Schock? Panik? Wurde die Urknalltheorie durch das Webb-Teleskop widerlegt?

Kürzlich leitete mir ein Freund einen Online-Artikel weiter, der über das Institute of Art and Ideas (iAi) veröffentlicht wurde. Darin hieß es:

Die Menschheit hat enorme Summen für den Bau des James-Webb-Weltraumteleskops ausgegeben, das nach vielen Jahren der Verzögerung ins All geschossen wurde und endlich die Landschaft am „Ende des Universums“ erblickte. Die Bilder des Universums, die es zurücksendete, waren atemberaubend, aber was ist mit den professionellsten Astronomen und Kosmologen? Die Ergebnisse sind überraschend, da diese Bilder überhaupt nicht den kosmischen Landschaften entsprechen, die die Theorie vorhersagt. Der Titel eines Artikels beginnt mit einem offenen Ausruf: „Panik!“ Diese Bilder widersprechen der Urknalltheorie! Obwohl in dem Artikel nicht angegeben wurde, welche theoretischen Vorhersagen widerlegt wurden, lösten die neuen Daten unter den Anhängern der Urknalltheorie Panik aus. „Jetzt liege ich nachts wach“, sagte Allison Kirkpatrick, Assistenzprofessorin in der Abteilung für Physik und Astronomie der Universität von Kansas, „und frage mich, ob alles, was ich getan habe, falsch war.“

Schematische Darstellung der Umlaufbahn des Webb-Teleskops von der NASA

Auf den ersten Blick scheint der Artikel gut strukturiert zu sein und die Meinungen von Brancheninsidern zu zitieren, was ihn recht glaubwürdig erscheinen lässt. Allerdings gibt es Anlass zur Sorge um die Zukunft des mehrere zehn Milliarden Dollar teuren Webb-Teleskops.

Tatsächlich ist dieser kurze Aufsatz jedoch voller Fehler und Auslassungen. Lassen Sie es uns in der einfachsten Sprache erklären, die möglich ist.

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Pseudowissenschaft wird aus dem Kontext gerissen, Wissenschaftler sind damit beschäftigt, ihre IDs zu ändern

Lassen Sie uns zunächst den anstößigsten Teil dieses Artikels – das Zitieren der Worte von Brancheninsidern – untersuchen. Am Ende des Nature-Berichts vom 27. Juli 2022 mit dem Titel „Vier Enthüllungen über ferne Galaxien vom Webb-Teleskop“ sagte Kirkpatrick tatsächlich die zitierten Worte:

Aber! Die Bedeutung, die im obigen Originalbericht zu lesen ist, unterscheidet sich stark von der Aussage von iAi. Schauen wir uns ihre Tweets an, um zu sehen, was sie denkt. Am 8. September sagte sie:

„Ich habe in letzter Zeit einige Medienbeiträge verfasst und dieser hier ist meiner Meinung nach mein Favorit! – Space.com: Das James-Webb-Weltraumteleskop hat die Urknalltheorie nie widerlegt – Wie sich Lügen verbreiten“

Bitte beachten Sie, dass ihr Benutzername übersetzt „Allison Big Explosion Happened Kirkpatrick“ bedeutet. Das liegt wahrscheinlich daran, dass ihr Telefon mit Anrufen ihrer eigenen Leute bombardiert wurde, nachdem ihre beiden Sätze von einer pseudowissenschaftlichen Website aus dem Kontext gerissen worden waren, sodass sie keine andere Wahl hatte, als ihre Position in den sozialen Medien kundzutun …

Interessierte können den von ihr empfohlenen Artikel zur Aufdeckung der Gerüchte lesen. Wir zitieren zwei Absätze und übersetzen sie kurz:

„(Die Natur) hat es richtig gemacht!“ sagte Kirkpatrick. „Ich versuche, direkt zu sein, und ich meine, was ich sage – alles, was wir aus früheren Teleskopdaten über die ersten Galaxien wissen, ist möglicherweise nicht die ganze Geschichte, und jetzt verfügen wir über mehr Daten, um unsere Theorien zu verfeinern.“

Schlimmer noch: Der (iAi)-Artikel zitiert Kirkpatricks Kommentare gegenüber Nature und verwendet sie aus dem Kontext gerissen, wodurch der falsche Eindruck entsteht, dass „Astrophysiker in Panik geraten, weil sie glauben, die Urknalltheorie sei falsch.“ Der Autor dieses Artikels ist ein unabhängiger Forscher namens Eric Lerner (Anmerkung: Space.coms höfliche Bezeichnung für „Amateurwissenschaftler“), der den „Urknall“ seit den späten 1980er Jahren leugnet und seine eigene pseudowissenschaftliche Alternativtheorie verbreiten möchte.

