Vor dem Urknall

dass weißes Licht aus einer Mischung der Farben im Regenbogenspektrum zusammengesetzt war. Und es war ebenfalls Newton, der daraus die Einsicht gewann, warum ein spezielles Objekt eine bestimmte Farbe hat. Wenn wir zum Beispiel einen knallroten Hydranten sehen, trifft ihn das weiße Licht der Sonne. Der Hydrant absorbiert die meisten Farben im Spektrum, sodass er nur das Rot wieder abgibt. Deshalb nehmen wir den Hydranten als rot wahr.
    Was Newton nicht wusste, war der Grund, warum dies geschah. Heute wissen wir, dass das einstrahlende Licht eine Mischung aus Photonen mit unterschiedlicher Energie ist, vom Rot mit relativ niedriger Energie bis zum hochenergetischen Blau. Wenn ein Photon auf die Elektronen trifft, die die Materieatome umgeben (in unserem Beispiel die rote Farbe des Hydranten), absorbiert ein Elektron die Energie des Photons und springt auf eine höhere Ebene. Der größte Teil dieser Energie wird allmählich als Wärme in dem Objekt zerstreut, aber ein wenig davon wird verwendet, um neue Photonen hervorzubringen, und diese werden dann eine charakteristische Energie haben, die mit dem Material in Verbindung gebracht wird. Im Fall der Hydrantenfarbe ist es die Energie, die eine Rotfärbung verursacht.
    Wenn wir daher Licht auf ein gefärbtes Objekt richten, lässt es effektiv einen oder mehrere Abschnitte des Lichtspektrums hervortreten und gibt dieses Licht wieder ab. Aber wir sehen ja nicht nur beleuchtete Objekte. So leuchten Sterne zum Beispiel aus sich selbst heraus. Wenn das geschieht, ist die Temperatur des Objekts so hoch, dass Elektronen durch die Wärmeenergie gezwungen werden, auf ein höheres Niveau zu springen. Manchmal fallen sie wieder hinunter, und die dabei frei werdende Energie bestimmt die Farbe, die mit dem abgegebenen Photon verbunden ist.
    In einem Stern ist die Temperatur so beschaffen, dass es eine breite Energiepalette in den produzierten Photonen gibt. Aber auf dem Weg aus dem Stern heraus müssen diese Photonen die äußeren Schichten des Sterns passieren. Dabei werden einige Frequenzen absorbiert, und das Ergebnis ist eine Reihe schwarzer Linien im Farbspektrum. (Wenn das Licht durch die Erdatmosphäre dringt, müssen wir sorgfältig hinschauen, da andere Linien hervorgerufen werden.) Jedes Element hat seine eigenen, charakteristischen schwarzen Linien, und daraus lassen sich die Elemente ableiten, aus denen der Stern besteht. Diese Linien werden mit Hilfe eines Spektroskops festgestellt, eines Instruments, das in seiner einfachsten Form ein Prisma wie das des jungen Newton ist, das die unterschiedlichen Farben des Lichts aufspaltet, verbunden mit einem Mikroskop, mit dem man die Unterteilungen detaillierter untersuchen kann.
    Die Spektroskopie wurde erstmals benutzt, um die Bestandteile der äußeren Schichten eines Sterns zu analysieren, aber als Hubble seine zweite große Entdeckung gemacht hatte, sollten Spektroskope auf andere Art und Weise ins Spiel kommen. Jetzt wurden die Instrumente nicht eingesetzt, um die chemischen Inhalte zu identifizieren, sondern um eine Verschiebung in der Farbe des Lichts zu verfolgen. Es lohnt sich, einen Augenblick darüber nachzudenken, was bei der optischen Verschiebung passiert, die wir beobachten, wenn sich eine ferne Galaxie bewegt. Wie wir bereits gehört haben, hat dieses Phänomen mit dem vertrauten Dopplereffekt zu tun. Wenn ein Zug an einem Eisenbahnübergang vorbeifährt, verrutscht der Pfiff der Lokomotive auf eine niedrigere Frequenz und macht dabei ein charakteristisches, abstürzendes Geräusch. Während der Zug auf uns zukommt, hören wir einen hohen Ton, der tiefer wird, wenn der Zug an uns vorbeigefahren ist. Dasselbe gilt für die Sirenen von Polizeiautos und Krankenwagen.
    Etwas sehr Ähnliches geschieht mit dem Licht. Bewegt sich ein Objekt auf uns zu, erhöht sich die Frequenz des Lichts, die es abgibt. Man kann sich das vorstellen, indem man an eine Lichtwelle denkt, die aus dem Objekt hervorgeht. Bevor die nächste Welle kommen kann, wird das Objekt ein Stück näher gekommen sein als im Augenblick davor, sodass die Welle zusammengedrückt wird (was eine kürzere Wellenlänge und eine höhere Frequenz zur Folge hat). Sie wird ins Blaue hinein verschoben. Sie erfährt eine Blauverschiebung.
    Wenn Sie, wie ich, lieber die Perspektive des Photons einnehmen, dann ist eine Blauverschiebung nur eine Energiezunahme des Photons. Die Bewegung des Wellen abgebenden Körpers auf uns zu gibt den Photonen einen Energieschub, so