Olbers`Paradoxon oder die Frage: „Wieso ist es nachts dunkel?“

Diese Frage stellte sich Anfang des 19. Jahrhunderts der Bremer Arzt Heinrich Wilhelm Olbers und traf damit ein Kernproblem, der Kosmologie, dass erst in neuerer Zeit zufriedenstellend gelöst werden konnte. Wenn der Kosmos grenzenlos ist und wir uns nicht an einer bestimmten Stelle im Kosmos befinden, warum überlagert sich dann nicht das Licht aller Sterne zu einer Himmelshelligkeit, die der der Sonne gleichkommt? Mit anderen Worten: Unter gegebenen Voraussetzungen müsste nach dementsprechender Zeit das Licht aller Sterne aus jeder Richtung die Erde erreicht haben und der Himmel mindestens so hell wie die Sternenoberfläche erscheinen. Dies ist allerdings nicht das, was wir wahrnehmen, wenn wir nachts den Himmel beobachten. Woran also liegt das? Diese Frage haben sich bereits Kepler, Halley und Cheseaux gestellt.

Graphische Veranschaulichung zum Olbersschen Paradoxon. Bild: wikipedia

Offensichtlich enthält dieses Paradoxon nur dann einen Widerspruch zur Realität, wenn die beiden Prämissen – ein grenzenloses Universum und wir, an keinem bestimmten Punkt davon – als gültig vorausgesetzt werden. Dann müsste in der Tat der gesamte Himmel die Flächenhelligkeit einer durchschnittlichen Sternenatmosphäre besitzen. Auch die Absorption von Strahlung entfernter Quellen brächte keine Auflösung, denn im thermodynamischen Gleichgewicht (zumindest das Universum als Ganzes sollte sich im Gleichgewicht befinden) müsste natürlich die absorbierte Energie auch wieder abgestrahlt werden. Wenigstens eine der oben genannten Prämissen muss also in Frage gestellt werden. Dabei ist die zweite Annahme geradezu ein Eckpfeiler der modernen Kosmologie in Form des so genannten „kosmologischen Prinzips“.

Olbers` erste Prämisse hingegen ist aus heutiger Sicht zu präzisieren: Während das Weltall in räumlicher Richtung mit großer Sicherheit ohne Begrenzung ist, gibt es durch den Urknall jedenfalls eine „zeitliche“ Begrenzung. Bedingt durch die endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts kann die uns erreichende Strahlung nur aus einem endlichen Volumen stammen; es gibt einen durch die Expansion und die Lichtgeschwindigkeit vorgegebenen „Horizont“,. Genauere Rechnungen, die auch die aus dem Urknall selbst stammende und in der kosmischen Hintergrundstrahlung sichtbare Energie mit einbeziehen, zeigen: Damit ist Olbers` Paradoxon aufgelöst. Die für die Aufhellung des Nachthimmels verfügbare Strahlungsenergiedichte ist durch das endliche Alter des Universums ebenfalls endlich und bestens vereinbar mit dem dunklen Nachthimmel, wie wir ihn kennen.

Ein Sternenhimmel, wie wir ihn bei guter Sicht und klaren Verhältnissen, auf der Erde beobachten können. Bild: hochrhoen-astronomie

Also einfach ausgedrückt: Wir entnehmen unserer heutigen Beobachtung, dass das Universum NICHT unendlich ist. Beobachtungsdaten von Sonden wie COBE und WMAP, und vergleichbaren Projekten, zeigen, dass das sichtbare Universum räumlich und zeitlich begrenzt ist. Es gibt zwar weder Beweise dafür, noch dagegen, dass das Universum nicht doch unendliche Ausmaße hat, doch da das Universum ein endliches Alter besitzt und sich Licht bekanntermaßen nur mit endlicher Geschwindigkeit ausbreitet, kann uns seit dem Urknall nur Licht aus einem endlich großen Bereich erreichen, in dem sich zudem nur endlich viele Sterne entwickelt haben. Zudem leben Sterne ja auch nicht ewig, was die Anzahl von Sternen, deren Licht uns erreichen kann, weiter einschränkt. Die Widerlegung dieses Paradoxons resultiert für uns also aus Einsteins „Allgemeiner Relativitätstheorie“ und dem daraus abgeleiteten Lamda-CDM-Modells der Kosmologie.

Ein weiterer Grund für die Dunkelheit des Nachthimmels ist die kosmologische Rotverschiebung. Der sich ausdehnende Raum verringert die Energie des sich durch ihn bewegenden Lichtes, welches dadurch langwelliger und energieärmer wird. Das extrem langwellige Spektrum der „Mikrowellenstrahlung“ ist für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar und somit hellt es auch den Nachthimmel nicht auf.

Somit wissen wir jetzt, dass das Olber`sche Paradoxon gelöst ist und Leute, die sich die Frage, wieso der Himmel nachts dunkel ist, nie stellten, haben nun gleich eine Antwort darauf bekommen.

Grüße, Chris

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