ShoulderOfOrion 30.11.-0001, 00:00 Uhr 3 8

So ein Urknall kann schon mal passieren

Es gibt da so eine Idee, die ist schon ein wenig befremdlich: Der Urknall. Was soll das eigentlich? Eine Spurensuche.

Mama, woher kommen die kleinen Universen?


Es gibt da so eine Idee, die dem Menschen einst gekommen ist, die ist schon ein wenig befremdlich: Der Urknall. Erst soll da irgendwie gar nichts sein und dann plötzlich ist da ein ganzes Universum mit Galaxien, Sternen, Planeten und Privatfernsehen! Wie soll das denn gehen und woher will man das eigentlich alles so genau wissen? Fragen, die durchaus viele Menschen interessieren. Aber auch Fragen, die weit weg sind vom täglichen Leben und von der persönlichen Erfahrungswelt. Stellen wir diese Fragen trotzdem!

Der Ursprung von der Idee vom Ursprung

Das Konzept einer Entstehung der Welt ist dem Menschen lange vertraut. In mythischen Weltbildern steht häufig eine Schöpfung oder Trennung am Anfang, durch welche aus einem Zustand des Chaos oder der Leere ein lebensfreundlicher Raum entsteht. Die Wissenschaft sah dies lange Zeit anders. Solange es keine astronomischen Beobachtungen gab, die nicht mit einem ewig unveränderlichen (statischen) Universum vereinbar waren, erschien ein solches Universum den Physikern einfacher und logischer als eine dynamische Welt mit einem Anfang und vielleicht sogar einem Ende. Auch Einstein war lange Zeit der festen Überzeugung, die Objekte im Universum (etwa die Erde und das Leben) würden zwar ständiger Entwicklung und Veränderung unterliegen, aber das Universum an sich wäre statisch. Insbesondere existiere das Universum schon immer in seiner heutigen Form und würde auch bis in alle Ewigkeit fortbestehen. Die Wissenschaft würde sich nur dann für ein komplizierteres Weltbild entscheiden, wenn eine wissenschaftliche Erkenntnis dies zwingend erforderlich machen würde. Grundlage für eine solche Beobachtung waren zwei große Fortschritte in der Astronomie: Es mag unscheinbar klingen, aber je besser es dem Menschen gelang, Entfernung und Geschwindigkeit von Sternen und anderen Objekten im Weltall zu bestimmen, umso seltsamer und unverständlicher wurde das Universum. Am Ende dieses Prozesses stand die Gewissheit, dass das Universum sich in der Tat verändert. Auch Einstein gab seinen Widerstand gegen diese Erkenntnis auf. Um zu verstehen, wie entscheidend diese Fortschritte waren und wie sehr die entsprechenden Beobachtungen an dem vorherrschenden Weltbild rüttelten, muss man ein wenig ausholen:

Das Sehen eines Gegenstands, so trivial es klingen mag, beruht darauf, dass Licht von diesem Gegenstand unser Auge oder ein Messinstrument erreicht. Es spielt dabei keine Rolle, ob der Gegenstand von sich aus leuchtet (wie die Sonne), oder Licht von einer anderen Quelle reflektiert (wie beim Mond). Da aber das Licht sich "nur" mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, braucht es eine gewisse Zeit um von dem Objekt zum Beobachter zu gelangen. Wir sehen das Objekt also nicht so, wie es gerade in diesem Moment aussieht, sondern so, wie es aussah, als das Licht ausgesandt wurde. Man schaut also in die Vergangenheit! Das heißt aber auch, je weiter ein Gegenstand von dem Beobachter entfernt ist, umso weiter schaut man in die Vergangenheit zurück. Das Licht ist dabei schon unglaublich schnell, die Lichtgeschwindigkeit beträgt 300000 Kilometer pro Sekunde. Deshalb spielt dieser Effekt in unserem Alltag keinerlei Bedeutung. Das Universum ist aber vor allem eins, nämlich groß. Wenn wir den Mond betrachten, schauen wir etwas mehr als eine Sekunde in die Vergangenheit (langweilig!), bei der Sonne sind es immerhin schon gute acht Minuten und beim Stern Beteigeuze sind es 640 Jahre. Verlassen wir unsere eigene Galaxie, die Milchstraße, so sehen wir etwa die Andromedagalaxie 2.5 Millionen Jahre in der Vergangenheit und bei den "Quasaren" sind es schon mehr als eine Milliarde Jahre. Schaut man also mit einem Teleskop in den Himmel, so schaut man in die Vergangenheit, aber was genau hat das jetzt mit dem Urknall zu tun?

