Am Morgen wird es hell, am Abend wird es dunkel. Der Wechsel von Tag und Nacht ist für uns selbstverständlich. Dass die Sonne als natürliche Lichtquelle dient, gehört zu unseren Grunderfahrungen. Warum es aber Sonne und Licht gibt, fragen wir uns kaum. Noch im 19. Jahrhundert galten für die Wissenschaft elementare Naturphänomene wie Raum, Zeit, Kosmos und Licht als ewige Gegebenheiten, die weder Anfang noch Ende kennen und keiner Begründung bedürfen. Erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts lieferten Astronomen und Physiker Beweise dafür, dass der unvorstellbar grosse Kosmos vor Jahrmilliarden einen Beginn hatte und in ferner Zukunft ein Ende finden wird.

Für die Vielfalt der Lichterwelt am nächtlichen Himmel interessierten sich schon die Sterngucker im Altertum. Bereits um das Jahr 150 beobachtete Ptolemäus mit blossem Auge mehr als 1000 Sterne. Er fasste sie in seinem Sternenkatalog in 48 Sternbildern zusammen – eine Ordnung, die heute noch Gültigkeit hat. Die Erfindung des Fernrohrs Anfang des 17. Jahrhunderts ermöglichte einen neuen Blick auf den Kosmos. Galileo Galilei entdeckte mit einer fünf Zentimeter grossen optischen Linse die Jupitermonde. Die Beobachtung, dass die Venus ähnliche Phasen wie unser Mond hat, brachte ihn zur Überzeugung, die Sonne sei der Mittelpunkt unseres Planetensystems und nicht die Erde, wie es Niklaus Kopernikus schon im 16. Jahrhundert postuliert hatte.

Die folgenden Jahrhunderte brachten laufend grössere und leistungsfähigere Teleskope. Anstelle von Glaslinsen werden heute meist hochpräzise Spiegel verwendet, und dank Computertechnik lassen sich Dutzende von Einzelspiegeln zu riesigen «virtuellen» Spiegelteleskopen kombinieren. Das Paranal-Observatorium in der chilenischen Atacamawüste verknüpft vier Einzelspiegel von je 8,2 Metern Durchmesser zum gigantischen «Very Large Telescope».

Aus den tausend sichtbaren Sternen der Antike wurden Millionen und Milliarden. Rätselhafte Lichtflecklein mutierten zu Galaxien mit abermals Milliarden von Einzelsternen. Und unsere Sonne, die mächtige Quelle des irdischen Lichts, rutschte in der kosmischen Gesamtsicht auf den bescheidenen Platz einer Sonne unter fast unendlich vielen Sonnen. Die Milchstrasse, die wie ein leuchtender Baldachin den Nachthimmel überspannt, ist lediglich unsere Heimgalaxie. Daneben existieren Milliarden weiterer Galaxien.

Unsere Sonne ist also eine kosmische Lichtquelle unter vielen und ein relativ junger Stern in der Geschichte des Universums. Um dem Ursprung des Lichts auf die Spur zu kommen, muss man das Geschehen lange vor ihrer Geburt ergründen. Dazu benötigten forschende Menschen ein fundiertes Wissen darüber, was Licht überhaupt ist.

Über die Natur des Lichts, über seine Eigenschaften und darüber, wie es physikalisch entsteht, zerbrachen sich Philosophen und Naturforscher schon früh den Kopf. Die griechischen Naturphilosophen verknüpften die Frage nach dem Wesen des Lichts eng mit unserem Sehen. Sie nahmen an, dass sich laufend kleine Bilder von den Dingen lösen und in unser Auge fliegen. Eine andere These lautete, dass ein Sehstrahl, der wie ein Leuchtfeuer vom Auge ausgehe, die Gegenstände abtaste und sie so für uns sichtbar mache. Bereits 300 v. Chr. legte Euklid, wie später auch Ptolemäus, dank Beobachtung der Ausbreitung von Lichtstrahlen, deren Brechung in Glaslinsen und Reflexion an Spiegeln die bis heute gültige Basis für ein geometrisch-mathematisches Verständnis des Lichts.

