Nearly forgotten results in development of physical cosmology

Um die Geschichte unseres Universums zu verstehen, müssen wir zuerst eine einfache, verblüffende Idee akzeptieren: Der Kosmos ist keine statische, unveränderliche Bühne, sondern ein dynamisches Gebilde, das in jedem Moment größer wird. Jahrhundertelang nahmen die Menschen an, das Universum sei ewig und regungslos, eine feste Kulisse für das Drama von Sternen und Planeten. Diese Sichtweise änderte sich im frühen 20. Jahrhundert, als eine neue Gravitationstheorie, bekannt als die allgemeine Relativitätstheorie, nahelegte, dass der Raum selbst gedehnt und gestaucht werden kann. Zuerst versuchte selbst der Schöpfer dieser Theorie, Albert Einstein, die Gleichungen so zu beeinflussen, dass sie ein Universum beschreiben, das stillsteht, indem er einen speziellen Term hinzufügte, um den Zug der Gravitation auszugleichen. Dieses statische Bild war jedoch instabil, wie ein Bleistift, der auf seiner Spitze balanciert; die kleinste Erschütterung würde ihn zum Fallen bringen. Die wahre Natur des Kosmos erwies sich als weitaus dramatischer: Er dehnt sich aus – ein Konzept, das unser Verständnis von Zeit, Raum und dem eigentlichen Beginn von allem neu gestaltete.

Ein kürzlich erschienener Artikel des Physikers A. F. Sacharow bringt mehrere vergessene Kapitel dieser großen Geschichte ans Licht und konzentriert sich dabei auf jene Wissenschaftler, die ihrer Zeit voraus waren, aber aufgrund von Politik, schlechtem Timing oder den Launen der Geschichte übersehen wurden. Die Erzählung beginnt mit Alexander Friedmann, einem russischen Mathematiker, der Anfang der 1920er Jahre der Erste war, der zeigte, dass Einsteins Gleichungen tatsächlich ein expandierendes Universum zuließen. Friedmann betrieb nicht nur Mathematik; er zwang das Universum zur Bewegung, ganz ähnlich wie Kopernikus die Erde dazu zwang, die Sonne zu umkreisen. Trotz seiner Brillanz starb Friedmann jung im Jahr 1925, und Jahrzehnte lang wurde seine Arbeit in seinem eigenen Land weitgehend ignoriert. In der Sowjetunion wurde die Vorstellung eines Universums mit einem Anfang mit Argwohn betrachtet, da sie religiösen Schöpfungsgeschichten zu ähnlich schien. Infolgedessen wurden sowjetische Wissenschaftler davon abgeschreckt, Modelle eines expandierenden Universums zu untersuchen, und Friedmanns Beiträge wurden lediglich als mathematische Übungen und nicht als Beschreibungen der Realität behandelt.

Während Friedmann in Russland arbeitete, kam in Europa ein belgischer Priester und Physiker namens Georges Lemaître zu ähnlichen Schlussfolgerungen. Im Jahr 1927 veröffentlichte Lemaître eine Arbeit, in der er ein expandierendes Universum beschrieb und eine Beziehung zwischen der Entfernung von Galaxien und der Geschwindigkeit, mit der sie sich von uns entfernen, herleitete. Diese Beziehung ist heute als Hubble-Gesetz bekannt, benannt nach dem amerikanischen Astronomen Edwin Hubble, der die Beobachtung einige Jahre später bestätigte. Lemaite's Arbeit erschien jedoch in einer wenig bekannten belgischen Fachzeitschrift und wurde von der breiteren wissenschaftlichen Gemeinschaft weitgehend übersehen. Als Lemaître Einstein traf, wies dieser die Idee eines expandierenden Universums zurück und sagte, seine Berechnungen seien zwar korrekt, sein physikalisches Verständnis jedoch mangelhaft. Es bedurfte des Einflusses anderer Wissenschaftler, wie des britischen Astronomen Arthur Eddington, um die Welt schließlich davon zu überzeugen, dass Lemaître das Rätsel um das Verhalten des Universums gelöst hatte. Lemaître ging noch weiter und schlug vor, dass das Universum als ein einziger, unglaublich dichter Punkt begann, den er das „primordiale Atom“ nannte, und er sagte sogar voraus, dass ein schwaches Glühen der Restwärme aus diesem Beginn heute noch nachweisbar sein sollte.

