Robert Wilson und der Sturz eines Weltbildes

Nachtrag 24.01.2024: Ich habe diesen Artikel vor fast 10 Jahren geschrieben und veröffentliche ihn jetzt angesichts des Todes seines Kollegen und Ko-Nobelpreisgewinners Arno Penzias noch einmal neu.

Dieser Artikel entstand im Rahmen meiner Arbeit für das Lindau Nobel Laureate Meeting 2015. Ich habe für das Konferenzblog einige Artikel geschrieben die ich nun hier auch in meinem Blog veröffentliche. Dieser Artikel erschien dort am 8. Juli 2015 und der Vortrag auf dem er basiert ist hier online verfügbar.
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Robert Wilson sieht eigentlich ganz normal aus: Ein älterer Herr im Anzug, dessen Erscheinungsbild sich kaum von dem der anderen Laureaten in Lindau unterscheidet.

Picture/Credit: Christian Flemming/Lindau Nobel Laureate Meetings

Auch der Titel seines Vortrags klingt wissenschaftlich nüchtern und auf den ersten Blick nicht weiter aufregend: “Cosmic Microwave Background Radiation and its Role in Cosmology”. Während der halben Stunde, die Wilson auf der Bühne steht erzählt er allerdings nichts anderes als die Geschichte einer Revolution. Einer wissenschaftlichen Revolution, die aber nicht weniger als unser komplettes Bild des Universums verändert hat! Und Wilson ist nicht einfach nur der Erzähler dieser Geschichte, sondern eine ihrer Hauptpersonen. Er und sein Kollege Arno Penzias haben mit ihren Beobachtungen in den 1960er Jahren einen Prozess in Gang gesetzt, der heute immer noch nicht abgeschlossen ist und unser Verständnis über das Universum stetig weiter verändert.

Robert Wilson über die Entwicklung der Kosmologie reden zu hören ist, ist ein wenig so, als würde man Galileo Galilei dabei zuhören, wie er über den Wandel von geozentrischen zum heliozentrischen Weltbild erzählt.

Oder von Isaac Newton die Geschichte der Gravitation erklärt zu bekommen. Es kommt selten vor, dass eine einzelne naturwissenschaftliche Beobachtung die Geschicke einer kompletten wissenschaftlichen Disziplin auf Jahrzehnte hinaus prägt. Aber die Beobachtung von Wilson und Penzias hat genau das getan.

Im 19. Jahrhundert war die Kosmologie mehr oder weniger die Domäne von Theologen und Philosophen. Eine Kosmologie im modernen Sinne konnte es nicht geben, weil weder entsprechende wissenschaftliche Theorien vorstellbar waren, mit denen sich das Universum in seiner Gesamtheit beschreiben lässt, noch entsprechende Beobachtungen, mit denen man solche Theorien überprüfen könnte. Erst Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie im Jahr 1915 und vor allem die Entdeckungen des Astronomen Edwin Hubble und seinen Kollegen in den 1920er Jahren änderten das. Aus den Gleichungen von Einstein folgte, dass sich das Universum ausdehnen muss und die Beobachtung von Hubble schien das zu bestätigen: Ferne Galaxien bewegen sich von uns fort und sie tun das um so schneller, je weiter sie weg sind.

“Big Bang” vs. “Steady State”?

All das deutete auf einen “Urknall” hin, also auf ein Universum, das einen Anfang in der Zeit hat und nicht schon immer existiert. Genau das war allerdings die damals vorherrschende Meinung und viele Wissenschaftler konnten sich mit einem Urknall nicht anfreunden. Zu ihnen gehörte der prominente britische Astronom Fred Hoyle, der sich daher eine Alternative ausdachte: Sein “Steady-State-Universum” war ebenfalls in der Lage, die von Hubble beobachtete Galaxienbewegung zu erklären, brauchte dafür aber keinen “Urknall” (Dieses Wort – “Big Bang” – hatte Hoyle übrigens selbst erfunden um zu zeigen, wie lächerlich er die Hypothese eines Universums fand, das irgendwann in der Vergangenheit entstanden ist). Seine Steady-State-Universum veränderte sich zwar ebenfalls im Laufe der Zeit, hat aber trotzdem immer schon existiert und würde auch in Zukunft immer existieren. Mit diesem Ansatz fand er viele Anhänger – und die Existenz des Urknalls wurde weiterhin angezweifelt (und Wilson lässt es sich nicht nehmen darauf hinzuweisen, dass er während seines Studiums nur eine einzige Vorlesung über Kosmologie gehört hat und zwar bei niemand anderem als Fred Hoyle).