Im 17. Jahrhundert fanden Willebrord Snel­lius und René Descartes das Brechungsgesetz. Es beschreibt, wie die Richtung eines Lichtstrahls sich ändert, wenn er von der Luft ins Wasser dringt. Die Beobachtung, dass ein weisser Lichtstrahl, der durch ein Glasprisma fällt, in ein farbiges Spektrum aufgespaltet wird, brachte Descartes auf die Idee, der geheimnisvolle Regen-bogen könnte auf ähnliche Art entstehen. Er wandte das Brechungsgesetz auf Wassertröpfchen an und errechnete den Winkel von etwa 40 Grad, unter dem wir den Regenbogen sehen.

Warum das weisse Licht im Prisma wie im Regenbogen zu einem Farbenspektrum wird, konnte Descartes nicht plausibel erklären. Erst Isaac Newton lieferte 1704 mit seiner Theorie des Lichts die Erklärung. In einem Experiment schickte er den weissen Lichtstrahl zunächst durch ein Glasprisma. Das resultierende Farbspektrum bündelte er mittels einer Linse und einem zweiten Prisma wieder zu einem weissen Strahl. Seine Schlussfolgerung: Das weisse Licht ist lediglich eine Überlagerung verschiedener elementarer Lichtfarben, wobei je nach Farbe ein anderer, spezifischer Brechungswinkel gilt. Indem Newton einzelne Farbstrahlen an unterschiedlichen Objekten reflektieren oder brechen liess und die Farbe sich nicht änderte, zeigte sich, dass Licht weder ein Produkt der verschiedenen Materialien noch eine Schöpfung unserer Augen ist, sondern als eigenständige Naturerscheinung zu gelten hat.

Newton war der Meinung, das Licht pflanze sich in Form von sehr kleinen Teilchen geradlinig fort. Zwar hatte Christiaan Huygens schon um 1650 die Beugung von Licht an einem schmalen Spalt mit einer Wellennatur des Lichts – ähnlich den auseinanderlaufenden Wasserwellen bei einer schmalen Öffnung in einer Bucht – erklärt. Newtons Prestige aber liess für eine alternative Wellentheorie keinen Platz.

Den Durchbruch schaffte erst Thomas Young zu Beginn des 19. Jahrhunderts. Er bohrte in ­einen Trennschirm zwei kleine, nahe beieinanderliegende Löcher. Lichtstrahlen, die durch die Löcher drangen, erzeugten auf einem Sichtschirm ein Muster aus hellen und dunklen Streifen – ähnlich dem von Kämmen und ­Tälern, die auf dem Wasser entstehen, wenn zwei Wellenzüge aufeinandertreffen. Erst mit dem Nachweis dieser Interferenz am Doppelspalt wurde die Idee von Licht als Welle salonfähig.

Doch wie muss man sich Wellen vorstellen, die als Licht von nah und fern in unser Auge dringen? Die Antwort kam von unerwarteter Seite. Anfang des 19. Jahrhunderts verstand man die physikalischen Phänomene der Elektrizität und des Magnetismus bereits ansatzweise. Reibt man Bernstein (griechisch: elektron) an einem Fell, zieht er durch eine «elektrische» Kraft leichte Gegenstände wie Papierschnitzel an. Dem Phänomen liegt elektrische Aufladung zugrunde, wobei sich positive und negative Aufladung unterscheiden lassen: Gegenstände mit gleichartiger Aufladung stos­sen sich ab, solche mit gegensätzlicher Aufladung ziehen sich an. Magnetismus wurde für die rätselhafte Kraft verantwortlich gemacht, die im «Kompass» eisenhaltige Materialien nach Norden ausrichtet.

