NASA, ESA, STScI
Quatsch! Das ganze Universum soll mit einem großen Knall begonnen haben? Einem „Big Bang“? Als ob es damals einfach „Peng!“ gemacht hätte … Was für ein Unsinn! So oder so ähnlich schimpfte ein Wissenschaftler, der von der Urknall-Theorie überhaupt nichts hielt. Und unfreiwillig hat er ihr so den Namen gegeben: der Theorie vom „Big Bang“. Heute sind sich die meisten Fachleute einig, dass die Urknall-Theorie stimmt. Den Urknall kann man sich wie eine Explosion vorstellen. Aber was soll da explodiert sein? Schließlich war ja – immer der Theorie zufolge – vorher nichts da. Fachleute vermeiden daher den Begriff der „Explosion“. Aber wie sind sie überhaupt auf die Idee von einem „Big Bang“ gekommen? Und wie soll sich diesen Überlegungen zufolge das Universum danach entwickelt haben?
NASA, ESA, STScI
Was vor dem Urknall war und was genau zu diesem Zeitpunkt geschah, weiß niemand. Nun ja, „wissen“ weiß man ohnehin nichts davon. Schließlich ist keiner damals dabei gewesen. Doch die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben Modelle entwickelt. Vor allem für das, was nach dem Urknall passiert ist – und zwar schon für die ersten Sekundenbruchteile. Sogar für Bruchteile von Bruchteilen einer Sekunde. Ungeheuer heiß ist das junge Universum – immer dieser Theorie zufolge – damals gewesen. Und ungeheuer schnell hat es sich ausgedehnt. Eben war es noch so klein, dass es in deine Hosentasche gepasst hätte. „Was hast du denn da in der Tasche?“ „Ach, nur so ein Universum …“ Doch sofort dehnte es sich blitzartig aus. Diese superschnelle Ausdehnung des Universums innerhalb des ersten Bruchteils einer Sekunde wird „Inflation“ genannt. Und die Theorie von der Inflation löste einige Probleme, über die man in der Wissenschaft bis dahin gegrübelt hatte.
Der Urknall und die blitzschnelle Ausdehnung hätten allerdings zu „Wellen“ führen müssen – die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sprechen von „Gravitationswellen“. Man kann sie sich vorstellen wie die Wellen, die ein schnell fahrendes Schiff im Wasser auslöst – nur dass sich hier die Wellen durchs All ausbreiten. Schon Albert Einstein hatte diese Gravitationswellen vorausgesagt. Und jetzt kommt der Hammer: Im Februar 2016 gaben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bekannt, diese Wellen gemessen zu haben. Dabei handelte es sich allerdings um Gravitationswellen, die durch die Kollision von zwei Schwarzen Löchern ausgelöst wurden. Aber immerhin: Mit dieser sensationellen Entdeckung steht fest, dass es Gravitationswellen gibt und dass wir sie nachweisen können. Man darf gespannt sein, was dadurch künftig noch alles entdeckt wird – vielleicht auch über die Frühzeit des Universums. Zu einer anderen Entdeckung, die die Urknall-Theorie bestätigt, kommen wir gleich.
Nach der superschnellen Inflation ging es mit der Ausdehnung des Universums weiter – jetzt aber nicht mehr so schnell. Immer noch war das Universum unvorstellbar heiß. Atome konnten sich da nicht bilden. Nur die Bausteine, aus denen sie bestehen: die sogenannten Elementarteilchen. Nach ein paar Minuten fügten sie sich zu ersten Atomkernen zusammen. Und es gab auch schon die Elektronen, die normalerweise um einen Atomkern kreisen. Allerdings waren die Atomkerne und die Elektronen anfangs noch so schnell unterwegs, dass sie nicht zusammenfanden, sondern nur nervös in der Gegend herumflitzen.
Manche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler würden übrigens bei solchen Sätzen graue Haare bekommen, weil wir das alles hier sehr stark vereinfacht haben. Andere haben schon graue Haare und werden sie sich jetzt wahrscheinlich raufen. Aber das soll nicht euer Problem sein.
