Wer den Urknall wirklich entdeckte

Vor 92 Jahren beschrieb der belgische Physiker Georges Lemaître das Modell des expandierenden Universums – dann geriet er in Vergessenheit.

Georges Lemaître (r.) widerlegte das statische Weltbild Einsteins. Foto: Keystone

Georges Lemaître (r.) widerlegte das statische Weltbild Einsteins. Foto: Keystone

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Wenn man in den Sternenhimmel blickt, dann deutet wenig auf eine grössere Dynamik hin. Zwar ziehen die Planeten vorüber. Aber die Fixsterne sind, wie der Name schon sagt, mehr oder weniger an der gleichen Position, an der sie auch schon die alten Griechen beobachtet hatten. Das Universum scheint ein statisches Gebilde zu sein.

Und daher suchte auch Albert Einstein, nachdem er vor gut 100 Jahren die Allgemeine Relativitätstheorie formuliert hatte (lesen Sie hier, wie es dazu kam), auf Basis seiner Formeln nach einem statischen Modell des Kosmos. Die Lösung präsentierte er 1917: ein unveränderliches, endliches Gebilde, das ähnlich einer Kugeloberfläche keine Grenzen besitzt. Aus religiöser Perspektive, die für Einstein zwar keine Rolle spielte, wohl aber für viele seiner Zeitgenossen, könnte man sagen: Das Universum war einfach so, wie Gott es geschaffen hatte.

Vom Uratom zum Urknall

Es war ausgerechnet ein ­Kleriker, der dieses statische Weltbild zum Einsturz brachte. Im Juni 1927 zeigte der junge römisch-katholische ­Priester und Physiker Georges Lemaître ebenfalls auf Basis von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie und gestützt auf Beobachtungen, dass unser Universum expandiert.

Wenige Jahre nach seiner Entdeckung sprach Lemaître von einem Uratom, das auseinanderbrach und das expandierende Universum hervorbrachte. Den heute üblichen Begriff des Urknalls prägte der britische Astronom Fred Hoyle erst 1948. Wenn also einem Physiker der Titel «Schöpfer des Urknall-Modells» gebührt, dann dem vor 125 Jahren im belgischen Charleroi geborenen Lemaître. «Ohne ­Zweifel ist Lemaître einer der ganz grossen Astrophysiker», sagt Norbert Straumann, emeritierter Professor für theoretische Astrophysik an der Universität Zürich.

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Nur geriet seine bahnbrechen­de Arbeit von 1927 beinahe in Vergessenheit. Nicht Lemaître, sondern dem ­US-amerikanischen Astronomen Edwin Hubble wurde die Ehre zuteil, die Expansion des Universums entdeckt zu haben. Hubble wurde weltberühmt. Das Hubble-Weltraumteleskop wurde später nach ihm benannt. Es gibt einen nach dem Amerikaner benannten Mondkrater, einen Asteroiden und einen Berg in der Antarktis. «Hubble strebte gar den Nobelpreis an», sagt Harry Nussbaumer, emeritierter Professor für Astrophysik an der ETH Zürich. Lemaître indes ging weitestgehend leer aus. «Es ist einfach unglaublich, wie Lemaître ignoriert wurde, und zwar nicht nur bezüglich dieser Arbeit von 1927», sagt Straumann.

Wie konnte das geschehen? Lemaître hatte seine Entdeckung 1927 auf Französisch in den «Annalen der wissenschaftlichen Gesellschaft von Brüssel» ­publiziert, einem durchaus renommierten und auch recht weit verbreiteten Journal. Zumindest in Europa dürften einige Fachleute des Französischen mächtig gewesen sein und den Artikel gelesen haben. Der Brite Sir Arthur Eddington, führender Astrophysiker seiner Generation, bekam die Publikation von Lemaître zwar in die Hand, vergass sie aber wieder.

«Physikalisch abscheulich»

Bei Einstein biss Lemaître auf Granit. Als dieser im Oktober 1927 von Lemaîtres Modell erfuhr, kommentierte er: formell korrekt, aber physikalisch abscheulich. Für Einstein war die Vorstellung eines expandierenden Universums offenbar inakzeptabel. Und Lemaître, bescheiden wie er war, weibelte nicht für sein dynamisches Modell, zumal ihn Einstein auf eine Arbeit des russischen theoretischen Physikers Alexander Friedman aufmerksam machte. Dieser hatte schon 1922 aus Einsteins Gleichungen dynamische Lösungen abgeleitet, von denen eine jener von Lemaître glich.

Doch Friedman schlug keine Brücke von den Modellen zur Beobachtung, er zeigte im Grunde nur, welche mathematischen Lösungen Einsteins Gleichungen grundsätzlich erlauben. Nie sprach er von einem expandierenden Universum. «Doch von dem Moment an hat Lemaître in diesem Zusammenhang immer Friedman zitiert», sagt Nussbaumer. «Lemaître war zwar Priester, aber kein Missionar für seine eigene Berühmtheit.»