Die Astronomie war also, wie gesagt, zunehmend in der Lage, von einer Vielzahl von Objekten Entfernung und Geschwindigkeit zu bestimmen. Und auf einmal, so um 1930, verstand man die Welt nicht mehr! Zum einen stellte man fest, dass sich ab einer bestimmten Entfernung alle Objekte von der Erde wegbewegen und zwar umso schneller, je weiter sie von uns entfernt sind. Diese Beobachtung kann so interpretiert werden, dass das gesamte Universum sich ausdehnt und dadurch der Raum zwischen zwei Objekten immer größer wird. Zum anderen zeigte sich, dass man bestimmte Arten von Objekten entweder nur in der näheren Umgebung der Milchstraße (welche die Sonne und damit auch die Erde beinhaltet) beobachtet, oder aber gerade dort nicht, sondern nur sehr weit entfernt. Wie oben geschrieben, ist Entfernung aber gleichzusetzen mit einem Blick in die Vergangenheit. Kurz gesagt heißt das also: Früher sah es im Universum anders aus, es muss sich entwickelt haben und kann also nicht statisch sein. Zusammen mit der beobachteten Ausdehnung ergibt sich also das Bild, dass das Universum früher kleiner gewesen sein musste und sich die Objekte innerhalb des Universums in früheren Zeiten (Milliarden Jahre) deutlich von denen unterscheiden, die wir heute vorfinden. Diese Schlussfolgerungen sind aber zunächst nicht zwingend, man kann auch alternative Erklärungen finden und in der Tat waren zunächst einige Physiker genau darum bemüht. Man wollte sich nicht so schnell von der Vorstellung eines statischen Universums lösen.

Wenn man aber für den Moment annimmt, dass die Schlussfolgerungen korrekt sind, so stellt sich automatisch die Frage nach einem Anfang. Ein wachsendes Universum war selbstverständlich früher kleiner, damit aber auch heißer. Heißer, weil die gesamte Energie im Universum auf engstem Raum konzentriert war. Im Extremfall begann das Universum vor ein paar Milliarden Jahren als winziger Punkt mit unvorstellbar hoher Temperatur und begann dann plötzlich sich auszudehnen und dadurch abzukühlen. Und genau diese Vorstellung bezeichnet man als den Urknall.

Tolle Idee, könnte man sagen, macht sich bestimmt gut in einem Science-Fiction Roman. Aber wie konnte sich die Idee des Urknalls bis heute gegen alle alternativen Erklärungsversuche durchsetzen und kann sich die Physik wirklich sicher sein, dass es den Urknall gab? Wie immer will ja mal wieder niemand etwas gesehen haben. Begeben wir uns auf Spurensuche.

Kosmische Detektivarbeit und am Ende ein Beweisfoto

Also eins nach dem anderen. Wie konnte sich diese unglaubliche Idee durchsetzen? Natürlich erklärte der Urknall die gemachten Beobachtungen, insbesondere die Expansion des Weltalls. Aber das hilft nicht wirklich weiter, denn genau wegen dieser Beobachtung wurde ja das Urknallmodell entwickelt. Diese jetzt als Beweis heranzuziehen wäre, sagen wir mal, ein wenig geschummelt. Das Urknallmodell musste Vorhersagen machen, für die es ursprünglich nicht gedacht war. Und genau auf diese Weise gelang dem Urknallmodell der Durchbruch. Neben einigen weiteren Indizien gelten heute besonders zwei bestätigte Vorhersagen als entscheidende Hinweise für die Gültigkeit des Urknallmodells. Um diese zu verstehen, muss man versuchen sich vorzustellen, wie es im jungen Universum ausgesehen hat. Das junge Universum war sehr klein. Für menschliche Maßstäbe begann es als winziger Punkt. Alle Materie und Energie, die wir heute im Universum beobachten, waren aber bereits im Universum enthalten, aber eben sehr stark komprimiert. Wenn diese Vorstellung der Realität entspricht, dann muss es unglaublich heiß gewesen sein im jungen Universum! Hier ist nicht die Rede von ein paar tausend Grad Celsius und auch nicht von ein paar Millionen. Die Temperaturen müssen absolut unvorstellbar (aber dennoch berechenbar) gewesen sein. Es müsste so heiß gewesen sein, dass die Elementarteilchen sich nicht zu Atomen verbinden konnten. Im Universum existierte also eine Mischung aus ungebundenen Elementarteilchen und purer Energie. Aber mit dem Urknall setzte auch das Wachstum des Universums ein und so wurde die Materie und Energie auf einen immer größeren Raum verteilt, wodurch das Universum immer weiter abkühlte. Unterhalb einer bestimmten Temperatur können sich die Elementarteilchen dann zu Atomen zusammenfinden. In erster Linie sollte es sich hierbei um das einfachste aller Atome handeln: Wasserstoff. Aber solange die Temperatur noch hoch genug ist, können sich aus diesem Wasserstoff auch Helium und winzige Spuren weiterer leichter Elemente bilden. Alle schwereren Elemente, etwa die für das Leben so wichtigen Elemente Sauerstoff und Kohlenstoff, müssen später im Inneren von Sternen "erbrütet" werden. Mithilfe des Urknallmodells kann nun genau berechnet werden, in welchem Verhältnis zueinander Wasserstoff und Helium entstanden sein sollten - und dieser Wert stimmt tatsächlich mit astronomischen Beobachtungen überein. Außerdem senden sehr heiße Objekte eine intensive Strahlung aus, man denke an Glühbirnen oder die Sonne. Überall im jungen, heißen Universum müsste so eine intensive Strahlung existiert haben. Da man, wie jetzt mehrfach erwähnt, mit Hilfe von astronomischen Beobachtungen in die Vergangenheit schauen kann, müsste sich diese Strahlung auch heute noch nachweisen lassen. Das Urknallmodell sagt dabei ganz genau voraus, wie diese Strahlung aussehen und wie stark sie sein sollte. Die erste Messung eben dieser Strahlung, "das Beweisfoto", wurde später mit dem Nobelpreis honoriert.

