Urknall

Der Urknall ist der absolute Anfangspunkt unseres Universums, mit ihm begannen Raum und Zeit überhaupt erst zu existieren, davor gab es Nichts. Ob er tatsächlich stattgefunden hat, können wir natürlich nie mit Sicherheit wissen, denn niemand hat ihn ja miterlebt. Aber aus gewissen astronomischen Beobachtungen und Messungen können wir ein Modell herleiten, wie wohl alles begann und was seither passiert ist.

Diese Erkenntnisse sind noch recht frisch, noch nicht einmal 100 Jahre alt, und haben unsere Vorstellungen von der Welt, die uns umgibt, gründlich verändert. Aber was sind schon 100 Jahre im Vergleich mit dem Alter des Weltalls, das heute auf 13,7 Milliarden Jahre geschätzt wird? So unvorstellbar es auch ist, dass das gesamte Universum mit all seinen Sternen und Galaxien mit einem großen Knall plötzlich da war und sich seitdem ausbreitet, wir haben keine bessere Idee anzubieten als eben diesen Urknall.

Auf dieser Seite erfährst du, wie (möglicherweise) alles begann, und auch, wie es einmal enden könnte mit uns und unserem verrückten Universum.

Überlegungen dereinst

Noch bis vor 100 Jahren glaubte man, wir würden in einem statischen Universum leben, also einem, das sich so gut wie nicht verändert. Andere Galaxien außerhalb unserer Milchstraße waren noch nicht bekannt. Die Nebelfleckchen am Himmel wurden als Gaswolken innerhalb der Milchstraße gedeutet.

Alle Sterne, die wir am Himmel sehen, gehören zu unserer Galaxis, und so schien es, als fülle sie allein das Universum aus. Tatsächlich aber sind wir von zahllosen anderen Galaxien umgeben, die viele Millionen Lichtjahre von uns entfernt sind und uns deshalb am Himmel wie diffuse Flecken ohne Details erscheinen.

Die Beobachtungstechnik wurde enorm verbessert, die Teleskope wurden immer größer. Die verwaschenen Flecken am Himmel ließen sich nun in Einzelsterne auflösen. Dabei stellte sich heraus, dass es viele Milliarden anderer Galaxien gibt und diese ebenso wie die Milchstraße wiederum aus Milliarden Sternen bestehen. Auch ihre Entfernungen und Geschwindigkeiten konnten nun gemessen werden.


Erkenntnisse heute

Dabei stellte man etwas ganz Merkwürdiges fest: fast alle Galaxien bewegen sich von uns weg! Und das sogar umso schneller, je weiter sie von uns entfernt sind! Sind wir also doch der Mittelpunkt des Universums, wie früher angenommen wurde? Ist die Erde der Mittelpunkt der Welt, und alles dreht sich nur um sie?

Aber nein, in Wahrheit befindet sich immer der Beobachter im Mittelpunkt. Alles andere bewegt sich von ihm weg, egal ob er sich auf der Erde oder in einer fernen Galaxie befindet. Überall ist der gleiche Effekt zu beobachten. Der Raum um uns herum dehnt sich aus, überall gleichmäßig und in alle Richtungen. Das kannst du in einem einfachen Mach-mit-Experiment nachmachen (siehe unten).

Raumausdehnung bedeutet also nicht, dass sich die Galaxien von uns wegbewegen, sondern dass der Raum zwischen uns und ihnen immer größer wird. Dadurch muss das Licht der Galaxien einen immer weiteren Weg zurücklegen, um zu uns zu gelangen. Es verändert dabei seine Wellenlänge, man sagt es wird rotverschoben. Das können wir messen.

Auch du kannst den Raum dehnen!

Auf der Mach-mit-Seite wird ein ganz einfaches Experiment vorgestellt, mit dem du das 'Weltall' ausdehnen und schrumpfen lassen kannst.


Ausblick in die Zukunft

Für die Zukunft des Universums gilt also: alles entfernt sich voneinander, und irgendwann in vielen Milliarden Jahren sind andere Galaxien so extrem weit von uns entfernt, dass uns ihr Licht nicht mehr erreichen kann. Es wird dunkel am Himmel.

Wir könnten dann, so es uns noch gäbe (aber nicht einmal der Planet Erde wird dann noch existieren) nur noch Sterne unserer eigenen Galaxie am Himmel sehen, aber keine einzige andere Galaxie. Unsere Galaxie wird sich bis dahin auch sehr verändert haben.

Denn nicht alle Galaxien entfernen sich von uns. Die, die sich in unserer kosmischen Nähe befinden, nähern sich der Milchstraße an und werden sich in etlichen Milliarden Jahren mit ihr zu einer riesigen Supergalaxie vereinigen. Zu diesen Galaxien gehört auch die Andromedagalaxie, die sich im Sternbild Andromeda aufhält.

SupergalaxieSo sieht also die Zukunft des Universums aus: Nahegelegene Galaxien vereinigen sich zu Supergalaxien, entferntere Galaxien geraten durch die Raumdehnung immer weiter auseinander, bis sie einander vollkommen aus dem Blickfeld geraten und nur noch für sich alleine sind, umgeben von einem großen Nichts.

In den Supergalaxien lässt irgendwann die Neubildung von Sternen nach, es kommt kein 'Nachwuchs' mehr hinzu. Alte Sterne haben bald ihren Brennstoffvorrat verbraucht und erlöschen.

Schwarze Löcher in der Galaxie verschlingen die Materie ihrer Umgebung. Ewig wird es also auch eine Supergalaxie nicht geben. Die Sterne verschwinden irgendwann. Die Zukunft des Universums ist kalt und dunkel...