„Der erste Schritt zur Leugnung wissenschaftlicher Erkenntnisse besteht darin, Dinge aus dem Kontext zu reißen“, sagte McIntyre gegenüber Space.com. Die zweite Möglichkeit sind Verschwörungstheorien. Die dritte besteht darin, irrelevante Behauptungen ohne jede Logik aufzustellen. Die vierte besteht darin, Experten zu benutzen, um Experten zu diskreditieren. Die fünfte besteht darin, darauf zu bestehen, dass die Wissenschaft perfekt sein muss, um glaubwürdig zu sein.

Zum fünften Punkt möchten wir noch hinzufügen, dass sie an sich selbst keine so hohen Ansprüche stellen.

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Haben Wissenschaftler Angst, dass ihre Theorien widerlegt werden? Auf keinen Fall!

Obwohl dieser Online-Artikel von iAi erfolgreich die Aufmerksamkeit großer wissenschaftlicher Institutionen auf sich gezogen hat, glaube ich, dass er weder der erste noch der letzte ist. Wenn wir also ähnliche Artikel sehen, wie beurteilen wir deren Authentizität?

Verlieren Sie sich nicht in den Einzelheiten und lesen Sie die verwendeten „Bedingungen“, es gibt wirklich so viel zu bemängeln. Um über die Einzelheiten hinauszugehen und die wesentlichen Punkte zu erfassen: Das „Webb“-Weltraumteleskop selbst basiert auf der „Urknall“-Theorie und das Infrarotband, in dem es sich befindet, ist quantitativ an die Vorhersagen dieser Theorie angepasst. Wenn mit der Theorie selbst etwas nicht stimmt, wird „Webb“ nach seiner Reise ins All blind sein. Die Tatsache, dass bereits eine große Menge an Daten zu maßgeschneiderten Bändern gewonnen wurde, zeigt, dass die theoretische Grundlage dafür in großem Maßstab geschaffen wurde.

Bildquelle: nasa.gov

Wie wäre es, die auf der Urknalltheorie basierenden Fotos des Webb-Teleskops zu verwenden, um der Urknalltheorie entgegenzutreten? Es ist, als würde eine Person zu einer Raumstation geschickt und erlebt das Gefühl der Schwerelosigkeit. Er sagt überrascht und freudig: „Hier gibt es keine Schwerkraft! Das beweist, dass die Gravitationstheorie falsch ist!“ - Diese Raumstation und die Rakete, die ihn ins All gebracht hat, basieren beide auf der Gravitationstheorie, okay?

Bevor wir zum Punkt kommen, noch ein paar freundliche Worte zum Verständnis. Ein Missverständnis, das Amateurwissenschaftler gegenüber orthodoxen Wissenschaftlern haben – nennen wir sie der Einfachheit halber so, ohne positive oder negative Konnotationen – besteht darin, dass sie glauben, diese wollten wissenschaftliche Errungenschaften schützen und würden in Panik geraten, wenn bestehende Theorien widerlegt würden.

Tatsächlich denken Wissenschaftler Tag und Nacht darüber nach und arbeiten hart daran, bestehende Errungenschaften zu übertreffen. Jedes Mal, wenn sie einen Fehler korrigieren, haben sie die Chance, einen großen Preis zu gewinnen und Geld zu erhalten. Was Wissenschaftler schützen wollen, ist nichts anderes als wissenschaftliches Denken. Wenn eine Theorie tatsächlich widerlegt wird, ergeben sich durch die Erforschung neuer Theorien zudem weitere Möglichkeiten, und die Wissenschaftler werden sehr glücklich sein.

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Urknall? Was genau ist explodiert?

Okay, okay, kommen wir jetzt zum Punkt. Da das Webb-Teleskop auf der Grundlage der Urknalltheorie entwickelt und hergestellt wurde, stellt sich die Frage: Was ist der Urknall?

1929 veröffentlichte der amerikanische Astronom Hubble seine Beobachtungsergebnisse: Alle weit entfernten Galaxien entfernen sich von uns, und je weiter sie von der Milchstraße entfernt sind, desto schneller entfernen sie sich.

Zunächst müssen wir fragen: Woher wissen wir, dass sich Galaxien von uns wegbewegen? Obwohl wir alle wissen, dass Sterne nicht konstant sind und sich bewegen, ist ihre Bewegung im Vergleich zur Entfernung zwischen ihnen und der Erde immer noch zu unauffällig.

Bildquelle: webbtelescope.orgv

Dies bringt uns zum Wort „Rotverschiebung“.