Das frühe Universum bestand also aus Atomkernen und aus Elektronen. Und aus jeder Menge Energie in Form von Photonen, also Lichtteilchen. Doch die Lichtteilchen kamen durch den ganzen „Brei“ aus Elektronen nicht durch. Deshalb war das Universum praktisch undurchsichtig.
Bis sich das änderte, dauerte es rund 400.000 Jahre. Inzwischen hatte sich das Universum so weit ausgedehnt, dass es dabei immer weiter abkühlte. Und erst dadurch konnten die Atomkerne die Elektronen einfangen und jetzt echte Atome bilden. Bei diesem Vorgang – so die Theorie – hätte jede Menge Strahlung freigesetzt werden müssen. Und eigentlich – so die Theorie weiter – müsste man diese Strahlung noch heute im Universum nachweisen können. Nur ganz schwach, doch mit sehr empfindlichen Antennen müsste sie zu empfangen sein – nicht aus einer bestimmten Richtung, sondern aus allen Richtungen, von überall. Tja, und genau eine solche empfindliche Antenne wurde 1964 in Betrieb genommen. Eigentlich hatte sie ganz andere Aufgaben: Sie sollte die Signale von Satelliten aufzeichnen. Aber bei ersten Tests gab es da immer ein seltsames Rauschen, eine störende Strahlung. Zwar nur ganz schwach, aber von überall am Himmel. Es war genau diese Strahlung, die von der Urknall-Theorie vorhergesagt worden war!
Als die ersten Atomkerne und danach auch ganze Atome entstanden, bildeten sich nur zwei ganz einfache chemische Elemente, nämlich Wasserstoff und Helium. Alle anderen chemischen Elemente entstanden erst später. Doch das genügte, um die ersten Sterne zu formen. Das muss etwa 200 Millionen Jahre nach dem Urknall passiert sein.
Ganz nebenbei: Erstaunlich, dass das alles so passiert ist! Wäre die Kraft, mit der sich kleinste Teilchen und Atome gegenseitig anziehen, etwas anders beschaffen: Es wäre nie zu all dem gekommen! Die Kräfte, die alles zusammenhalten, sind gerade so stark, dass Materie so ist, wie wir sie kennen. Wären sie beispielsweise schwächer, würde dein Fuß, wenn du damit einen Ball schießt, einfach durch den Ball hindurchgehen. Ganz abgesehen davon, dass es dich in einem solchen Universum mit etwas anderen Bedingungen gar nicht geben würde. Und auch keine Fußbälle! Nie wäre da der FC Bayern deutscher Meister geworden! Kein einziges Mal! Aber eben auch nicht Schalke oder sonst jemand.
Doch unsere Welt ist, wie sie ist. Damit aber ein Planet wie die Erde überhaupt entstehen konnte, musste erst noch etwas passieren: Denn Wasserstoff und Helium – die ersten Elemente – genügten da allein nicht. Erst im Inneren der ersten Sterne bildeten sich nach und nach andere chemische Elemente. Doch auch Sterne strahlen nicht ewig. Und wenn sie dann nach einigen Millionen oder Milliarden Jahren am Ende ihrer Lebenszeit ausgebrannt waren und explodierten, setzten sie Gas- und Staubwolken frei, die diese neuen Atome in sich trugen. Diese kleinen Partikel zogen sich gegenseitig an und ballten sich allmählich wieder zu neuen Sternen zusammen, in denen dann weitere Elemente „gebacken“ wurden. Und erst so kamen die Bausteine des Lebens in die Welt …
Damit sind wir auf unserer kurzen Reise vom Urknall bis heute am Ziel angekommen. Tja, so schnell kann das gehen – wenn man wie gesagt alles sehr stark vereinfacht. Wenn ihr mehr darüber wissen wollt: Es gibt spannende Bücher zum Thema Urknall und zum Rest des Universums. Und natürlich auch noch viele spannende Dinge, die ihr hier in DLR_next entdecken könnt. Zum Beispiel die schönsten Bilder aus dem Universum, die wir hier für euch zusammengestellt haben ...
