Das Olbers-Paradoxon ist die einfachste Frage der Kosmologie und zugleich eine der tiefsten: Warum ist der Nachthimmel dunkel? Wäre das Universum unendlich groß, unendlich alt und gleichmäßig mit Sternen gefüllt, müsste jede Blickrichtung an einem Stern enden und der Himmel nachts so hell leuchten wie die Sonnenscheibe. Dass er es nicht tut, beweist mit bloßem Auge etwas, das Astronomen erst im 20. Jahrhundert verstanden.
Wer sich in einem dichten Wald umsieht, blickt in jede Richtung auf einen Baumstamm. Nahe Bäume wirken groß, ferne klein, aber zwischen den fernen stehen so viele, dass sie jede Lücke füllen. Genau dieses Bild übertrugen Astronomen seit dem 16. Jahrhundert auf den Himmel. Ein Stern in doppelter Entfernung erscheint nur ein Viertel so hell, doch in einer Kugelschale doppelter Entfernung stehen viermal so viele Sterne. Beides hebt sich auf: Jede Schale liefert gleich viel Licht, und in einem unendlichen Universum gibt es unendlich viele Schalen. Die Rechnung ergibt einen Himmel, der in jeder Richtung so hell strahlt wie die Oberfläche eines Sterns, mit rund 5.500 Grad Celsius, Tag und Nacht, ohne Unterschied.
Die Wirklichkeit sieht anders aus, und deshalb ist die Dunkelheit der Nacht ein Widerspruch, den Generationen von Denkern auflösen wollten. Johannes Kepler erkannte das Problem 1610, kurz nachdem Galilei mit dem Fernrohr unzählige neue Sterne gefunden hatte, und zog daraus den Schluss, dass das Universum endlich sein müsse. Edmond Halley diskutierte die Frage 1721 vor der Royal Society, der Schweizer Astronom Jean-Philippe de Chéseaux rechnete sie 1744 vor. Der Bremer Arzt und Kometenjäger Heinrich Wilhelm Olbers formulierte sie 1823 so klar, dass sie seither seinen Namen trägt, obwohl den Begriff erst der Kosmologe Hermann Bondi in den 1950er Jahren prägte.
Olbers glaubte, die Lösung gefunden zu haben: Der Raum zwischen den Sternen sei nicht leer, sondern mit dünnem Gas und Staub gefüllt, der das Licht ferner Sterne verschlucke. Die Idee klingt vernünftig und ist falsch, wie der Physiker John Herschel schon 1848 bemerkte. Staub, der über unendliche Zeit unendlich viel Sternenlicht absorbiert, heizt sich auf, bis er selbst so heiß ist wie die Sterne, und strahlt dann ebenso hell. Ein Vorhang aus Staub verschiebt das Problem nur, er löst es nicht. Auch die Annahme, die Sterne seien nicht gleichmäßig verteilt, sondern in Haufen und Nestern gruppiert, hilft nur bedingt, denn auch Galaxien und Galaxienhaufen füllen in einem unendlichen Raum irgendwann jede Blickrichtung.
Lord Kelvin rechnete 1901 nach, wie weit ein Blick reichen müsste, damit er in jeder Richtung einen Stern trifft, und kam auf Hunderte Billionen Lichtjahre. Damit war klar, wo die Lösung liegen musste: nicht im Raum, sondern in der Zeit. Das Kapitel zur Geschichte des Paradoxons in einem Lehrbuch des Verlags Wiley-VCH zeigt, wie wertvoll die schlichte Beobachtung des dunklen Himmels für die Kosmologie geworden ist, nachzulesen in einer Leseprobe des Verlags.
Die erste richtige Spur legte kein Astronom, sondern Edgar Allan Poe. In seinem Prosagedicht Eureka von 1848 schrieb er, wäre die Folge der Sterne endlos, müsste der Hintergrund des Himmels gleichmäßig leuchten, weil es keinen Punkt gäbe, an dem kein Stern stünde. Der einzige Ausweg sei die Annahme, dass die Entfernung des unsichtbaren Hintergrunds so gewaltig ist, dass sein Licht uns noch gar nicht erreicht hat. Poe hatte verstanden, dass Licht Zeit braucht und dass ein Universum mit endlichem Alter nur einen endlichen Ausschnitt zeigt. Für die Fachwelt seiner Zeit war das Spekulation, für die moderne Kosmologie ist es der Kern der Lösung.
