Gesundheit: Astrophysik: Selbst die Ewigkeit kommt ins Wanken

Manche Dinge verändern sich nie. Oder doch? Jedenfalls nahmen die Wissenschaftler lange an, alles sei prinzipiell genau berechenbar. Bis dann anfangs des 20. Jahrhunderts die Quantenphysik entwickelt wurde, die jedem Ereignis nur noch eine gewisse Wahrscheinlichkeit zugesteht. Die Zeit sicherer Aussagen war vorbei.

Heute werden nur noch wenige Konstanten als unveränderlich in Raum und Zeit angesehen. Seit einigen Jahren kommt jedoch auch diese Gewissheit ins Wanken. Einige Wissenschaftler vermuten, dass sich sogar diese Konstanten im Laufe der Jahrmilliarden geändert haben könnten. Sie könnten zudem in unterschiedlichen Regionen des Kosmos differierende Größen haben.

Diese Vermutungen scheinen sich teilweise zu bestätigen. Nach einem Bericht des Astrophysikers John Webb und seiner Kollegen aus Australien, den USA und England in der Fachzeitschrift Physical Review Letters haben astronomische Beobachtungen eine dieser unveränderlichen Größen tatsächlich ins Wanken gebracht. Es handelt sich um die in der atomaren Welt wichtige Feinstrukturkonstante.

Die Forscher haben das Licht von Quasaren untersucht. Quasare sind sehr weit entfernte Himmelskörper. Ihr Licht, das heute auf der Erde ankommt, begann seine Reise bereits in der Frühzeit des Universums. Auf seinem Weg zur Erde durchquert die Strahlung Gaswolken und wird teilweise von den Gasatomen verschluckt. Doch die Atome nehmen nur Strahlen bestimmter Frequenzen auf und hinterlassen im Frequenzband dunkle Stellen.

Der Abstand zwischen zwei oder noch mehr dieser Lichtlücken wird durch die Feinstrukturkonstante mitbestimmt. Die spezifischen Muster geben Hinweise auf die Art der Atome in den Gaswolken. Verschiedene Elemente wie Eisen, Mangan, Zink und Nickel lassen sich so in den fernen Wolken identifizieren.

Diese Information kann jedoch schon viele Milliarden Jahre alt sein. Wenn sich die Feinstrukturkonstante in dieser Zeit also geändert hat, liegen die Lücken im Strahlungsband heute an anderen Stellen als damals. Die Forscher verglichen also das weitgereiste Licht mit aktuellen Laborergebnissen. Vorher mussten sie jedoch die Position der Linien bei gleichbleibender Feinstrukturkonstante möglichst genau berechnen.

Dies ist schwierig und nie ganz exakt möglich, da ein Atom von vielen Elektronen umgeben ist, die sich gegenseitig beinflussen. Mit Hilfe von Computern lässt sich diese Wechselwirkung jedoch weitgehend "herausrechnen". Die Forscher stellten dabei fest, dass verschiedene Atomsorten unterschiedlich stark von einer Änderung der Feinstrukturkonstante betroffen sein müssten.

Die Linien des leichten Mangans haben sich demnach im Gegensatz zu den Linien von Eisen kaum verändert. Dies äußert sich in einem relativen Ortsunterschied der Lichtlücken. Da dieser Wert besser zu messen ist als die genauen Orte der jeweiligen Linien, konnten die Forscher auf diese Weise auf die veränderte Feinstrukturkonstante schließen. Die Wissenschaftler wandten diese vergleichende Methode noch bei Linien anderer Elemente wie Zink und Nickel an und bestimmten so die Konstante gleich mehrmals.

Mit Hilfe dieses Verfahrens kamen die Forscher zu einem bemerkenswerten Resultat: Die Konstante war früher kleiner, wenn auch nur minimal. Der Unterschied beträgt lediglich ein tausendstel Prozent. Doch der Nachweis veränderter kosmologischer Konstanten könnte zur Lösung einiger Rätsel im Weltall beitragen.

Allerdings sind die beobachteten Effekte noch zu klein, um endgültige Aussagen treffen zu können. Die Forscher hoffen nun, bei zukünftigen Beobachtungen weitere Zweifel beseitigen zu können. Denn die Theorie sagt voraus, dass länger gereiste Strahlung aus ferneren Teilen des Universums noch deutlichere Änderungen der Konstante zeigen müssten.

Swantje Meier