Durchaus zurecht, zumindest aus damaliger Sicht. Denn sowohl der Urknall als auch das Steady-State-Universum beschrieben die vorhandenen Beobachtungsdaten hinreichend gut. Als Robert Wilson und Arno Penzias mit ihrer wissenschaftlichen Karriere begannen, war die Lage vergleichbar mit der des ausgehenden Mittelalters. Auf die kosmologische Frage nach dem wahren Mittelpunkt des Universums gab es damals keine Antwort. Sowohl das heliozentrische als auch das geozentrische Weltbild waren in der Lage, die Beobachtungen zu erklären und unterschieden sich im Rahmen der damaligen technischen Möglichkeiten nicht, was die Genauigkeit ihrer Vorhersagen anging. Erst die Beobachtungen von Galileo Galilei und die verbesserte Theorie der Planetenbewegen von Johannes Kepler brachten das geozentrische Weltbild zum Wanken und verhalfen dem Heliozentrismus zum Durchbruch.

Robert Wilson war im Jahr 1964 allerdings nicht darauf aus, eine neue Kosmologie zu begründen oder in den Streit zwischen Urknall-Theorie oder Steady-State-Universum einzugreifen. Gemeinsam mit Arno Penzias arbeitete er bei den Bell Laboratories und beobachtete mit einer großen Radioantenne den Himmel. Ihre Vermessung der Milchstraße im Radiolicht sollte Technikern dabei helfen, die damals noch neue Satellitentechnik besser in den Griff zu bekommen und auch den Astronomen bei ihrer Arbeit nutzen. Und die gesammelten astronomischen Daten wollten Penzias und Wilson für ihre jeweiligen Doktorarbeiten verwenden.

Die Holmdel-Antenne mit der Wilson und Penzias ihre Entdeckung gemacht haben (Bild: NASA, public domain)

Was dann aber folgte, war eine der berühmtesten Zufallsentdeckungen der Wissenschaftsgeschichte. Um möglichst genaue Daten zu bekommen, mussten die beiden Physiker alle störenden Einflüsse so weit wie möglich reduzieren. Ein ganz spezielles Rauschen das von der Antenne registriert wurde, konnte aber trotz aller Anstrengungen nicht zum Verschwinden gebracht werden. Erst über Umwege erfuhren sie von der Arbeit des theoretischen Physikers Robert Dicke, der schon Jahre zuvor vorhergesagt hatte, das beim Urknall auch eine Strahlung entstanden sein muss, die heute noch mit Radioteleskopen nachweisbar sein sollte.

Es schien genau die Art von Strahlung zu sein, die die Beobachtungen von Penzias und Wilson störte. Aber die beiden blieben skeptisch. “Wir glaubten an die Physik!”, sagt Wilson als er diesen Teil der Geschichte in Lindau erzählt und meint damit, dass auch damals noch die Kosmologie von den meisten Physikern nicht als ernsthafte Wissenschaft angesehen wurde, die in der Lage ist, konkrete Vorhersagen zu machen. Deswegen hielten sie sich auch bei der Publikation der Ergebnisse zurück und veröffentlichten nur einen kurzen Artikel, der nüchtern die reinen Beobachtungen darlegte und auf jede Interpretation der Daten verzichtete. Die überließen sie Dicke und seinem Team, die in einem eigenen Artikel erklärten, dass die “Hintergrundstrahlung” von Wilson und Penzias eine Bestätigung der Urknall-Hypothese darstellen muss.

Der “Big Bang” gewinnt

Die Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung war das Argument, das die Wissenschaftler in Scharen in das Lager der Urknalltheoretiker überlaufen ließ. Das Steady-State-Universum verlor schlagartig an Glaubwürdigkeit und verschwand in der Versenkung. Das alte Weltbild des statischen Universum wankte schon länger und Wilson und Penzias haben ihm mit ihrer Entdeckung den letzten Stoß versetzt, der es schließlich fallen ließ.

So zumindest sehen wir die Geschichte, wenn wir heute aus der Gegenwart auf die Vergangenheit blicken. Für Wilson war die Arbeit des Jahres 1964 kein spektakuläres und singuläres Ereignis:

Es gab damals keinen echten “Aha”-Moment bei der Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung. Es war ein kontinuierlicher Verständnisprozess.

sagt er und gibt ohne Hemmungen zu, dass er damals absolut nicht wusste, wie wichtig die kosmische Hintergrundstrahlung für die weitere Entwicklung der Kosmologie werden würde. Aber Wilson erzählt dem Publikum auch, wie glücklich er heute ist, damals bei den Bell Laboratories genau zur richtigen Zeit am richtigen Ort gewesen zu sein um an diesem großartigen Prozess teilhaben zu können.

Die Geschichte die Wilson erzählt hat, ist nicht neu. Es ist nicht nur eine Geschichte, es ist Geschichte. Geschichte, die man mittlerweile auch schon in den Büchern der Historiker nachlesen kann. Aber es ist trotzdem ein besonderer Moment, diese Geschichte nicht einfach nur irgendwo zu lesen, sondern von demjenigen erzählt zu bekommen, der sie (mit) gemacht hat. Das sind die Ereignisse, die die Lindauer Nobelpreisträgertagungen so außergewöhnlich machen.