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Astronomie|Physik • bdw+

Wie ein neues Weltbild entstand

20. September 2022

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Ausdehnung des Alls: Einst war der heute beobachtbare Weltraum winzig klein, heiß und dicht. Nach dieser Phase des Urknalls hat er sich enorm vergrößert, wobei er abkühlte und die Schwerkraft Galaxien, Sterne und Planeten formte. Diese kosmische Evolution ist hier in einem Raumzeit-Diagramm veranschaulicht, das die zeitliche Entwicklung von unten nach oben zeigt.
©Illustration: Science Photo Library/Detlev Van RavenswaayGiganten der Physik: Neben Albert Einstein (1879 bis 1955) stehen Paul Ehrenfest (1880 bis 1933) und Willem de Sitter (1872 bis 1934), unten sitzen Arthur Stanley Eddington (1882 bis 1944) und Hendrik Antoon Lorentz (1853 bis 1928). Das Foto entstand im September 1923 an der niederländischen Universität Leiden.
©Wikimedia Commons/Sterrewacht LeidenLangjährige Freunde: Albert Einstein (rechts) und Paul Ehrenfest (mit seinem Sohn Paul) in dessen Haus in Leiden, aufgenommen um 1920. Ehrenfest hatte in seiner Geburtsstadt Wien und in Göttingen Physik studiert, dort geforscht und in Göttingen auch seine spätere Frau kennengelernt, die russische Mathematikerin Tatiana Alekseevna Afanasieva. Mit ihr lebte er ab 1907 in Sankt Petersburg, wo er Lehraufträge bekam und in seiner Wohnung physikalische Seminare veranstaltete, an denen auch Alexander Friedmann teilnahm. 1912 zog die Familie nach Leiden, weil Ehrenfest eine Professur am Institut für Theoretische Physik erhalten hatte. Von ihm stammen wichtige Beiträge zur Statistischen Mechanik und Quantenphysik. Auch gab er Einstein – den er 1911 in Prag kennenlernte – einen entscheidenden Anstoß für die Entwicklung der Allgemeinen Relativitätstheorie.
©Instituut-Lorentz, Universiteit LeidenGenie des Universums: Alexander Friedmann, fotografiert im Juni 1922. Damals hatte er gerade die Kosmologie revolutioniert – aber die Welt wusste noch nichts davon und glaubte ihm später jahrelang nicht.
©Wikimedia Commons/AIPBahnbrechende Papiere: 1922 schickte Alexander Friedmann an den befreundeten Physik-Professor Paul Ehrenfest von der niederländischen Universität Leiden einen Artikel, der nichts weniger als ein neues Verständnis des Universums eröffnete. Er behandelte „die Frage nach der möglichen Form des Universums allgemeiner als die Zylinderwelt von Einstein und die sphärische Welt von de Sitter; abgesehen von diesen beiden Fällen ergeben sich Welten, die einen zeitlich veränderlichen Krümmungsradius besitzen“, wie Friedmann es in seinem auf Russisch mit der Hand geschriebenen Begleitbrief vom 3. Juni formulierte (ganz rechts). Die Korrespondenz ist im Museum Boerhaave in Leiden archiviert und wurde von Carlo Beenaker veröffentlicht, der am 1921 eröffneten Institut für Theoretische Physik über Quantenphänomene forschte wie schon Ehrenfest. Friedmanns Schlusspassage verdeutlicht, wie prekär die wissenschaftlichen Umstände in Sowjetrussland waren: Er bat Ehrenfest um einen Sonderdruck von Willem de Sitters Aufsatz in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society von 1917, in dem der Direktor der Sternwarte Leiden sein Weltmodell vorgestellt hatte. „Obwohl die Zeitschrift [am Observatorium] in Pulkowo zu finden sein könnte, einem Vorort von Petrograd, gibt es keine Möglichkeit, sie von dort zu bekommen, und zu Fuß hinzugehen, wäre äußerst schwierig.“ Das untere Foto zeigt die erste Seite von Friedmanns Manuskript, das obere eine mathematische Abbildung dazu. In dieser veranschaulichte Friedmann Werte eines A genannten Parameters, der mit der Materiedichte, der Kosmologischen Konstante, dem Krümmungsradius und dem Alter des Universums zusammenhängt. Ehrenfest veranlasste die Veröffentlichung einer deutschen Übersetzung in der renommierten Zeitschrift für Physik, die auch eine nachgezeichnete Version der Abbildung druckte.
©Instituut-Lorentz, Universiteit LeidenOszillierendes Universum: Die uralte Vorstellung von einer „Ewigen Wiederkunft des Gleichen“, wie es der Philosoph Friedrich Nietzsche formulierte, kehrte in einem kosmologischen Modell von Alexander Friedmann 1922 wieder. Demnach stürzt das Weltall zu einem Endknall zusammen, der zu einem neuen Urknall wird, sodass es sich wieder ausdehnt, abermals kollabiert, erneut expandiert und immer so fort.
©Illustration: Science Photo Library/Claus Lunau

Einstein hielt de Sitters Modell für völlig unrealistisch, zunächst sogar für inkonsistent. Es folgte eine lange Kontroverse, die mittels Postkarten und Briefen geführt wurde und in die sich bald auch andere Physiker und Mathematiker wie Hermann Weyl und Felix Klein einmischten (bdw 4/2017, „100 Jahre dynamisches Universum“).

Einstein

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