Der französische Physiker André-Marie Ampère zeigte um 1810, dass ein Kabel, durch das man elektrischen Strom schickt, in seiner Umgebung magnetische Kräfte erzeugt und ­eine Kompassnadel zu bewegen vermag. Mit seiner Theorie vom Elektromagnetismus gab er den beiden Urkräften eine gemeinsame Basis. Der englische Physiker Michael Faraday trieb diese Erkenntnis 1831 durch ein bahnbrechendes Experiment weiter: Liess er elektrischen Strom in einer Drahtspule fliessen, floss auch in einer räumlich getrennten zweiten Spule Strom. Die elektromagnetische Kraft hatte sich durch den freien Luftraum fortgepflanzt, was Faraday mit der Existenz von elektromagnetischen Wellen erklärte.

Die Verbindung zum Licht lieferte schliesslich der Schotte James Clerk Maxwell. Der begnadete Theoretiker packte das vorhandene Wissen über Elektrizität und Magnetismus in ein System von vier miteinander verknüpften Differentialgleichungen. Damit konnte er das Verhalten von elektrischen und magnetischen Feldern und ihre Wirkung auf Materie mathematisch erfassen. «Maxwells wunderbare Gleichungen», schon kurz nach der Publikation im Jahr 1864 von der Forschergemeinde gefeiert, sind noch heute die Basis für das Verständnis von Elektromagnetismus und Elektrodynamik. Das Gleichungssystem beschreibt auch die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen. Aus den Resultaten früherer Experimente errechnete Maxwell zudem eine Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen von rund 300'000 Kilometern pro Sekunde im leeren Raum.

Die Frage, wie schnell Licht sich ausbreitet, hatte schon die alten Griechen bewegt. Das Argument, dass wir beim Öffnen der Augen sofort sowohl die nächsten Gegenstände als auch das ferne Gebirge sehen, liess eine extrem hohe Geschwindigkeit vermuten. Bereits im 17. Jahrhundert hatten Astronomen aus Beobachtungen an Jupitermonden eine Lichtgeschwindigkeit von etwa 230'000 km/s errechnet. 1849 installierte Armand Fizeau in Paris eine starke Lichtquelle und davor eine mit einem Zahnkranz versehene Drehscheibe. Fizeau schickte das Licht durch den Kranz der Zähne auf einen Spiegel in acht Kilometern Entfernung und beobachtete den reflektierten Strahl ebenfalls durch die Drehscheibe. Der so getaktete Lichtblitz fiel je nach Drehgeschwindigkeit der Scheibe durch eine der ­Lücken im Zahnkranz oder wurde von einem der Zähne verdeckt. Mit diesem genialen Experiment errechnete Armand eine Lichtgeschwindigkeit von etwas mehr als 300'000 km/s.

Diese verblüffende Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen liess Maxwell erkennen, dass Licht ebenfalls eine elektromagnetische Schwingung ist, wenn auch nur ein kleiner Ausschnitt aus dem grossen Spektrum der verschiedenen Wellenlängen (siehe Artikel zum Thema «Licht: Das ganze Spektrum»). Der sichtbare Teil mit Wellenlängen zwischen 400 Nanometern (violettes Licht) und 760 Nanometern (rotes Licht) stellt nur ein schmales Band zwischen Gammastrahlen und Radiolangwellen dar. Der schmale Bereich ist aber eine physikalische Vor­aussetzung für das Leben auf unserer Erde.

Der langen Geschichte der Erforschung des Lichts setzte Albert Einstein die Krone auf: Licht ist sowohl Welle wie Teilchen. Schickt man Licht durch ein Prisma, zeigt es sich als Welle. Untersucht man das Licht, das von einem glühenden Körper abgestrahlt wird, findet man eine Teilchennatur. Im Jahr 1900 hatte der deutsche Physiker Max Planck die von einem glühenden Körper ausgehenden Lichtstrahlen untersucht und festgestellt, dass sich Intensität und Wellenlänge nur dann korrekt aus der Temperatur des Körpers berechnen lassen, wenn die abgegebene Energie beim Heisserwerden nicht kontinuierlich grösser wird, sondern in kleinen Schritten, in Energiequanten, wächst.

