Die Feinstrukturkonstante α ist eine fundamentale Zahl. Sie beeinflusst, mit welcher Farbe Licht von Atomen ausgesendet wird und wie stark chemische Bindungen halten. Die Idee, dass diese Naturkonstante sich ändern könnte, galt bis zum Ende des 20. Jahrhunderts als ein wenig ernstzunehmendes Gedankenspiel theoretischer Physiker. Das änderte sich im Jahr 2001, als eine Gruppe australischer Astronomen verblüffende Himmelsbeobachtungen machte. Die Feinstrukturkonstante sei im Verlauf des Universum größer geworden ist, etwa um ein Hunderttausendstel ihres ursprünglichen Wertes. Nach dieser Beobachtung gaben sich die theoretische Physiker zahlreichen Spekulationen hin. Sie fragten sich, ob mit α möglicherweise auch die Lichtgeschwindigkeit "c" nicht mehr konstant sei. Ob die Relativitätstheorie erweitert werden müsse, zumal Einsteins Gleichung E=mc^2 plötzlich eine unerwartete Veränderung erfuhr.
Womöglich hatte das Universum direkt nach dem Urknall eine ganz andere, bislang unbekannte Entwicklung genommen. Und vielleicht war die langsame Veränderung der Naturkonstanten ja auch ein erster Hinweis auf die Existenz von höheren Dimensionen, wie sie etwa von der Stringtheorie vorhergesagt werden. Die australischen Astronomen hatten Quasare beobachtet, oder genauer das Licht, das von diesen entfernten Himmelsobjekten ausgeht und das sich beim Durchlaufen von Galaxien verändert. Aus diesen Messungen schlossen sie, dass die Feinstrukturkonstante zu Beginn des Universums, als sich die Quasare bildeten, etwas kleiner gewesen sein musste. Aber genau diese Messmethode wurde bald auch von anderen Wissenschaftlerteams angewendet, und sie konnten das Ergebnis der Australier nicht bestätigen.
"Es ist ziemlich schwer zu sagen, ob diese Methode wirklich funktioniert, insbesondere dann, wenn man nur diese eine Methode nutzt. Wenn zwei Leute dieselbe Methode nutzen und zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen, weiß man nicht, wer recht hat und wer falsch liegt. Wir haben jetzt eine neue, ganz andere Methode entwickelt, die es erstmals möglich macht, direkte Messungen von Galaxien vorzunehmen, anstatt Quasare zu Hilfe zu nehmen. In Zukunft werden wir mit dieser neuen Methode sehr große Genauigkeiten erreichen."
Jeffrey Newman vom Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien. Er arbeitet an einem Projekt mit Namen DEEP2, und sein neuer Weg, die Feinstrukturkonstante α zu messen, ist wesentlich genauer und sicherer als die Quasar-Methode der Australier. Er nimmt Messungen an Galaxien vor, die zu unterschiedlichen Zeiten in der Geschichte des Universums geboren wurden, und er vergleicht ihre Eigenschaften. Dabei nutzt er den Umstand, dass Galaxien eine spezielle Lichtfrequenz aussenden, die von besonderen Sauerstoff-Ionen stammt:
"Ein heller, blauer Stern in einer Galaxie sendet viel ultraviolettes Licht aus. Dieses Licht ist in der Lage, Sauerstoff zu ionisieren, indem es ihm ein Elektron entreißt. Und wenn das Licht besonders energiereich ist, kann es auch dem Sauerstoff auch noch ein weiteres Elektron entreißen. Wir messen das Licht, das von diesem Sauerstoff stammt, ganz gleich unter welchen Bedingungen es entstanden ist."
