Das Universum - unsere Heimat!

Von Holger M. Pohl

Kleines Vorwort:

Jeder, der sich mit Science Fiction beschäftigt, kommt nicht umhin, sich auch irgendwann mit Astronomie und Kosmologie zu beschäftigen. Er wird in Bücher schauen, die mit diesen Themen zu tun haben. Allerdings wird er diese Bücher weniger lesen, denn sie studieren. Die meisten dieser Bücher sind nämlich derart hoch wissenschaftlich verfasst, dass ein Otto Normalschüler keine Chance hat, sie auch nur annähernd zu verstehen - mag er auch noch so interessiert sein. Es gibt nur wenige Bücher, die auch für einen Laien verständlich und zu verstehen sind.
Meine Artikel zu den Themen werden keine langen Texte sein, es sollen einfache und hoffentlich verständliche Texte zur Astronomie und Kosmologie sein. Vor allem werde ich mich an den Ratschlag eines der ganz Großen aus der Szene halten - denn was der befolgt hat, kann für mich nicht falsch sein!
Stephen W. Hawking sagte: Jede Formel halbiert die Leserschaft!

Beginnen möchte ich mit dem, womit alles nach der gängigsten Theorie seinen Anfang nahm.
HMP

BIG BANG - DER URKNALL

Das Universum ist groß, verdammt groß. Oder um es mit den uns allen bekannten Worten zu sagen: "Der Weltraum - unendliche Weiten!"
Spätestens seit Hubble wissen wir das. Ich meine damit nicht das Weltraumteleskop, sondern den Astronom Edwin Powell Hubble (20.11.1889 - 28.9.1953), nach dem dieses Teleskop benannt ist. Er entdeckte die Rotverschiebung im Licht ferner Galaxien, die die meisten Wissenschaftler als Beweis dafür ansehen, dass unser Universum sich ausdehnt.
Diese Rotverschiebung wird als Doppler-Effekt interpretiert. Denn Doppler-Effekt kennt jeder aus dem Alltag:
Der Ton eines sich uns nähernden Fahrzeugs ist durch die zusammengedrückten Schallwellen in eine höhere Frequenz "verschoben". Entfernt sich das Fahrzeug von uns, werden die Schallwellen gedehnt und der Ton in eine tiefere Frequenz "verschoben".
Beim Licht interpretiert man dies ähnlich:
Das Licht einer sich entfernenden Galaxis ist ins Rot, das einer sich nähernden Galaxis ins Blau verschoben. Für Hubble war das der Beweis, dass unser Universum sich ausdehnt, denn außer lokalen Ereignissen ( so z. B. nähert sich der Andromeda-Nebel unser Milchstraße) wurde nirgendwo im Weltall eine durchgehende Annäherung entdeckt. Alle Galaxien scheinen sich - von diesen lokalen Ereignissen abgesehen - von uns zu entfernen. Ergo, das Weltall dehnt sich aus.
Diese Ausdehnung muss irgendwann einen Anfang gehabt haben. Das am weitesten verbreitete und am meisten akzeptierte Modell dieses Anfangs ist der BIG BANG, der Urknall. Alle Energie und alle Materie war in einem Punkt von unendlicher Winzigkeit konzentriert, der sogenannten Ursingularität, und bahnte sich zu einem bestimmten Zeitpunkt im Urknall einen Weg, um zu unserem heutigen Universum zu führen.
Doch der Urknall hat sich sein Hauptproblem selbst geschaffen. Mit den uns bekannten physikalischen Erkenntnissen kommen die Wissenschaftler nämlich nicht an den Zeitpunkt heran, an dem der Urknall statt gefunden hat - oder haben soll. Es fehlen lächerliche 10 hoch -43 Sekunden! Ein winzigster Zeitraum, denn die Wissenschaftler nicht erklären können. Die Gesetze der uns bekannten - wenn auch für Otto Normalschüler nicht verständlichen - Physik haben in diesem Zeitraum nach dem Urknall keine Gültigkeit mehr.
Diese 10 hoch -43 Sekunden nennt man auch die "Planck-Zeit". Dieser Zeitraum würde zu irgendeinem Zeitpunkt der nun schon rund 15 Mrd. Jahre währenden Geschichte unseres Universums keine, nicht die geringste Rolle spielen. Aber es handelt sich eben nicht um irgendeinen Zeitpunkt, sondern um jenen Zeitraum, der sich unmittelbar an den Urknall anschloss. Diese 10 hoch -43 Sekunden sind also von existentieller Bedeutung für die Theorie des BIG BANG. Solange nicht erklärt werden kann, was sich in der Planck-Zeit abspielte, wird der Urknall eine Theorie bleiben. Zwar die gängigste aller Theorien, aber doch nur graue Theorie.