1905 folgerte Einstein, dass deshalb auch das vom heissen Körper ausgehende Licht die Natur von winzig kleinen Paketen haben müsse – Energieteilchen ohne Masse, die sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen und Photonen genannt werden. Warum Licht die Doppelnatur von Welle und Teilchen hat, ist letztlich ein Mysterium.

Die spätere Erkenntnis, dass die Doppelnatur von Licht und Welle auch den Elementarteilchen der Materie zukommt, führte schliesslich von Newtons klassischer Physik zur Quantenphysik.

Einstein folgerte aufgrund der vier Maxwell-Gleichungen, der Überlegungen Plancks zu den Energiequanten und seiner eigenen Einsichten über die Doppelnatur des Lichts, dass Licht sich im leeren Raum für den Beobachter immer mit der Geschwindigkeit von 300'000 km/s (in der Physik nun mit c bezeichnet) fortpflanze. Wie schnell Beobachter und Lichtquelle sich aufeinander zu- oder voneinander wegbewegen, spielt keine Rolle. Diese Erkenntnis hob die klassische Vorstellung von Raum und Zeit aus den Angeln. Denn gemäss klassischer Physik sieht der im Zug an einem Bahnhof Vorbeifahrende das Gebäude immer gleich gross, und die Bahnhofsuhr läuft immer gleich schnell, unabhängig von der Geschwindigkeit des Zugs.

Einsteins Spezielle Relativitätstheorie besagte nun aber, dass ein Beobachter einen bewegten Gegenstand geschrumpft sehe und dass eine bewegte Uhr langsamer laufe. Das Zusammenziehen des Raums und die gleichzeitige Dehnung der Zeit widersprechen unserer Alltagserfahrung beim Betrachten bewegter Gegenstände. Diese relativistischen Effekte werden nur deutlich, wenn die Relativbewegungen sich der Lichtgeschwindigkeit nähern, was normalerweise nicht der Fall ist. Misst aber ein Physiker am Cern die Lebensdauer extrem schneller Elementarteilchen, wird die Zeitdehnung sehr wohl manifest.

Als weitere Konsequenz seiner Speziellen Relativitätstheorie liefert Einstein die zur Ikone der modernen Physik gewordene Formel E = mc2, die bahnbrechende Erkenntnis also, dass aus Masse Energie werden kann, mit der Lichtgeschwindigkeit c als Umrechnungsfaktor. Gemäss dieser Formel enthalten schon kleinste Mengen von Materie ungeheuer grosse Energiemengen – was die Bevölkerung von Nagasaki und Hiroshima 1945 auf schreckliche Weise erfahren musste, als beim Zerplatzen von Uran- und Plutonium­atomen über ihren Städten ein paar Gramm Materie sich zu einem infernalischen Feuerball wandelten.

In einem weiteren Schritt ergänzte Einstein die Spezielle durch die Allgemeine Relativitätstheorie, die auch die Schwerkraft berücksichtigt. Danach werden Raum und Zeit durch die Anwesenheit von Materie und Energie verformt; ein Lichtstrahl, der nahe an einem grossen Körper vorbeifliegt, wird also von seiner ursprünglichen Richtung abgelenkt. Dies konnte 1919 während einer Sonnenfinsternis bewiesen werden. Die Verdunkelung der Sonne ermöglichte es, Fixsterne «­nahe» beim Sonnenrand zu beob­achten. Dass ihre Lichtstrahlen tatsächlich entsprechend Einsteins Theorie abgelenkt wurden, war eine wissenschaftliche Sensation und brachte der Relativitätstheorie die breite Anerkennung. Sie und die Quantenphysik sind heute die Basis für das Verständnis für das Grösste und das Kleinste, für die Astrophysik und für die Physik der Elementarteilchen.

Die neue Physik des 20. Jahrhunderts machte den Weg frei für ein besseres Verständnis der Frage nach dem Ursprung des Universums und der Herkunft des Lichts. ­Beobachtungen am Firmament hatten im Lauf der Jahrhunderte das Weltall immer grösser werden lassen. Indem Astronomen die Position von Sternen im Abstand von einem halben Jahr bestimmten, konnten sie durch die Verschiebung der Position die Distanz berechnen. Denn innert eines halben Jahrs verschiebt sich die Erde beim Umkreisen der Sonne um 300 Millionen Kilometer, was beim Beobachten ferner Himmelskörper wie ein gigantischer «Daumensprung» wirkt.