Und bei diesen Messungen stellte sich heraus: Ganz gleich, ob das Licht von fernen Galaxien stammte, die sieben Milliarden Jahre alt waren - also halb so alt wie das Universum - oder ob es von jüngeren Galaxien herrührte, die nur vier Milliarden Jahre alt waren - die Feinstrukturkonstante α blieb immer dieselbe. Möglich wurde diese Messungen an einem großen Teleskop auf Hawaii mit Namen "Keck II". Newman und Kollegen haben dort ein neues Spektrometer installiert, mit dem sie den Himmel nach entfernten Galaxien absuchen können. Diese neue Messmethode ist aber noch ausbaufähig. Bislang hat Newman 300 Galaxien untersucht. Für eine überzeugende statistische Gewissheit, dass die Australier falsch lagen, bedarf es noch weiterer Analysen. Aber bereits jetzt sieht alles danach aus, als würde die Revolution der Physik bis auf weiteres nicht stattfinden. Zumindest bei den Naturkonstanten bleibt alles beim Alten.
Womöglich hatte das Universum direkt nach dem Urknall eine ganz andere, bislang unbekannte Entwicklung genommen. Und vielleicht war die langsame Veränderung der Naturkonstanten ja auch ein erster Hinweis auf die Existenz von höheren Dimensionen, wie sie etwa von der Stringtheorie vorhergesagt werden. Die australischen Astronomen hatten Quasare beobachtet, oder genauer das Licht, das von diesen entfernten Himmelsobjekten ausgeht und das sich beim Durchlaufen von Galaxien verändert. Aus diesen Messungen schlossen sie, dass die Feinstrukturkonstante zu Beginn des Universums, als sich die Quasare bildeten, etwas kleiner gewesen sein musste. Aber genau diese Messmethode wurde bald auch von anderen Wissenschaftlerteams angewendet, und sie konnten das Ergebnis der Australier nicht bestätigen.
"Es ist ziemlich schwer zu sagen, ob diese Methode wirklich funktioniert, insbesondere dann, wenn man nur diese eine Methode nutzt. Wenn zwei Leute dieselbe Methode nutzen und zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen, weiß man nicht, wer recht hat und wer falsch liegt. Wir haben jetzt eine neue, ganz andere Methode entwickelt, die es erstmals möglich macht, direkte Messungen von Galaxien vorzunehmen, anstatt Quasare zu Hilfe zu nehmen. In Zukunft werden wir mit dieser neuen Methode sehr große Genauigkeiten erreichen."
Jeffrey Newman vom Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien. Er arbeitet an einem Projekt mit Namen DEEP2, und sein neuer Weg, die Feinstrukturkonstante α zu messen, ist wesentlich genauer und sicherer als die Quasar-Methode der Australier. Er nimmt Messungen an Galaxien vor, die zu unterschiedlichen Zeiten in der Geschichte des Universums geboren wurden, und er vergleicht ihre Eigenschaften. Dabei nutzt er den Umstand, dass Galaxien eine spezielle Lichtfrequenz aussenden, die von besonderen Sauerstoff-Ionen stammt:
"Ein heller, blauer Stern in einer Galaxie sendet viel ultraviolettes Licht aus. Dieses Licht ist in der Lage, Sauerstoff zu ionisieren, indem es ihm ein Elektron entreißt. Und wenn das Licht besonders energiereich ist, kann es auch dem Sauerstoff auch noch ein weiteres Elektron entreißen. Wir messen das Licht, das von diesem Sauerstoff stammt, ganz gleich unter welchen Bedingungen es entstanden ist."
Und bei diesen Messungen stellte sich heraus: Ganz gleich, ob das Licht von fernen Galaxien stammte, die sieben Milliarden Jahre alt waren - also halb so alt wie das Universum - oder ob es von jüngeren Galaxien herrührte, die nur vier Milliarden Jahre alt waren - die Feinstrukturkonstante α blieb immer dieselbe. Möglich wurde diese Messungen an einem großen Teleskop auf Hawaii mit Namen "Keck II". Newman und Kollegen haben dort ein neues Spektrometer installiert, mit dem sie den Himmel nach entfernten Galaxien absuchen können. Diese neue Messmethode ist aber noch ausbaufähig. Bislang hat Newman 300 Galaxien untersucht. Für eine überzeugende statistische Gewissheit, dass die Australier falsch lagen, bedarf es noch weiterer Analysen. Aber bereits jetzt sieht alles danach aus, als würde die Revolution der Physik bis auf weiteres nicht stattfinden. Zumindest bei den Naturkonstanten bleibt alles beim Alten.