Das kosmologische Prinzip und die Mittelmäßigkeit der Erde

Abb. 1: Ein Selfie des Universums. Aufnahme vom "deep-field survey" des Weltraumteleskops Hubble. Bild: Nasa

Jahrhunderte dauerte es, bis die Menschheit sich mit dem Gedanken anfreunden konnte, nichts wirklich Spezielles im Universum zu sein

Heute akzeptieren wir, ohne mit der Wimper zu zucken, dass die Erde irgendwo im Universum schwebt, jedoch nicht in dessen Zentrum. Die kopernikanische Wende hat bereits im 16. Jahrhundert den Weg geebnet: Die Sonne ist statt der Erde in die Mitte des Sonnensystems gerückt worden. Seitdem wurde unsere "privilegierte" Stellung im Universum immer weiter entwertet.

Die erste Kosmologie, die viele von uns gelernt haben, stammt aus der judeo-christlichen Tradition. In Genesis steht, gleich nachdem Gott Himmel und Erde schuf:

1,6 Und Gott sprach: Es werde eine Wölbung mitten in den Wassern, und es sei eine Scheidung zwischen den Wassern und den Wassern!
1,7 Und Gott machte die Wölbung und schied die Wasser, die unterhalb der Wölbung von den Wassern, die oberhalb der Wölbung waren. Und es geschah so.
1,8 Und Gott nannte die Wölbung Himmel.

Genesis

Das Fragment entspricht der alten jüdischen Vorstellung von einer flachen Erde, die im Wasser schwimmt. Über der Erde liegt eine Wölbung, die das Wasser oben vom Wasser unten (ein Sinnbild für umgebendes Chaos) trennt. Die uns zugewandte Seite der Wölbung ist der Himmel. In Genesis geschieht das alles durch das Wort Gottes, da etwas auszusprechen, seine Schöpfung herbeibringt.

Nach Jehova, Adam und Eva kamen allerdings die Griechen und diese haben schließlich begriffen, dass die Erde eine Kugel sein muss. Eratosthenes von Kyrene hat bereits im dritten Jahrhundert vor Christus den Erdumfang geschätzt - für damalige Verhältnisse erstaunlich präzise. Im selben Jahrhundert hat Aristarchos von Samos sogar postuliert, dass sich nicht die Sonne um die Erde dreht, sondern umgekehrt. Das war der Beginn der "heliozentrischen" Hypothese, die Jahrhunderte lang gegen den Geozentrismus angetreten ist.

Sofern man nur Erde und Sonne betrachtet, ist es allerdings gleichgültig, wo man den Koordinatenursprung setzt. Relativ zur Erde bewegt sich die Sonne um die Erde, relativ zur Sonne kreist die Erde um sie. Mit einem geozentrischen Weltbild ist es aber schwieriger, die Bewegungen der restlichen Planeten zu erklären - die einfache kreisförmige Rotation um die Erde muss dann mit zusätzlichen kleineren Kreisen (sogenannten Epizykeln) ergänzt werden.

Aristarchos hatte mit dem Heliozentrismus recht, aber er konnte das Modell von Aristoteles nicht umstürzen und dies aus einem guten Grund: Aristoteles hatte die Erde nicht nur in das Zentrum des Sonnensystems, sondern sogar des Universums gestellt, weil er sein geozentrisches Weltbild mit einem physikalischen Beiwerk ausstaffierte. Aristoteles verfügte über keine Gravitationstheorie im Sinne vom Newton, konnte aber eine Art von Ersatzhypothese anbieten.

Der Stagirit dachte, das Universum bestünde aus vier Elementen: Erde, Wasser, Luft und Feuer, sowie Mischungen derselben in unterschiedlichen Proportionen. Erde ist schwerer als Wasser, dieses ist schwerer als Luft und Feuer ist das leichteste Element. Wenn sich alle vier "selbst organisieren", dann sinkt das Element Erde zur Mitte des Universums nieder, während das Element Feuer (das Material der Gestirne) rundherum entweicht, also weg von der Mitte. Auf diese Weise braucht man keine komplizierte Fernwirkung zu postulieren, die Sterne und Planeten an die Erde bindet. Spontane Bewegungen auf der Erde und im Kosmos werden so durch lokale Interaktionen zwischen den Elementen und deren Bezug zur Mitte erklärt.

