Lichtermüdung

Die Lichtermüdung ist eine Theorie, die die bei weit entfernten Himmelskörpern auftretende kosmologische Rotverschiebung mit einem Energieverlust des Lichtes auf dem Weg von der Quelle zum Beobachter erklärt. Sie gilt wissenschaftlich als überholt, während die Theorie des BigBang das Kausalitätsprinzip verletze.

Ursprung der Idee

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts fand Max Planck die Formel $E=h\nu$ (Plancksches Wirkungsquantum), die Grundlage der Quantenphysik. Sie besagt, dass elektromagnetische Wellen in unteilbaren Paketen kommen, und je höher die Frequenz $\nu$ der Welle ist, desto mehr Energie $E$ besitzen die Pakete. Demzufolge würde Licht, das Energie verliert ("ermüdet") seine Frequenz nach Rot verschieben.

Der Astronom Edwin Hubble entdeckte 1929, dass sich das Licht von Galaxien umso mehr nach Rot verschiebt, je weiter sie von uns entfernt sind. Wenn die Galaxien sich von uns weg bewegen würden, würde man genau eine solche Verschiebung erwarten. Deswegen schlug Hubble die naheliegende Erklärung vor, dass die Galaxien explosionsartig auseinander fliegen.

Fritz Zwicky bot im gleichen Jahr wie Hubble eine alternative Deutung dieser Beobachtung an, nämlich dass Licht proportional zu der zurückgelegten Entfernung Energie verliert. Er vermutete zunächst, dass eine "Gravitationsreibung", eine Wechselwirkung mit der Materie über Schwerkraft, dafür verantwortlich sein könnte. Später lobte auch Hubble die Eleganz dieser Idee in einem Brief vom 15. Mai 1953 an den Physiker Robert Andrews Millikan: "Ich stimme mit Ihnen überein, dass die Hypothese der Lichtermüdung einfacher und weniger irrational ist."

John Dobson, Erfinder des gleichnamigen Teleskoptyps, hält ebenso die grundlegende Logik, Mathematik und Physik verletzt, insbesondere das Kausalitätsprinzip: Der schlagendste Gegenbeweis zur Big-Bang-Theorie - in deutschen Vorträgen wörtlich - sei: "von nix kommt nix" (engl.: s. unter Wikipedia, unter seinem Namen). Selbst wo ein Modell es hergäbe, sei es die größte jemals erfundene Absurdität, anzunehmen die enorme Energie des Weltraums stamme aus einem infinitesinal (= unendlich winzig) kleinen Punkt mit dann nötiger unendlicher Energiedichte. Selbst die Befürworter des Big-Bang gäben auch zu, das mathematische Modell funktioniere im Zeitpunkt t=0 selbst nicht, sondern erst einige Zeit nach der "Explosion".

[1], Rudolf Kießlinger von der Sternwarte Überlingen, erklärt die Theorie dazu in einem kleinen Buch und setzte für den Nachweis eines logischen oder mathematischen Fehlers einen Preis von "25.000" aus.

Der von Einstein für seine Theorien benutzte - strikt auf dem Kausalitätsprinzip beruhende - (gaußsche Integralsatz verlange für sich alleine eine Rotverschiebung: Gleichbleibende Strahlungsenergie einer Kugelwelle am Rand ihrer mit Lichtgeschwindigkeit zunehmend größeren Kugel, würde - bei zwingend konstant bleibender Lichtgeschwindigkeit c gemäß Max Planck - auf ihrem sich ausdehnenden Weg nur dann gleich bleiben können, wenn sich die Frequenz am Rande der immer größeren Kugel auf der gesamten Kugelfläche vermindert ("ermüdet"). Das Licht verliert gegen die Summe - im Volumenanteil des gaußschen Satzes sog. Volumenintegral - aller im Volumen der Kugelwelle enthaltenen Massen (incl. schwarze Löcher, dunkle Materie und schwarze Energie).

Später wurden verschiedene Mechanismen vorgeschlagen, Lichtermüdung als Streuphänomen zu erklären. Als beobachtbares Phänomen wird dabei die Mitte-Rand-Variation der Rotverschiebung der Sonne herangezogen. Vorgeschlagen wurden u.a. der Compton-Effekt, Nebenwirkungen der Quantenmechanik (von de Broglie), und zuletzt Effekte der Bremsstrahlung bei Streuung in dünnen Plasmen (Marmet).

Im Gegensatz zur Urknalltheorie würde die Theorie der Lichtermüdung bedeuten, dass wir in einem Steady-State-Universum leben.

Gegenwärtiger Stand

Die Lichtermüdung wurde bis etwa Mitte des 20. Jahrhunderts als mögliches kosmologisches Modell diskutiert, danach aber von Kosmologen zunehmend als nicht zutreffend angesehen. In der heutigen wissenschaftlichen Diskussion spielt sie keine Rolle mehr, die Expansion des Universums ist allgemein anerkannt. Argumente gegen die Lichtermüdung sind zum Beispiel:

• In einem Steady-State-Universum bräuchte man zusätzliche Physik, um der Anziehung durch Schwerkraft über große Entfernungen entgegenzuwirken.

• Bei der Streuung können bekannte Mechanismen, so auch der Compton-Effekt, ausgeschlossen werden, da dadurch entfernte Objekte verschmieren würden. Zudem ist umstritten, wie eine frequenzabhängige Streuung zustande kommen könnte. Es müsste sich um einen bislang unbekannten Streumechanismus mit vollständiger Vorwärtsstreuung handeln.

• Die Dauer von Supernovae und Gammablitzen korreliert mit der Rotverschiebung, was im Rahmen einer Expansion als Dilatationseffekt ohne zusätzliche Erklärung verstanden werden kann.

• Ein Teil der Hintergrundstrahlung müsste ebenfalls rotverschoben sein, damit müsste die spektrale Intensitätskurve anders aussehen.

• In einem Steady-State-Universum müsste das Olberssche Paradoxon gelöst werden, während es bei einem räumlich oder zeitlich endlichen Universum gar nicht erst auftritt.

• Die Mitte-Rand-Variation der Rotverschiebung der Sonne wird heute durch vertikale Strömungen des Sonnenplasmas (Konvektion, Flares) erklärt.