1838 bestimmte der deutsche Astronom Friedrich Wilhelm Bessel für den Doppelstern 61 Cygni eine Entfernung von 100 Billionen Kilometern. Da sich Licht mit der Geschwindigkeit von 300'000 km/s ausbreitet, braucht der Lichtstrahl von Cygni also mehr als zehn Jahre, bis er unser Auge erreicht.

Die Vermessung von Galaxien zeigte, dass das Licht solcher ferner «Milchstrassen» sogar Jahrmillionen bis Jahrmilliarden braucht, bis es die Erde erreicht. Die Sternenpracht, wie wir sie sehen, ist also eine kosmische Geschichtslek­tion. Je weiter entfernt ein beobachtetes Himmelsobjekt ist, desto tiefer blicken wir in die Vergangenheit. Das hat die unheimliche Konsequenz, dass ein grosser Teil der Sterne, die wir heute sehen, in Wirklichkeit längst vergangen ist.

Denn dass das Weltall nicht ewig und unveränderlich ist, ist eine weitere Konsequenz der Relativitätstheorie. Der Kosmos dehnt sich immer weiter aus. Und Sterne haben ein Leben mit Geburt und Tod. Das strahlende Gestirn wandelt sich je nach Grösse zu einem Roten Riesen (zum Beispiel unsere Sonne), zur explodierenden Supernova oder zum Schwarzen Loch. Es war der junge belgische Priester und Physiker Georges Lemaître, der 1927 nicht nur die Idee eines sich stetig ausdehnenden Weltalls vertrat, sondern folgerichtig auch den Blick in die Vergangenheit richtete: Wenn sich das All laufend ausdehnt, muss es früher stärker komprimiert gewesen sein. Dreht man die Uhr immer weiter zurück, wird das Weltall dichter und dichter. Die Galaxien rücken zusammen, der Raum zwischen den Sternen verschwindet, die Atome drängen sich immer enger zusammen. Es muss einen Moment gegeben haben, wo nur ein «Uratom» existierte, das wie bei einem radioaktiven Zerfall explodierte und dabei ungeheure Mengen an Energie freisetzte. Daraus formten sich die Atome, Sterne und Galaxien.

Dieses Bild einer unvorstellbar heftigen Geburt des Alls stiess in der Wissenschaft wie in der breiteren Gesellschaft auf vehemente Ablehnung. Um just eine solche dynamische Geschichte des Weltalls auszuschliessen und die Vorstellung eines ewigen und unveränderlichen Alls zu retten, hatte Einstein in seine Allgemeine Relativitätstheorie eine stabilisierende «kosmologische Konstante» eingefügt. Die Frechheit des jungen Belgiers, den Wert der Konstante einfach auf null zu setzen, erzürnte Einstein, und er tadelte Lemaître an einer Konferenz mit den Worten: «Ihre Berechnungen sind richtig, aber Ihre Physik ist scheusslich!» Andere Kollegen machten sich über den mutigen Priester lustig, indem sie sein kosmisches Geburtsszenarium als «Big Bang» verspotteten.

Dass der Urknall vom Witz zur anerkannten These wurde, ist der Arbeit von Edwin Hubble zu verdanken. Mit dem damals grössten Fernrohr, dem 2,5-Meter-Teleskop am Mount-Wilson-Observatorium in Kalifornien, mass er die Geschwindigkeit ferner Galaxien. Ähnlich dem Ton einer Polizeisirene, die tiefer wird, wenn sie sich von uns wegbewegt, erfährt auch ein Lichtstrahl durch den Dopplereffekt eine Verschiebung hin zu einer grösseren Wellenlänge, etwa von Gelb zu Rot. Hubble fand eine stärkere Rotverschiebung, je weiter weg die beobachtete Galaxie war – der überzeugende Beweis, dass sich das All umso schneller ausdehnte, je weiter weg und ­damit je älter die Himmelsobjekte waren. Ein expandierendes Universum gilt seitdem als Tat­sache. Einstein war ehrlich genug, seine kosmologische Konstante als «grösste Eselei» seines Lebens zu bezeichnen.