Obwohl das heliozentrische Weltbild später, im Laufe der Jahrhunderte, immer besser zu den astronomischen Beobachtungen passte, gab es lange Zeit keine physikalische Rechtfertigung dafür. Aristoteles hatte zumindest eine Pseudoerklärung für das geozentrische Weltbild, eine Kosmologie, die außerdem außerordentlich hilfreich für die Kirche war, auch wenn diese sich irgendwann von der platten Erde mit der Himmelwölbung verabschieden musste. Das Aristotelische Weltbild mit himmlischen Sphären, an denen die Gestirne sich um die Erde bewegen, passte sehr gut zu der kirchlichen Auffassung der besondere Rolle der Menschheit, die dazu berufen wäre, sich damals die Erde und heute das Universum zu Untertan zu machen.

Aber dann kam Kopernikus. Im Jahr 1543 wurde sein "De revolutionibus orbium coelestium" in Nürnberg gedruckt. Am wachsamen Auge der Kirche vorbei haben Kopernikus und andere Astronomen den Heliozentrismus als "mathematische Theorie" eingeschmuggelt, d.h. als lediglich einen Wechsel des Koordinatensystems bzw. als rein gedankliche Operation gerechtfertigt, die die Bibel unwidersprochen ließe.

Als Kompromiss schlug der Astronom Tycho Brahe einen Mittelweg vor: Die Planeten kreisen um die Sonne, die Sonne jedoch um die Erde. Damit konnte sich die Erde weiterhin im Zentrum des Universums ausruhen. Mit solch philosophischer Camouflage konnte die kopernikanische Theorie Konflikte vermeiden, bis allerdings die Kirche den Braten roch und Galileo die Inquisition auf den Hals hetzte - "e pur si muove".

Die kopernikanische Wende konnte erst vervollständigt werden, als Astronomie und Physik wieder im Einklang gebracht werden konnten, d.h. eigentlich erst als Kepler seine Planetengesetze formulierte und Newton daraus seine Gravitationstheorie ableitete. Erst dann gab es ein theoretisches Gebäude, mit dem das aristotelische Weltsystem umfassend ersetzt werden konnte. Ein skurriles Intermezzo war allerdings Descartes Wirbeltheorie, die Planetenbahnen als Mitbewegung der Planeten in Materiewirbeln um die Sonne interpretierte. Kurioserweise war Newton, der revolutionäre, kein Atheist, im Gegenteil, er war sehr religiös und vergeudete unzählige Stunden mit der Bibel und mit der Erschließung derer Chronologie.

Wenn die Erde dann aber nicht mehr im Zentrum der Welt stünde, dann könnte zumindest unser Planetensystem dort sitzen! Das war die Meinung des Astronomen William Herschel, der hundert Jahre nach Newton den "Galaktozentrismus" startete, d.h. die Idee, dass das Sonnensystem in der Mitte unserer Galaxie steht. Vor ihm hatten Thomas Wright und kein geringerer als Immanuel Kant die Milchstraße als rotierende Scheibe aus Sternen begriffen und sogenannte "Nebulae" als entferntere Galaxien gedeutet. Herschel, der seine gewaltigen Teleskope selber baute, zählte die Anzahl der Sterne in alle Richtungen um die Erde und glaubte, wegen des Einklangs der Resultate, dass das Sonnensystem sich mittig in der Milchstraße befinden müsste.

Es verblüfft im Nachhinein, dass trotz der langen Geschichte der Astronomie, die echte wissenschaftliche Fundierung der Existenz von Galaxien erst vor etwa hundert Jahren gelang. Im Rahmen der sogenannten "großen Debatte" stritten die US-Astronomen Howard Shapley und Heber Curtis über die Dimensionen des bekannten Universums. Shapley dachte, es gäbe nur die Milchstraße und dazu einige kleine Nebulae. Für Curtis dagegen, waren diese Nebulae vermutlich so groß wie die Milchstraße oder noch größer. Heute wissen wir, dass Curtis recht hatte. Shapley hat außerdem die Lage des Sonnensystems neu ermittelt und festgestellt, dass wir uns keineswegs in der Mitte, sondern eher am Rande der Milchstraße befinden.