«Lemaître war zwar Priester, aber kein Missionar für seine eigene Berühmtheit.»Harry Nussbaumer, Professor emeritus Astrophysik, ETH Zürich

Ohne von Georges Lemaîtres bedeutender Arbeit zu wissen, publizierte Hubble zwei Jahre später, am 15. März 1929, im Fachmagazin der US-Akademie der Wissen­schaften das nach ihm benannte Gesetz: Galaxien entfernen sich umso schneller von uns, je weiter entfernt sie sind. Wie schon Lemaître nutzte er die Daten, die der US-Astronom ­Vesto Slipher am Lowell-Observatorium in Arizona gesammelt hatte. Slipher vermass die Geschwindigkeit, mit welcher sich Spiralgalaxien von uns entfernen oder sich auf uns zubewegen.

Hubble interpretierte seine Messdaten nicht wie Lemaître im Rahmen der Allgemeinen Relati­vitätstheorie als expandierendes Universum. Er kümmerte sich nur um die Beobachtung. Deren Erklärung überliess er den Theoretikern, insbesondere Eddington und dem niederländischen Astrophysiker Willem de Sitter. Doch die beiden Theoretiker fanden einfach keine Erklärung für Hubbles Daten – auch sie dachten nicht an ein dynamisches Universum.

Als Lemaître 1930 vom Rätselraten Eddingtons und De Sitters las, schickte er Eddington erneut eine Kopie seiner Arbeit von 1927. «Da fiel es Eddington und De Sitter wie Schuppen von den Augen», sagt Nussbaumer. «Die beiden erkannten sofort, dass Lemaître ihr Problem gelöst hatte.» Eddington arrangierte, dass eine vom Französischen ins Englische übersetzte Version von Lemaîtres Arbeit in den «Monthly Notices of the Royal Academy of Sciences» abgedruckt wurde.

Wichtigster Abschnitt fehlte

Nur fehlte in der Übersetzung ausgerechnet jener Abschnitt, in dem Lemaître als Erster das Hubble-Gesetz präsentiert. Es wurde spekuliert, Hubble habe seinen Einfluss geltend gemacht und die Übersetzung dieses Abschnitts verhindert. Doch wie der israelische Astrophysiker Mario Livio 2011 aufdeckte, war es Lemaître selbst, der diesen Aspekt aus der Übersetzung strich. Er sah keinen Grund, seine vier Jahre alten Erkenntnisse zusammen mit den nach wie vor revolutionären, aber mittlerweile etwas veralteten Beobachtungsdaten zu publizieren. «Das war einer der Gründe, weshalb Hubble zum Entdecker des expandierenden Universums erkoren wurde», sagt Straumann. Das Hubble-Gesetz ging in die Annalen ein.

Einstein liess sich nur zögerlich von Lemaîtres Urknall­modell überzeugen – und das, obwohl erst Lemaître und wenig später Eddington erneut bewiesen, dass Einsteins statisches Universum instabil ist, also physikalisch keinen Sinn ergibt. Erst nach Gesprächen mit Eddington 1930 und einem Besuch in den USA 1931 wurde Einstein bekehrt und anerkannte Lemaîtres Modell des dynamischen Universums.

Im Oktober 2018 hatte die Internationale Astronomische Union (IAU) ein Einsehen. Die Entdeckung der sich von uns entfernenden Galaxien sei ein Pfeiler der modernen Kosmologie, heisst es in einer Erklärung. Um die Beiträge des belgischen Astronomen zur Theorie des expan­dierenden Universums zu würdigen, empfehle die IAU, «das Hubble-Gesetz in Hubble-Lemaître-Gesetz umzubenennen.» Das war 91 Jahre nach Lemaîtres Entdeckung.

Laut Nussbaumer hat Lemaître, obwohl er Priester war, religiöse Überlegungen strikt von seiner Wissenschaft getrennt. Er wehrte sich auch dagegen, den von ihm entdeckten Urknall dem biblischen Schöpfungsakt gleichzusetzen.

Am 21. November veranstaltet die Uni Bern ein Symposium zu Ehren des vor 125 Jahren geborenen Georges Lemaître: www.sps.ch

Erstellt: 17.11.2019, 18:39 Uhr

Kleriker und Professor für Physik

Abbé Georges Lemaître war ein belgischer Kleriker und Professor für Physik. Er wurde 1894 in Charleroi geboren, einer Stadt in Belgiens Kohlerevier «Pays Noir». Seine Hochschullaufbahn begann er 1911 an der Katholischen ­Universität Löwen. Nachdem die deutsche Armee im August 1914 in Belgien einmarschiert war, trat Lemaître der belgischen Armee bei. Nach dem Ersten Weltkrieg setzte er seine Studien in Mathematik und Physik fort, schrieb sich aber zusätzlich im Priesterseminar der Erzdiözese Mechelen in Antwerpen ein. 1923 wurde er zum Priester geweiht. Nach Aufenthalt in den USA erhielt Lemaître 1925 eine Teilzeitprofessur an der Universität Löwen, wo er an den Modellen der Kosmologie forschte und 1927 die Vorstellung des expandierenden Universums begründete. 1965 haben die beiden US-amerikanischen Physiker Arno Penzias und Robert Wilson das Nachglühen des Urknalls entdeckt, den sogenannten kosmischen Mikrowellenhintergrund. Dieser gilt als Beleg für die Urknall-Theorie. Lemaître, schwer an Leukämie erkrankt, starb im Juni 1966, wenige Tage nachdem er von der Entdeckung des Mikrowellen­hintergrunds erfahren hatte. (jol)

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