Wer „Star Wars“ gesehen hat, kennt das Geräusch: X-Wings rasen durch das Weltall, dazu donnert es im Kino. Macht Spaß, ist aber physikalischer Quatsch. Im echten Weltraum würde dieselbe Szene komplett stumm ablaufen. Warum eigentlich, wenn doch im Vakuum Lichtwellen problemlos unterwegs sind? Hier ist die ausführliche Antwort.

Schall braucht etwas zum Schwingen

Schall ist eine mechanische Welle. Das ist der Schlüssel. Anders als Licht braucht eine mechanische Welle ein Medium, also Materie, die ihre Schwingung weitergeben kann. Wenn ich in die Hände klatsche, drücke ich Luft zur Seite. Diese Luft schiebt die nächsten Luftmoleküle an, die wiederum die übernächsten und so weiter. So pflanzt sich der Druckpuls fort, bis er irgendwann ein Trommelfell trifft und das mit schwingen lässt.

Ohne Moleküle zum Weitergeben passiert nichts. Stell dir eine Reihe Dominosteine vor: nimm die Steine weg, und das Umkippen bleibt aus. Genauso ist es im Vakuum. Es gibt keine Teilchen, die die Bewegung übernehmen könnten.

Das klassische Schulexperiment

Die Standard-Demonstration kennt jeder, der irgendwann in der Mittelstufe Physikunterricht hatte: Man hängt eine elektrische Klingel in eine Glasglocke. Klingel an, Geräusch ist da. Dann pumpt man mit einer Vakuumpumpe die Luft langsam heraus. Je weniger Luft, desto leiser wird die Klingel, obwohl sie weiterhin schlägt, das sieht man durch das Glas. Bei guter Pumpe hört man am Ende nichts mehr, höchstens noch ein leises Brummen, das über die Aufhängung übertragen wird.

Genau dieses Experiment hat Robert Boyle schon im 17. Jahrhundert durchgeführt. Wer es selbst nie gesehen hat: ich habe es früher gerne in der achten Klasse vorgeführt. Es ist eines der wenigen Experimente, bei denen jeder im Raum sofort versteht, worum es geht.

Warum Licht trotzdem reisen kann

Hier ist der Punkt, an dem es spannend wird. Licht ist eine elektromagnetische Welle und braucht kein Medium. Was schwingt da eigentlich? Antwort: das elektromagnetische Feld selbst. Elektrische und magnetische Felder können sich gegenseitig anregen und so durch leeren Raum laufen, sogar mit der höchsten möglichen Geschwindigkeit überhaupt, also rund 300.000 Kilometer pro Sekunde.

Bis ins späte 19. Jahrhundert haben Physiker noch geglaubt, auch Licht müsse ein Medium brauchen, den sogenannten „Lichtäther“. Das berühmte Michelson-Morley-Experiment von 1887 hat aber gezeigt: gibt es nicht. Licht kommt ohne Trägermedium aus. Schall nicht.

Wie viel Vakuum braucht es?

Tatsächlich gibt es im Weltraum nicht das absolute Nichts. Im interstellaren Raum schweben immer noch ein paar Atome pro Kubikzentimeter, im interplanetaren Raum etwas mehr. Theoretisch könnte ein Schallpuls also weitergegeben werden, wenn die Teilchen sich treffen würden. Praktisch sind die Abstände zwischen den Teilchen so groß, dass eine Welle, wie wir sie uns vorstellen, nicht entsteht. Statt einer durchlaufenden Schwingung gibt es nur vereinzelte Stöße, die nicht koordiniert sind.

Schon auf der Internationalen Raumstation gilt: hätte ein Astronaut auf einem Außeneinsatz keinen Funk, könnte er den Astronauten neben sich nicht hören, selbst wenn der direkt brüllt. Helmkontakt herstellen, dann wandert der Schall über die Materialien beider Helme weiter, und man kann sich verständigen. Funktioniert wirklich, ist aber kein Standardverfahren.

Was im Weltall trotzdem rauscht

Genau genommen „hört“ man bei Raumsonden manchmal Geräusche aus dem All. Das sind aber keine Schallwellen, sondern elektromagnetische Signale, die nachträglich in Töne umgewandelt wurden. NASA und ESA machen das, um Plasmawellen oder Magnetfeldvariationen für Menschen zugänglich zu machen. Klingt manchmal mystisch, ist aber im physikalischen Sinn keine „Geräusch-Aufnahme“ wie aus einem Mikrofon, sondern eine Übersetzung.

Kleines Gedankenexperiment zum Schluss

Wenn auf dem Mars ein Stein abrutscht und du daneben stehst, hörst du etwas, weil die Marsatmosphäre zwar dünn, aber nicht null ist. Es klingt für unsere Ohren ungewohnt: tiefer, leiser, ein bisschen „gedämpft“. Der Rover Perseverance hat tatsächlich Audioaufnahmen mitgebracht, die genau das zeigen. Auf dem erdähnlichen Mond dagegen, der praktisch keine Atmosphäre hat, würde derselbe Stein lautlos kullern.

Klassische Physik in einem Bild: ohne Mitspieler keine Welle. Eigentlich logisch. Aber wer im Kino aufwächst, muss erst einmal umgewöhnen.

Eine kleine Geschichte des Vakuums

Die Frage, ob es überhaupt ein Vakuum geben kann, hat Physiker und Philosophen jahrhundertelang beschäftigt. Aristoteles war überzeugt: die Natur scheue das Vakuum. Bis ins 17. Jahrhundert hat man das geglaubt. Erst Evangelista Torricelli hat 1643 mit einer Quecksilbersäule gezeigt, dass über der Säule ein Raum entsteht, in dem nichts mehr ist. Otto von Guericke hat dann in Magdeburg sein berühmtes Halbkugel-Experiment vorgeführt: zwei zusammengelegte Metallhalbkugeln, Luft rausgepumpt, anschließend ließen sich selbst 16 Pferde nicht trennen.

Das Magdeburger Experiment ist übrigens auch akustisch interessant, weil die Halbkugeln, einmal evakuiert, bei einem starken Schlag von außen einen erstaunlich dumpfen Klang abgeben. Außen schwingt das Material, innen kann sich der Schall nicht ausbreiten. Wenn man die Hand auflegt, spürt man die Vibration, aber das Ohr daneben hört kaum etwas.

Schallgeschwindigkeit und Dichte

Eine schöne Konsequenz aus der Tatsache, dass Schall ein Medium braucht: seine Geschwindigkeit hängt davon ab, wie eng die Teilchen zusammensitzen. In Luft auf Meereshöhe sind es etwa 343 Meter pro Sekunde. In Wasser, einem viel dichteren Medium, fast 1500. In Stahl sogar rund 5000. Wer also schon mal die Schiene angefasst hat, bevor der Zug ankam, hat das selbst gespürt: in der Schiene reist der Schall viel früher zum Ohr als durch die Luft.

Das ist auch der Grund, warum Wale über Hunderte Kilometer kommunizieren können. Wasser leitet Schall ausgezeichnet, und Wale nutzen das Tieftonfenster, in dem Absorption besonders gering ist. Vakuum-frei sozusagen.