Na, dann ist ja jetzt alles klar, oder?

Astronomische Beobachtungen scheinen das Urknallmodell bestens zu bestätigen. Kann man jetzt also mit absoluter Sicherheit sagen, dass es den Urknall gegeben hat? Nein, natürlich nicht. Und strenggenommen tut die Physik das auch nicht. Das Urknallmodell ist genau das: Ein Modell. Es erklärt uns die Welt, die wir um uns herum sehen - und das tut es erstaunlich gut. Ob der Urknall aber tatsächlich in der Form stattgefunden hat, lässt sich aus heutiger Sicht kaum klären, man stellt den Urknall schließlich nicht mal eben im Labor nach. Außerdem werden dem Universum in der heutigen Formulierung des Urknallmodells einige "Zutaten" hinzugefügt (z.B. Dunkle Materie und Dunkle Energie), deren Existenz bislang nicht überprüft werden konnte. Viele Fragen bleiben also noch offen. Eins kann aber als sicher gelten: Die astronomischen Beobachtungen sprechen so sehr für den Urknall, dass jeder Alternativvorschlag zunächst erklären müsste, warum das Universum heute so aussieht, als hätte es mit einem Urknall begonnen.

Bonuslevel: Wer A sagt, muss auch B sagen

Jetzt könnte man sagen: "Na gut, von mir aus. Dann gab es eben etwas, das so aussah wie ein Urknall.". Aber an einer abschließenden Frage kommt man tatsächlich nicht vorbei: Wo Licht ist, ist auch Schatten und wo es einen Anfang gab, da ist vielleicht auch ein Ende nicht weit. Ist also ein dynamisches Universum zwangsläufig dem Untergang geweiht? Wie das Universum in ferner Zukunft aussehen wird, ist heute reine Spekulation. Es gibt hierzu viele Ideen, aber solange das Urknallmodell noch Zutaten enthält, die nicht wirklich verstanden sind (insbesondere die schon erwähnte Dunkle Energie), gibt es in dieser Frage keine Gewissheit. Es wäre denkbar, dass das Universum sich immer weiter ausdehnt und dabei immer kälter und leerer wird, bis es schließlich lebensfeindlich ist. Es wäre auch denkbar, dass das Universum es sich irgendwann anders überlegt und anfängt sich wieder zusammenzuziehen und quasi zu seinem Ursprungszustand zurückzukehren. Vielleicht bleibt es aber auch "ewig" bestehen und in ferner Zukunft haben die Sterne allen Wasserstoff verbraucht (Wasserstoff ist praktisch der "Treibstoff" der Sterne, ist er aufgebraucht, hören sie auf zu leuchten), was aus dem Universum einen dunklen und trostlosen Ort machen würde. Aber wie gesagt, dabei handelt es sich um reine Spekulation und es könnte auch ganz anders kommen. Aber an der Frage selber kommt man nach der Einführung des Urknalls nicht mehr vorbei.

So viel zu diesem kleinen Ausflug an den Anfang des Universums und der Zeit. Natürlich gibt es noch so viel mehr zum Urknall zu sagen, aber das haben andere schon besser getan, als es hier gelingen könnte. Für einen ersten Überblick sollte es jedoch reichen und wenn jemand bis hierher durchgehalten hat, dann hat sich der Text vielleicht bereits gelohnt.


Tags: Urknall, jetzt.de, Jetzt
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3 Antworten

Kommentare

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  • 0

    Super geschrieben! Vielen Dank!

    07.02.2016, 14:21 von Gluecksaktivistin
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    Ich finde das eine verständliche Erklärung. Hatte das mit dem Urknall nie wirklich kapiert, aber so leuchtet es ein ...

    06.02.2016, 13:21 von alter_hund
    • 0

      Das freut mich. Ist ja auch wirklich sehr weit weg von unserer "Alltagserfahrung".

      06.02.2016, 16:38 von ShoulderOfOrion
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