Vor dem Urknall

von der Bildfläche verschwunden, was er wohl Bethes Einbeziehung in den Artikel mit Gamow zu verdanken hatte. Deshalb mussten Alpher und Herman so lange warten, bis sie auch Gamow an Bord hatten. Erst dann konnten sie sicher sein, dass die wissenschaftliche Gemeinde ihre Theorie prüfen würde.
    Das Trio hatte eine Ahnung, dass der Urknall von Anfang an die sogenannte Schwarzkörperstrahlung abgeben würde. Das klingt viel grandioser, als es in Wirklichkeit ist. Denn es geht dabei lediglich darum, wie ein Objekt Licht absorbiert und abstrahlt. Um zu verstehen, worum es geht, müssen wir kurz darauf zurückkommen, warum unterschiedliche Objekte andersfarbig erscheinen. Warum ist zum Beispiel ein amerikanischer Schulbus gelb? Man könnte sagen, weil er eben gelb lackiert wurde, aber das meine ich jetzt nicht. Was meinen wir, wenn wir sagen, er sei gelb?
    Wie wir bereits gesehen haben, war Isaac Newton als der vielseitigste unter den frühen Wissenschaftlern derjenige, der als Erster diese Frage beantwortete. Er hatte schon herausgefunden, dass gewöhnliches weißes Licht komplizierter aufgebaut ist, als es scheint. Wenn weißes Licht durch ein Prisma geht (oder durch Regentropfen, die einen Regenbogen bilden), erhalten wir ein ganzes Spektrum unterschiedlicher Farben. Und jede einzelne dieser Farben ist in diesem weißen Licht vorhanden. Stellen wir uns also vor, wie all diese verschiedenen Regenbogentöne im Licht auf unseren Schulbus treffen. Zoomen wir in die Farbatome des gelben Anstrichs hinein.
    Newton konnte es noch nicht wissen, aber der große amerikanische Physiker Richard Feynman sollte es erklären: Trifft Licht auf ein Atom, werden die winzigen Energiepakete im Licht (die Photonen) vom Atom absorbiert, was den Elektronen außerhalb des Atomkerns zusätzliche Energie verleiht. Aber Atome sind pingelig und akzeptieren Energie nur in bestimmten Mengen. Die Photonen mit der falschen Energie werden hinausgeworfen. Und die Photonenenergie kommt als Farbe zum Ausdruck. Die verschiedenen Farben, die wir sehen, werden von Photonen unterschiedlicher Energie verursacht.
    Zufällig absorbiert die Farbe auf dem Schulbus klaglos Photonen mit der richtigen Energie, die als Rot, Blau oder Grün zu unseren Augen zurückkommt, ist aber nicht interessiert an gelben Photonen. (In Wirklichkeit kann es sogar noch etwas komplizierter sein, da unterschiedliche Photonenmischungen von unseren Augen als verschiedene Farben wahrgenommen werden, aber wir wollen es hier einfach halten.) Die nicht absorbierten Photonen sind also diejenigen, die unsere Augen veranlassen, Gelb zu sehen. Deshalb sagen wir, der Bus sei gelb.
    Stellen Sie sich jetzt vor, wir hätten es stattdessen mit einem Bus zu tun, der jedes einzelne Photon absorbiert, das auf ihn trifft. Nichts kommt zu unseren Augen zurück. Dann wäre der Bus in physikalischen Begriffen ein Schwarzkörper. Das ist mehr als nur ein schwarz gestrichenes Objekt. Die Farbe mag noch so gut sein, ein paar Photonen entweichen immer, aber wir sagen ja, jedes einzelne Photon, das auf unseren Schwarzkörperbus trifft, verschwindet. Dann wäre er wahrhaftig schwarz, eine Leere und ein unsichtbares Nichts.

Schwarze Strahlung
    Das ist also ein Schwarzkörper, aber was ist eine Schwarzkörper
strahlung
? Wir sprechen hier nicht über Strahlung im furchterregenden Zusammenhang atomarer Strahlung. Diese Strahlung hier ist die des Lichts. Sichtbares Licht macht nur einen geringen Teil des riesigen Spektrums elektromagnetischer Strahlung aus – Photonen mit unterschiedlichen Energiewerten –, die von energiearmen Radio- bis zu den energiereichen Röntgen- und Gammastrahlen reicht. Die «Strahlung» in der Schwarzkörperstrahlung ist reines Licht. Aber die Strahlung eines Schwarzkörpers scheint keinen Sinn zu machen. Wir haben bereits gesagt, dass ein Schwarzkörper jedes bisschen Licht, das auf ihn trifft, absorbiert und nicht wieder herauslässt. Wie kann er dann Licht abstrahlen?
    Weil es zwei unabhängige Gründe gibt, warum Materie eine Farbe zu haben scheint. Einer ist die Behandlung eintreffender Photonen. Aber eine andere Möglichkeit, eine Farbe zu haben, ist die selbständige Erzeugung von Photonen. Beim Erhitzen eines Atoms stößt man Energie in seine Elektronen, sodass hin und wieder eines dieser erregten Elektronen ein kleines Energiepaket in Form eines Photons herauspumpt. Das Objekt beginnt zu glühen. Und je heißer das Objekt ist, desto mehr Energie haben die Photonen. Wenn also