Blick zurück auf den Anfang

Wir können beobachten, was um uns herum geschieht, wie einige Galaxien auf uns zufliegen, die allermeisten aber sich immer weiter entfernen, und können aus diesen Vorgängen abschätzen, was die Zukunft bringen wird, wie es weitergeht mit dem Universum. Aber wie hat das alles angefangen?

Lassen wir doch einfach einmal den 'Film' unserer Beobachtungen rückwärts ablaufen! Was passiert nun? Alles rückt näher zusammen, unaufhörlich, immer enger, immer dichter, und dann, etwa 13,7 Milliarden Jahre vor heute, was sehen wir da? Einen Punkt, in dem das komplette heutige Universum mit all seinen Sternen und Galaxien, die gesamte Materie versammelt ist!

So unglaublich das klingen mag, genau das lässt sich aus unseren Beobachtungen schließen! Natürlich geht das über jegliche Vorstellungskraft hinaus, aber es ist doch möglich. Und so gelangen wir zur Theorie des Urknalls. Der Urknall ist keine Explosion im eigentlichen Sinne, sondern die gleichzeitige Entstehung von Materie, Raum und Zeit.

Schon gewusst?

Der Urknall heißt im Englischen Big Bang, also großer Knall. Ausgedacht hatte sich den Begriff Sir Fred Hoyle, ein britischer Astronom und Mathematiker. Er war ein Kritiker dieser neuen Theorie des plötzlichen Beginns des Weltalls und wollte mit der Bezeichnung Big Bang nur darüber spotten. Seiner Auffassung nach hat das Universum keinen Anfang und kein Ende. Der Name Big Bang hat sich aber in den Köpfen der Menschen festgesetzt und wird seitdem für die Urknalltheorie verwendet.

Der Urknall und die Zeit kurz danach

Und plötzlich war es da, das Universum! Aus dem Nichts heraus tauchten Teilchen und Antiteilchen auf. Sie stießen gleich wieder zusammen und vernichteten sich gegenseitig. Ein kleiner Teil der dabei entstandenen Materie aber überlebte. Aus ihr setzt sich das gesamte heutige Universum zusammen mit allen Sternen und Planeten.

In den ersten zehn Mikrosekunden bestand das Universum aus einem brodelnden Brei fundamentaler Teilchen wie Quarks und Gluonen. Atome gab es noch nicht. Das Universum hatte eine Temperatur von einigen Billiarden Grad, dehnte sich rasch aus und kühlte dabei ab.

Nach diesen zehn Mikrosekunden war die Temperatur schon auf etwa 2 Billionen Grad gesunken. Die Teilchen eilten weniger hektisch umher, sie verbanden sich miteinander und bildeten die ersten Protonen und Neutronen.

Einhundert Sekunden später hatte das Weltall noch eine Temperatur von 1 Milliarde Grad Celsius, die Protonen und Neutronen fanden sich zusammen und bildeten die ersten Atome: zu ca. 25% Helium-4 und Spuren von Deuterium. Die meisten Protonen (75%) aber blieben unverändert. Das Universum bestand nun aus einem Plasma, einer Art Ursuppe, einem Gemisch aus freien Atomkernen, Protonen und Elektronen.

Nach etwa 380000 Jahren war das Weltall so weit abgekühlt (auf ca. 3000 K), dass sich die Protonen mit Elektronen zusammenfügen konnten und stabile Atome bildeten. Zu einem sehr großen Teil entstand jetzt Wasserstoff, der auch heute noch das häufigste Element darstellt. Das Plasma löste sich auf, Licht konnte sich nun ungehindert ausbreiten. Man sagt, das Universum wurde nun durchsichtig. Strahlung und Materie hatten sich entkoppelt.

Die nun entstandenen Wasserstoffwolken verdichteten sich unter dem Einfluss der Gravitation. So entstanden die ersten Sterne.In ihrem Inneren setzte die Kernfusion ein, wobei Wasserstoff in Helium umgewandelt wird. Bereits wenige Millionen Jahre später explodierten die schwereren Sterne als Supernovae und versorgten so ihre nähere Umgebung mit neuen chemischen Elementen wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Eisen und viele mehr. Aus diesem Sternenstaub entstanden wiederum neue Sterne, erste Galaxien bilden sich.

Bis zum heutigen Tag hat sich das Weltall enorm ausgedehnt und ist bis auf 2,73 Grad Kelvin abgekühlt. Diese Strahlung nennen wir Hintergrundstrahlung. Sie ist ein Relikt aus der Zeit, als sich Strahlung und Materie entkoppelten. Eine genaue Messung der Hintergrundstrahlung und ihrer Schwankungen verrät uns einiges über den Zustand des Weltalls 380000 Jahre nach dem Urknall.

Als Begründer der Urknalltheorie gelten der russische Mathematiker und Physiker Alexander Friedmann und der belgische Physiker Georges Lemaître. Es ist nach wie vor nur eine Theorie, mit der aber einige Beobachtungen gut erklärt werden können:

  • Die Rotverschiebung der Galaxien und damit die derzeitige Expansion des Universums
  • Das Spektrum der Hintergrundstrahlung des Universums
  • Die Grenze in der Altersverteilung der Sterne bei etwa 13 Milliarden Jahren
  • Die Häufigkeitsverteilung der Elemente im Weltraum (insbesondere Wasserstoff, Deuterium und die Isotope des Helium)

Tags: Weltall

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