Zusammen mit den Erkenntnissen der Teilchenphysik ergab sich ein monumentales Bild der Geschichte des Kosmos: Vor 13,7 Milliarden Jahren explodiert ein unvorstellbar kleiner Punkt mit ungeheurer Energie. Innerhalb von Sekundenbruchteilen werden die Gesetze der Natur, die Grundkräfte und die Bausteine der Materie geschaffen. Was aber in den ersten 10-43 Sekunden (eine Null mit 42 weiteren Nullen nach dem Komma, bevor die Ziffer 1 auftaucht) geschieht, können wir mit der heutigen Physik nicht verstehen und erklären. Dieser winzige Sekundenbruchteil ist die kürzestmögliche Zeitspanne, die die Quantenphysik zulässt. Erst das, was nach dieser undurchdringlichen Zeitwand der Erkenntnis passiert, können wir rekonstruieren.

Kosmologen spekulieren, dass der Urknall eine kosmische Urkraft und einen Teilchenbrei bei höllischen Temperaturen von 1032 Grad Celsius produzierte. Bereits eine Zehntausendstelsekunde nach dem Urknall haben sich im Teilchenzoo Protonen und Neutronen, die Bausteine der späteren Atome, gebildet. Das All hat sich auf eine Billion Grad «abgekühlt». Durch die Umwandlungsprozesse sind erste Photonen, also Lichtteilchen, entstanden, die aber vom trüben Teilchenbrei rasch verschluckt werden. Innert der nächsten 380'000 Jahre bläht sich das All weiter auf und wird kälter und kälter. Noch immer ist der Kosmos milchig trüb, denn die Photonen prallen ständig mit Elektronen zusammen und werden so an der Ausbreitung gehindert.

Jetzt entfalten die elektromagnetischen Kräfte ihre Wirkung und lassen die negativ geladenen Elektronen um die positiven Protonen und He­liumkerne schwirren. So entstehen die ersten Atome. Die Temperatur ist mittlerweile auf 2700 Grad Celsius gesunken. Und weil die Elektronen nun eingebunden sind, kann sich das Licht endlich frei ausbreiten. 1965 konnten die Astrophysiker Arno Penzias und Robert Wilson zeigen, dass dieses junge Licht noch heute im Kosmos nachweisbar ist. Mit ihrem Radioteleskop hatten sie ein rätselhaftes Rauschen im Mikrowellenbereich registriert, das sie zunächst als Störstrahlung von der nahen Stadt New York deuteten. Da sie die Mikrowellenstrahlung aber aus allen Richtungen und zu allen Jahreszeiten empfangen konnten, kamen sie zum Schluss, dass dieses Hintergrundrauschen das Überbleibsel der frühen kosmischen Lichterflut sein muss, deren Wellen durch die Expansion des Alls um das Tausendfache auf die Länge von Mikrowellen gestreckt wurden. Die beobachtete Wellenlänge entspricht der Strahlung eines Körpers, der sich auf etwa drei Grad über dem absoluten Temperaturnullpunkt abgekühlt hat. Die Theorie dieser Reststrahlung stimmt mit den bereits zuvor gemachten theoretischen Berechnungen einer 13,7 Milliarden langen Expansion und Abkühlung des Alls überein. Dies überzeugte auch die letzten Zweifler von der Richtigkeit der Urknalltheorie.