Die Entdeckungsgeschichte setzte sich mit der Suche nach dieser Restwärme fort, die als kosmische Mikrowellenhintergrund bekannt ist. In den späten 1940er Jahren berechneten der Physiker George Gamow und seine Studenten, dass das Universum, wenn es in einem heißen, dichten Zustand begonnen hätte, mit einer schwachen Strahlung bei einer Temperatur von nur wenigen Grad über dem absoluten Nullpunkt erfüllt sein müsste. Während Gamow in den Vereinigten Staaten arbeitete, machte ein sowjetischer Physiker namens Tigran Schmaonow in Russland eine bemerkenswerte Entdeckung. Im Jahr 1956 detektierte Schmaonow unter Verwendung von Ausrüstung am Pulkovo-Observatorium diese Hintergrundstrahlung Jahre vor der berühmten amerikanischen Entdeckung durch Arno Penzias und Robert Wilson, die später dafür den Nobelpreis erhielten. In der Sowjetunion war die Idee eines heißen Universums jedoch politisch sensibel. Schmaonows Vorgesetzter, ein brillanter Physiker namens Semjon Khaikin, wusste, dass die Ergebnisse mit Gamows Vorhersagen übereinstimmten, fürchtete aber den politischen Gegenwind, da die Theorie als „bürgerlich“ und religiös galt. Infolgedessen wurde Schmaonows Arbeit zu jener Zeit nicht weit veröffentlicht oder mit der kosmologischen Theorie verknüpft, und die sowjetische wissenschaftliche Gemeinschaft schwieg jahrzehntelang zu diesem Thema.

Der Artikel beleuchtet auch ein jüngeres Kapitel betreffend die sowjetische Weltraummission Relikt-1, die 1983 gestartet wurde. Dieses Raumfahrzeug war darauf ausgelegt, die winzigen Temperaturschwankungen in der kosmischen Hintergrundstrahlung zu kartieren, die entscheidend für das Verständnis der Galaxienbildung sind. Das Team unter der Leitung von Igor Strukow maß diese Variationen erfolgreich und fand Beweise für ein spezifisches Muster, das Quadrupol-Anisotropie genannt wird. Sie reichten ihre Ergebnisse Anfang 1992 ein. Nur wenige Monate später verkündete das amerikanische COBE-Satellitenteam unter der Leitung von George Smoot eine ähnliche Entdeckung und erhielt enorme mediale Aufmerksamkeit sowie schließlich den Nobelpreis. Der Artikel argumentiert, dass das sowjetische Team das gleiche Phänomen tatsächlich zuerst gefunden hatte, ihre Ergebnisse jedoch in weniger sichtbaren Zeitschriften veröffentlicht wurden und von der amerikanischen Ankündigung überschattet wurden. Der Autor legt nahe, dass die sowjetischen Wissenschaftler nicht unwissend über die Theorie waren, sondern durch ein politisches Klima behindert wurden, das eine offene Diskussion über expandierende Universumsmodelle erschwerte, sowie durch einen Mangel an Ressourcen, um ihre Arbeit weltweit zu fördern.

Schließlich berührt das Papier die Arbeit von Erast Gliner, der in den 1960er Jahren vorschlug, dass das Universum eine Phase extrem schneller, exponentieller Expansion durchlaufen könnte – ein Konzept, das heute als Inflation bekannt ist. Diese Idee, die erklärt, warum das Universum in alle Richtungen so gleichförmig aussieht, wurde jahrzehntelang weitgehend ignoriert, bis die Astronomen Ende der 19 90er Jahre entdeckten, dass sich die Expansion des Universums tatsächlich beschleunigt. Gliners frühe Erkenntnisse über dieses Verhalten waren fast vergessen worden, nur um als essenziell für die moderne Kosmologie wiederentdeckt zu werden. Der Autor des Artikels kommt zu dem Schluss, dass die Geschichte diesen Wissenschaftlern oft ungerecht war. Ob es nun Friedmanns vorzeitiger Tod, Lemaîtres obskure Publikation, Schmaonows politische Einschränkungen oder Gliners übersehene Theorien waren – der Fortschritt der Wissenschaft wurde durch menschliche Faktoren verlangsamt und nicht durch einen Mangel an Genialität. Das Papier dient als Erinnerung daran, dass die Geschichte des Universums nicht nur aus Gleichungen und Daten besteht, sondern auch aus den Menschen, die darum kämpften, ihre Entdeckungen mit einer Welt zu teilen, die manchmal bereit war zuzuhören, und manchmal, tragischerweise, nicht.