Ist das Vakuum leer?
Kurz gesagt: nein. Für eine genauere Antwort müssen wir aber definieren, wovon wir sprechen. Das Vakuum des Weltalls hat einen Druck von etwa 10^-19 bar. Je nach Umgebung finden sich pro Liter ungefähr tausend Atome.
Das führt zu ein paar interessanten Eigenschaften, die in der Science Fiction nicht immer korrekt wiedergegeben werden. Da wäre bei sehr hohen Geschwindigkeiten etwa die Tatsache, dass Reibung da durchaus eine Rolle spielt. Der aktuell hitzebeständigste bekannte Stoff ist eine Keramik aus Hafnium, Kohlenstoff und Stickstoff (Hafniumcarbonitrid), die erst bei 4000 Grad Celsus schmilzt.
Ab spätestens einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit wirkt aber jedes einzelne der tausend Wasserstoffatome pro Liter wie ein winziges Geschoss. Die Bewegungsenergie ist dabei so hoch, dass sie die chemischen Bindungen deines Schiffes aufbricht. Gleichzeitig wandelt sich die aufprallende Materie in Gammastrahlung um. Dein Schiff würde also nicht nur verglühen, sondern von innen heraus verstrahlt und zersetzt werden. Selbst Hafniumcarbonitrid hilft da nicht mehr.
Dann können wir also nie schneller als zehn Prozent der Lichtgeschwindigkeit fliegen? Doch! Wir müssen nur die Kollisionen verhindern, etwa mit einem magnetischen Schild. Das braucht aber eine Menge Energie. Wirklich viel …
Ein anderes Phänomen ist der Schall. Er benötigt stets ein Trägermedium, kann sich im freien All also nicht ausbreiten. Explosionen wären nicht zu hören.
Licht hingegen braucht kein Trägermedium. Es breitet sich mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit aus. Das gilt für das gesamte elektromagnetische Spektrum: Röntgen, Gamma, aber auch für Wärmestrahlung (Infrarot).
Wärmeübertragung wiederum kann im Weltall nur über die Strahlung stattfinden, nicht über Konvektion (Ausbreitung durch Berührung). Das führt dazu, dass es im Weltall überraschend hohe Temperaturdifferenzen gibt. Wenn ein Raumschiff der Sonne sehr nahe kommt, wird es auf einer Seite vielleicht von ihrer Wärmestrahlung geschmolzen. Aber was sich im Schatten des Raumschiffs befindet, dessen Temperatur bleibt knapp über dem absoluten Nullpunkt. Schatten sind dabei stets auch sehr scharf definiert. »Halbschatten«, der auf der Erde durch die Beugung des Lichts in der Luft entsteht, kann es im All nicht geben.
Und dann ist da noch die Quantenphysik. Egal, wie leer wir einen Raum pumpen, er wird nie völlig leer sein. Das Universum verhält sich manchmal etwas pubertär. Solange wir hinsehen, bleibt alles ruhig – aber sobald sich das Vakuum allein fühlt, füllt es sich plötzlich mit Teilchen aus dem Nirgendwo. Und das, obwohl wir doch in der Schule den Energieerhaltungssatz lernen mussten, der genau dies verbietet? Quelle dieses kindischen Verhaltens ist die Heisenbergsche Unschärferelation. Zwar verbietet der Energieerhaltungssatz, dass irgendetwas aus dem Nichts entsteht. Doch wenn dieses Etwas nur schnell genug wieder verschwindet, ist es im Grunde nie da gewesen.
Bild: Auf diesem Ultraviolettbild des Galaxy Evolution Explorer der NASA ist ein Runaway-Stern namens CW Leo zu sehen, der durch die Tiefen des Weltraums rast und interstellares Material des kosmischen Vakuums vor sich anhäuft. (Credit: NASA)