In den ersten 14 Millionen Jahren kühlt sich das All bis unter den Gefrierpunkt ab. Das Licht wird schwächer; der Kosmos versinkt in kalter Dunkelheit. Die erste Generation der Atome ist nun über ein riesiges All verstreut, wobei in manchen Regionen etwas mehr Materie schwebt als in anderen. Durch die Schwerkraft rücken benachbarte Atome immer näher zusammen, es bilden sich gigantische Wolken aus Wasserstoff und Helium. 100 Millionen Jahre nach dem Urknall hat sich die Materie zu riesigen Kugeln zusammengeballt, die, getrieben von der Schwerkraft, immer dichter und heisser werden. In ihrem Innern fusionieren Wasserstoffatome zu Heliumkernen: eine Kernverschmelzung. Sie wandelt gemäss der Formel E = mc2 ­einen Teil der Materie in ­Energie um. In der Schwärze des Weltalls beginnen die ers­ten Sterne zu funkeln.

Das All ist schon neun Milliarden Jahre alt und erfüllt von Billionen von Sternen, als in der Milchstrasse ein weiterer Stern zu leuchten beginnt – unsere Sonne. Es ist ihr zufälliges Licht, das Pflanzen die Energie zum Wachsen spendet und dem auch Tier und Mensch die Existenz verdanken. Und just an sein Farbenspektrum hat sich unser Auge angepasst.

So, wie das Weltall einen Anfang hatte, wird es auch ein Ende finden. Was mit unserer Sonne und damit unserem Erdenlicht passiert, lässt sich recht genau vorhersagen. In etwa fünf Milliarden Jahren ist der nukleare Brennstoff der Sonne aufgebraucht. Ihr Kern fällt zusammen. Durch den enorm steigenden Druck in der Materie heizen sich die äusseren Schichten gewaltig auf; das Gestirn wächst um das Mehrhundertfache und wird zum Roten Riesen. Der Gigant stösst seine Gashülle als planetarischen Nebel ab, zurück bleibt ein weisser Zwerg, etwa von der Grösse der Erde, der durch die Restwärme noch weitere Jahrmilliarden leuchtet, bis er erlischt.

Was aber dereinst mit dem Kosmos insgesamt passiert, bleibt Spekulation. Als der Schweizer Fritz Zwicky 1933 entdeckt, dass sich eine Gruppe von fernen Galaxien nicht gemäss der Theorie eines sich gleichmässig ausdehnenden Universums bewegt, postuliert er die Existenz «Dunkler Materie», die durch ihre Schwerkraft die Galaxienrouten beeinflusst. Die Fachkollegen ignorieren Zwickys bizarr erscheinende Idee. Erst als die US-Astronomin Vera Rubin im Jahr 1968 das Kreisen der Sterne im Andromedanebel, der der Milchstrasse am nächsten liegenden Galaxie, im Detail untersucht und herausfindet, dass in der Galaxie zehnmal mehr Materie vorhanden sein muss, als es die Sternmassen vermuten lassen, setzt sich das Konzept der Dunklen Materie in der Astrophysik durch. Weitere Beobachtungen zeigen schliesslich, dass die sichtbare Materie nur den kleineren Teil des Universums ausmacht und dass dieses zur Hauptsache aus Dunkler Materie besteht.

Die Natur solcher Materie ist noch völlig rätselhaft. Die Konsequenzen für die Kosmologie sind indes gravierend. Je nach Menge und Verteilung der Dunklen Materie ergibt sich ein völlig unterschiedliches kosmisches Finale. So könn­ten die Anziehungskräfte der gesamten Materie die Expansion des Alls sukzessive bremsen. Irgendwann käme sie zum Stillstand, und das Geschehen nähme den umgekehrten Weg: Das All würde wieder schrumpfen, Galaxien und Sterne rückten näher und näher, bis das Universum im grossen Endkollaps zum unendlich kleinen und heissen Punkt seiner Geburt zurückkehrte.

Vielleicht aber vermag die im All verteilte Masse die Expansion nicht zu stoppen. Dann dehnt sich das Universum immer weiter aus; die Galaxien und Sterne driften immer weiter auseinander. Nach und nach verglühen die Himmelslichter wie die Kerzen am Christbaum. Die nun extrem diffus verteilte Materie kann keine neuen Sterne mehr bilden. Das All erkaltet in ewiger Dunkelheit.