen.

ÜBERLICHTGESCHWINDIGKEIT DURCH RAUMAUSDEHNUNG

Da sich der Raum, in diesem Fall das Gummi, überall gleich schnell ausdehnt, und wenn man annimmt, alle Galaxien, also die von Ihnen gemalten Punkte, hätten dieselben Abstände voneinander, dann bewegt sich die von uns gesehen übernächste Galaxie scheinbar doppelt so schnell von uns weg, wie die uns am nächsten liegende Galaxie. Das Hubble-Gesetz beruht also auf der Tatsache, dass sich der Raum überall gleichmäßig ausdehnt, obwohl sich alle Galaxien im Raum mehr oder weniger gar nicht bewegen! Weil aber die Spezielle Relativitätstheorie keine Aussage darüber macht, wie sich Raum ausdehnen kann, sondern nur wie sich Dinge im Raum bewegen können, steht eine überlichtschnelle Relativgeschwindigkeit hervorgerufen durch Raumausdehnung nicht im Widerspruch zur Aussage »Nichts fliegt im Raum schneller als das Licht!«.

WAS WIR SEHEN KÖNNEN UND WAS NICHT

Es muss also tatsächlich weit entfernte Galaxien geben, die sich mit Überlichtgeschwindigkeit von uns weg bewegen. Aber eines ist klar, das Licht, das solche Galaxien in unsere Richtung aussenden, kommt nie bei uns an. Denn das Licht muss, salopp gesprochen, gegen eine größere Geschwindigkeit anfliegen, als es selbst fliegt. Das ist wie ein Schwimmer in einem Fluss, der schneller fließt, als der Schwimmer gegen den Strom anschwimmt. Das wiederum ist der Grund dafür, warum wir solche Galaxien nicht beobachten können, sondern nur theoretisch von ihnen wissen, und warum wir nur die naheliegenden Galaxien sehen können, die sich nur mit Unter-Lichtgeschwindigkeit von uns entfernen.

Und noch etwas: Das Licht einer Galaxie, das gegen den Strom der Ausdehnung »anschwimmt«, verliert dabei Energie, und es kommt zur sogenannten Rotverschiebung. Bläuliches Licht wird rötlicher. Die Stärke der Verschiebung hängt von der Relativgeschwindigkeit ab. Licht, das von einer Galaxie kommt, die fast Lichtgeschwindigkeit fliegt, ist so weit rotverschoben, dass wir es als Mikrowellenstrahlung sehen. Das Licht einer Galaxie mit exakt Lichtgeschwindigkeit hätte eine unendlich große Wellenlänge, hätte also null Energie und wäre allein deswegen im Prinzip gar nicht mehr existent.

RAFFINIERT IST DER HERRGOTT

Wie man sieht, ist die Natur ziemlich trickreich. Aber alles passt dann doch sinnvoll zusammen, wenn man es genauer analysiert. Oder, wie Einstein es einmal selbst ausdrückte: »Raffiniert ist der Herrgott, aber boshaft ist er nicht!«