Zu Beginn des letzten Jahrhunderts bemerkte man, dass sich die Spektren vieler Sterne von denen der Sonne unterschieden. Nicht nur waren die Spektrallinien aufgrund ihrer Zusammensetzung unterschiedlich, es trat auch ein interessantes Phänomen auf: Alle Spektrallinien waren in Richtung des niedrigeren Frequenzbereichs des roten Lichts verschoben. Dieses Phänomen wird „Rotverschiebung“ genannt. Es gibt mehrere Gründe für die Rotverschiebung, der häufigste ist jedoch, dass sich der Himmelskörper von uns wegbewegt. Das Licht, das es zu uns aussendet, die Quelle des vorherigen Wellenbergs ist N Lichtjahre von uns entfernt und die Quelle des nächsten Wellenbergs ist N Lichtjahre + 10 Nanometer von uns entfernt (Zufallszahlen). Beobachter auf der Erde werden feststellen, dass die Wellenlänge des Lichts länger und die Frequenz niedriger wird und es etwas „röter“ wird.

Im kleineren Maßstab bewegen sich auch einige Sterne oder Galaxien auf uns zu. Diese Bewegung führt dazu, dass sich die Spektrallinien zum hochfrequenten Ende (blaues Ende) bewegen, was wir als „Blauverschiebung“ bezeichnen. Im Universum ist die Rotverschiebung die überwältigende Mehrheit.

Zurück zur Entdeckung des Hubble (des Physikers, nicht des nach ihm benannten Weltraumteleskops): „Entfernte Galaxien entfernen sich von uns“ ist leicht zu verstehen, und es gibt viele Schlussfolgerungen, und wir können sogar sagen: „Okay, sie mögen uns nicht.“ Aber was bedeutet „je weiter sie sich von uns entfernen, desto schneller verschwinden sie“? Dies zeigt, dass sie sich nicht mögen und sich voneinander entfernen. So wie wenn wir einen Ballon aufblasen, entfernen sich alle Punkte auf dem Ballon voneinander, und zwar umso schneller, je weiter sie ursprünglich voneinander entfernt sind.

Aus Hubbles Entdeckung können wir eine erstaunliche Schlussfolgerung ziehen: Da sich Galaxien heute voneinander entfernen, liefen sie vor 14 Milliarden Jahren vom selben Punkt aus los. Diese Schlussfolgerung ist der „Urknall“.

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Warum glauben wir an die Urknalltheorie?

Der „Urknall“ bedeutet, dass das Universum einen Ausgangspunkt hat, was manche Leute vielleicht zu der Annahme inspirieren könnte: „Wir sagen schon lange, dass diese Welt erschaffen wurde!“ Wenn es jedoch um eine Sache geht, erkennt die Wissenschaft zwischen Vermutungen, Schlussfolgerungen und Überprüfungen nur Letzteres an.

Es gibt auch einige philosophische Spekulationen über den „Urknall“, etwa: „Was geschah vor dem Urknall?“ Allerdings sollte Zeit als Eigenschaft des Universums – zumindest des Universums vor uns – vor der Entstehung des Universums nicht existieren, es gibt also kein „Vorher“, von dem man sprechen könnte.

Als Newton die Theorie der universellen Gravitation vorschlug, erkannte er, dass die Himmelskörper im Universum aufgrund der Schwerkraft zusammenfallen und zu einem Punkt werden würden. Seine Lösung bestand darin, anzunehmen, dass es unendlich viele Himmelskörper gäbe, die eine nach außen ziehende Kraft ausüben, und so dieses Problem zu vermeiden. Tatsächlich würde dies jedoch nicht passieren. Nach mathematischen Methoden würden sich die unzähligen Himmelskörper irgendwann zusammenfinden.

Obwohl der theoretische Teil des „Urknalls“ aus Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie abgeleitet wurde, bevorzugt Herr Ai offensichtlich den Glauben an ein statisches Universum. Darüber hinaus fügte er der allgemeinen Relativitätstheorie eine kosmologische Konstante hinzu und nahm einige Feinabstimmungen vor, um die Stabilität des Universums aufrechtzuerhalten. Die Urknalltheorie enthüllte ein sich entwickelndes Universum und beendete damit das Konzept eines statischen Universums. Einstein sagte später: „Das Hinzufügen dieser kosmologischen Konstante war wahrscheinlich der größte Fehler, den ich je gemacht habe.“

Schematische Darstellung der Umlaufbahn des Webb-Teleskops von der NASA

Ein weiteres Beobachtungsergebnis, das die Urknalltheorie unterstützt, ist die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung. Zum Zeitpunkt des Urknalls muss dieses winzige Universum dicht und weißglühend gewesen sein. Wenn wir heute zum fernen „Rand des Universums“ blicken, sollten wir immer noch das Nachglühen der „Explosion“ beobachten können. Aufgrund der Expansion des Universums wird die Wellenlänge dieses Lichts stark gedehnt und erreicht den Mikrowellenbereich. Dieses Mikrowellensignal ist immer dasselbe, egal in welche Richtung Sie im Universum blicken. Dieses Mikrowellenrauschen, das bei horizontaler und vertikaler Betrachtung tagsüber, nachts, im Winter und im Sommer die gleiche Intensität aufweist, wurde 1965 von den US-Amerikanern Penzias und Wilson zufällig entdeckt und erhielt dafür 1978 den Nobelpreis.