Das Universum ist nach heutigem Wissen rund 13,8 Milliarden Jahre alt. Licht, das länger unterwegs wäre, gibt es nicht, und deshalb sehen wir nur Sterne innerhalb eines Horizonts von einigen zehn Milliarden Lichtjahren. Diese Kugel enthält zwar Billionen Galaxien, aber nicht unendlich viele Schalen, und die Summe ihres Lichts bleibt weit unter dem, was einen hellen Himmel ergäbe. Hinzu kommt, dass Sterne nicht ewig leuchten: Ein Stern wie die Sonne brennt rund zehn Milliarden Jahre, dann ist sein Beitrag vorbei. Selbst in einem unendlichen Raum wären die Schalen also nicht alle gleichzeitig hell. Wie kurz das Leben massereicher Sterne ist, zeigt eine Supernova, die Astronomen fast vom ersten Moment an verfolgten.
Die Ausdehnung des Universums liefert einen zweiten Beitrag. Weil ferne Galaxien sich von uns entfernen, wird ihr Licht zu längeren Wellenlängen verschoben und verliert Energie, und die fernsten Quellen strahlen für unsere Augen im Infraroten und im Radiobereich statt im Sichtbaren. Lange galt diese Rotverschiebung als Hauptgrund für den dunklen Himmel. Der Kosmologe Edward Harrison zeigte in den 1980er Jahren jedoch durch Nachrechnen, dass das endliche Alter der entscheidende Faktor ist: Auch ein Universum ohne Expansion, aber mit Anfang, hätte einen dunklen Nachthimmel. Die Expansion dämpft das ohnehin schwache Licht nur noch weiter.
Damit ist die Dunkelheit der Nacht ein Beweis, den jeder mit bloßem Auge führen kann: Das Universum hat einen Anfang, und Sterne leuchten nicht ewig. Es gibt noch eine überraschende Pointe. Der Himmel ist tatsächlich in jeder Richtung gleichmäßig hell, nur nicht im sichtbaren Licht. Die kosmische Hintergrundstrahlung, das Nachglühen des heißen frühen Universums, kommt aus allen Richtungen mit derselben Intensität, genau wie es das Paradoxon verlangt. Sie wurde durch die Expansion von einigen tausend Grad auf 2,7 Grad über dem absoluten Nullpunkt gestreckt und leuchtet im Mikrowellenbereich. Wer mit den richtigen Augen sähe, sähe den hellen Himmel, den Olbers erwartete. Eine anschauliche Herleitung mit Zahlen bietet die Physikplattform der Universität Amsterdam unter Quantum Universe.
Heinrich Wilhelm Olbers, geboren 1758, praktizierte tagsüber als Arzt in Bremen und beobachtete nachts vom Dachboden seines Hauses aus. Er entdeckte die Asteroiden Pallas und Vesta, berechnete Kometenbahnen und war einer der angesehensten Astronomen seiner Zeit. Seine Abhandlung über die Durchsichtigkeit des Weltraums erschien 1826 im Astronomischen Jahrbuch. Dass sein Name an einer Frage hängt, deren Antwort er nicht kannte und deren Lösung er verpasste, gehört zu den Kuriositäten der Wissenschaftsgeschichte. Olbers starb 1840, acht Jahre bevor Poe die richtige Idee formulierte und fast ein Jahrhundert, bevor Edwin Hubble die Expansion des Universums nachwies.
So bleibt vom Olbers-Paradoxon ein Gedanke, der jede klare Nacht begleitet: Zwischen den Sternen ist es dunkel, weil das Licht der fernsten Welten noch unterwegs ist und weil es einen Tag gab, an dem noch kein Stern leuchtete. Wer nachts nach oben schaut, sieht nicht nur Sterne, sondern die Grenze dessen, was das Alter des Universums zu sehen erlaubt.
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