Der Urknall und was danach geschah 0 - 10 hoch -43 Sekunden: Die sogenannte Planck-Zeit. Durch keine Theorie, nicht einmal in Ansätzen, lässt sich dieser Zeitraum erfassen. Es besteht die Hoffnung, eines fernen Tages, wenn die Quantentheorie der Gravitation entwickelt wurde, diesen Zeitraum erklären zu können. Doch bis dahin ...
10 hoch -34 Sekunden nach dem Urknall: Die Temperatur sinkt unter 10 hoch 28 K. Die inflatorische Epoche des jungen Universums beginnt. In einem Zeitraum von 10 hoch -32 Sekunden vergrößert sich das Universum um den Faktor 10 hoch 50. Das Universum besteht aus einer sehr heißen Suppe von Hadronen, eine Sorte von Elementarteilchen, und Lichtteilchen, den Photonen. Das Verhältnis der Teilchen und deren Antiteilchen ist noch im Gleichgewicht. Erst gegen Ende der Hadronen-Ära gewinnen die Teilchen ein Übergewicht:
Auf 1 000 000 001 Materieteilchen kommen 1 000 000 000 Antiteilchen - so dass am Ende etwas übrig bleibt und nicht nur Energie, die entsteht, wenn Teilchen und Antiteilchen sich treffen und zerstrahlen.
10 hoch -10 Sekunden nach dem Urknall: Das Universum ist immer noch ziemlich undurchsichtig, sprich es besteht in erster Linie aus Strahlung. Es bilden sich Protonen, Neutronen und Mesonen. Die Temperatur liegt bei 10 hoch 16 K.
10 hoch -6 Sekunden nach dem Urknall: Die Temperatur liegt bei etwa 10 hoch 13 K. Ab diesem Zeitpunkt ist die Geschichte des Kosmos physikalisch exakt erklärbar und gesichert beschreibbar.
10 hoch -4 Sekunden nach dem Urknall: Quarks verbinden sich zu Protonen und Neutronen 1 Sekunde nach dem Urknall: Protonen schließen sich zu Kernen des Wasserstoffs, Heliums, Lithiums und Deuteriums zusammen. Die Neutrinos lösen sich von der Materie. Es herrschen angenehme 10 hoch 9 K.
100 Sekunden nach dem Urknall: Das Universum besteht zu etwa 75 % aus Wasserstoff und rund 25 % Helium - der Rest sind schwere Elemente, Metalle im Jargon.
180 Sekunden nach dem Urknall: Materie und Strahlung koppeln sich aneinander. Es ist noch recht warm: 10 hoch 9 K.
300000 Jahre nach dem Urknall: Materie und Strahlung entkoppeln sich. Die Materie, bisher nur Gaswolken, beginnt zu kondensieren. Die Kerne und Elektronen beginnen sich zu Atomen zusammen zu schließen. Wir haben kühle 3000 K - und das Universum wird dunkel. Es wird durchsichtig, so wie wir es heute kennen. Aus jener Zeit stammt die berühmte Hintergrundstrahlung von 3 K.
1 Milliarde Jahre nach dem Urknall: Aus Materieanhäufungen bilden sich Sterne, Protogalaxien und Quasare. Es ist 18 K kalt ...

Im zweiten Teil des Urknall-Kapitels möchte ich mich dann mit dem Big Bang selbst ein wenig näher befassen.

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