Es gibt zahlreiche weitere Beobachtungsbeweise für die Urknalltheorie. Die wichtigsten davon sind die Fülle ursprünglicher leichter Elemente (richtig, es heißt „Licht“, nicht „Wasserstoff“) im Universum sowie die Entstehung und Entwicklung großräumiger Strukturen und Galaxien. **Aus Platzgründen werde ich hier nicht ins Detail gehen.

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Wenn der Urknall real war, was geschah davor?

Keines der bekannten physikalischen Gesetze lässt Rückschlüsse auf den Zustand des Universums „vor dem Urknall“ zu (wenn man überhaupt „vorher“ sagen kann): Warum ist es explodiert? Wie ist es explodiert? Ist das Universum einzigartig? Gibt es unzählige kosmische Blasen und sind wir nur eine davon? Befinden wir uns in einem riesigen schwarzen Loch und glauben, es sei das Universum? Derzeit befinden sich alle Theorien noch im Hypothesenstadium.

Für die sichereren Teile bietet die Urknalltheorie jedoch einige interessante Schlussfolgerungen. Obwohl der „Urknall“ beispielsweise nur 14 Milliarden Jahre von uns entfernt war, ist der für uns wahrnehmbare „Rand des Universums“ aufgrund der Ausdehnung des Universums bereits 46 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt. Während sich das Universum weiter ausdehnt, werden immer mehr Galaxien eine zunehmende Rotverschiebung erfahren, bis sie schließlich aus dem Blickfeld verschwinden und nicht mehr beobachtbar sind.

Webbs erstes „Deep Field of the Universe“-Foto ist das klarste und älteste Bild des Universums, das jemals von Menschen im Infrarotbereich aufgenommen wurde. Bildquelle: webbtelescope.org

Wie wird die Zukunft des Universums aussehen? Kosmologen glaubten einst, dass es für das Universum zwei mögliche Zukünfte gäbe: Die erste wäre, dass seine durchschnittliche Dichte höher wäre als eine bestimmte kritische Dichte, wodurch es sich auf sein maximales Volumen ausdehnen und dann seiner eigenen Schwerkraft erliegen würde, was zu einem kollapsähnlichen „Big Crunch“ führen würde. Die zweite Ansicht ist, dass sich die Expansion zwar weiter verlangsamen, aber nie aufhören wird. Schließlich kühlt sich das Universum während seiner Expansion weiter ab und nähert sich allmählich dem absoluten Nullpunkt, dem „Big Freeze“.

Nachdem moderne Beobachtungen die beschleunigte Expansion des Universums entdeckt hatten, wurde den Menschen klar, dass das beobachtbare Universum allmählich aus unserem Blickfeld verschwinden wird. Einige Theorien legen nahe, dass die Grundmaterie während der weiteren Expansion auseinandergerissen werden könnte. Um diese Theorien zu bestätigen oder zu widerlegen, sind jedoch weitere Beobachtungsdaten erforderlich.

Unser Artikel begann mit dem Webb-Teleskop, also lassen Sie uns noch einmal darüber sprechen. Die Mission des Webb-Weltraumteleskops besteht darin, archäologische Arbeiten zur Frühgeschichte des Universums durchzuführen. Seine Mission besteht darin, „weit in die Vergangenheit zu blicken, in eine lange Vergangenheit, wo sich ein Bild des jungen Universums innerhalb von Hunderten von Millionen Jahren nach dem Urknall ergibt.“ Daher wurde das Wellenlängenband des Webb-Teleskops durch sorgfältige theoretische Berechnungen sorgfältig auf 0,6 bis 28 Mikrometer eingestellt. Diese Art der quantitativen Berechnung ist kein Unsinn wie „Das Universum dehnt sich nicht aus! Die Rotverschiebung liegt daran, dass das Licht müde wird!“ Seine ersten Beobachtungsdaten legten zudem den Grundstein für die Urknalltheorie. Unzählige Wissenschaftler sind davon begeistert und freuen sich auf weitere, neuere und umfassendere Entdeckungen, die weitere Grundlagen für die Aufklärung der Evolutionsgeschichte des Universums liefern.

Autor | Qu Jiong, ein populärwissenschaftlicher Autor, hat Arbeiten im Nationalmuseum, der National Space Administration usw. veröffentlicht.

Rezension | Liu Xi, Forscher am Beijing Planetarium, Wissenschaftsfilmregisseur und Autor

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