Den nächsten Schritt auf dem Weg zur interplanetaren Mittelmäßigkeit kann der Leser bereits erahnen: Da weder Erde, noch Sonnensystem im Zentrum des Universums stehen, könnte es immerhin einen Ausweg sein, wenn nun wenigstens die Milchstraße in der Mitte wäre.

Das kann aber nicht behauptet werden, da seitdem Erwin Hubble zeigte, dass unser Universum expandiert. Seitdem für einen solchen expandierenden Kosmos Lösungen der Einsteinschen Gravitationsgleichungen gefunden wurden, wissen wir, dass wir nicht das ganze Universum beobachten können. Die Hintergrundstrahlung ist eine Reliquie der Zeit um 380.000 Jahre nach dem Big Bang, als das Universum erst "durchsichtig" wurde, d.h. als das Licht an Atomen vorbei fliegen konnte. Sie ist von jedem Punkt im Universum zu beobachten, als ein Umhang für die Zeit kurz nach dem Big Bang und bis zur atomaren "Rekombination". Dahinter ist mit elektromagnetischen Wellen nichts zu sehen.

Da das Universum in alle Richtungen expandiert, beobachten wir von jedem Punkt desselben im Grunde Ähnliches und es gilt die gleiche Physik. Das ist das moderne kosmologische Prinzip, das Homogenität und Isotropie des Universums einfordert, gewiss auf der Skala von Galaxien und Galaxiencluster. Das Universum ist deswegen für die moderne Kosmologie eine Art "Gas", das in erster Approximation mit der mittleren Dichte des Universums beschrieben werden kann. Diese ist erstaunlich niedrig, etwa ein Wasserstoffatom pro Kubikmeter!

Das "Mediokritätsprinzip" besagt nun in diesem Kontext, dass unsere Galaxie, unser Planetensystem und unsere Erde nichts Besonderes sind und dass ähnliche Evolutionsprozesse an unzähligen Orten im Universum stattfinden können. Andere intelligente Lebensformen könnten sogar in der Milchstraße relativ nah zu uns angesiedelt sein.

Weitere Mittelmäßigkeit hat die Erde vor allem mit der Entdeckung von immer mehr Planetensystemen errungen. Das Weltraumteleskop Kepler, 2009 gestartet, hatte bis 2017 um die 2500 Exoplaneten im Weltall entdeckt und bestätigt. Davon waren 30 nicht über Faktor zwei größer als die Erde und umkreisten ihre jeweiligen Sterne in der "bewohnbaren" Zone, d.h. unter Bedingungen, die zur Entstehung von Leben führen könnten.

NASA-Bild von einigen erdähnlichen Planeten und der Energie, die sie von ihren "Sonnen" erhalten. Das grüne Band entspricht den Bedingungen, die günstig für die Entstehung von Leben sind. Bild: Nasa

Einer der sehr früh an die Unendlichkeit des Universums glaubte, und an die Möglichkeit von Leben auf anderen Planeten, war der italienische Philosoph und Astronom Giordano Bruno. Wegen dieser und weiterer Ketzereien wurde er 1600 auf dem Scheiterhaufen hingerichtet. Erst im Jahr 2000 verkündete die katholische Kirche, dass das Todesurteil Unrecht war. Acht Jahre zuvor war Galileo, Nachfolger von Bruno an der Universität Padua, rehabilitiert worden.

Wie wir sehen, dauerte es also Jahrhunderte bis die Menschheit sich mit dem Gedanken anfreunden konnte, nichts wirklich Spezielles im Universum zu sein. Wir sind eher eine kleine Quantenfluktuation in der Unendlichkeit des Kosmos als die Herrscher über die Welt.

Und Gott sah, dass es gut war.

Genesis

(Raúl Rojas)

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