Urknall: Der Anfang von allem

Bildbeschreibung: Rechteckige Darstellung der Entwicklung des Universums über 13,77 Milliarden Jahre (3D-Ausdehnung auf einer flachen Ebene). Ganz links stellt den ersten Moment des Universums vor seinem exponentiellen Wachstum in alle Richtungen dar. Seine Größe wird in diesem Diagramm durch die vertikale Ausdehnung des Gitters dargestellt. Diese 3D-Darstellung auf einer flachen Ebene zeigt die Expansion des beobachtbaren Universums, die nicht perfekt ist. In Wirklichkeit gleicht es eher einer Kugel, in deren Mittelpunkt wir stehen. Bildnachweis:Wikimedia Commons(Public Domain).

Geburt des Universums!

Vor 13,77 Milliarden Jahren brachte eine gewaltige Explosion namens Urknall Raum, Zeit und Materie hervor. In diesem unvorstellbar heißen Chaos wird eine Blase anschwellen, sich in alle Richtungen ausdehnen und langsam abkühlen.
Der Begriff „Urknall“ wurde in den 1950er Jahren vom englischen Astrophysiker Fred Hoyle (1915-2001) geprägt, um ironischerweise den Begriff der „ursprünglichen Explosion“ zu bezeichnen. Dieses kosmologische Modell wurde in den 1920er Jahren vom belgischen Astrophysiker Georges Lemaître (1894–1966) und dem russischen Physiker Alexander Friedmann (1888–1925) entwickelt.
Die Geschichte des Urknalls präjudiziert nicht die Existenz eines „Anfangsmoments“ oder eines Anfangs.
Allerdings können wir auch heute noch Spuren dieses Ursprungs am Himmel erkennen, die wir „fossile Strahlung“ nennen. Bei dieser Strahlung handelt es sich um Mikrowellenstrahlung mit niedriger Temperatur in der Größenordnung von 3 K. Diese Strahlung erreicht uns aus allen Richtungen des Kosmos. Es wird so genannt, weil es den Hintergrund für alle punktuellen Radioquellen bildet, die von Radioteleskopen entdeckt wurden.
Der Urknall wurde 1965 von Arno Allan Penzias (1933–2024) und Robert Woodrow Wilson (1936–) entdeckt. Sie erhielten 1978 den Nobelpreis für Physik.

Geburt der Zeit!

Am Anfang gibt es nichts, egal, keine Leere, Zeit und Raum existieren nicht. Aus einem Punkt, der kleiner als ein Atom ist, wird unendliche Energie das Universum erschaffen.
Alles beginnt einen Bruchteil einer Sekunde nach der ursprünglichen Explosion, dem Urknall. Die Zeit beginnt sich zu entfalten, der gesamte Kosmos wird auf einmal Gestalt annehmen. Es ist das größte Geheimnis aller Zeiten.
Vor diesem Zeitraum wissen wir nichts, es gibt keine Zeit Null, Zeit existiert nicht, wir haben keine Daten, die sagen könnten, dass es etwas gibt. Für Wissenschaftler schlägt die kosmische Uhr ihren ersten Schlag bei 10^-43 Sekunden (Planck-Zeit). Das Universum ist eine brodelnde Leere aus sehr dichter Energie, die unglaublich heiß ist. Dann nehmen wir an, dass sie plötzlich anschwillt, das ist Inflation. Bei 10^-32 Sekunden entstehen die ersten Elemente der Materie, begleitet von Antimaterie (Elementarteilchen und Antiteilchen).
Dann wird die starke Kernkraft in einer Zeit von 10^-6 Sekunden, also 1 Millionstel Sekunde, die Quarks zu 3 mal 3 zu Protonen und Neutronen zusammenfügen und die Kerne (Wasserstoff, Helium) bilden.

Geburt der Massen!

Nach 3 Minuten sind 98 % der Masse des Universums aufgebaut. Bis vor 380.000 Jahren, dem Ende des Strahlungszeitalters, gab es nichts Neues.
Dann beginnt das materielle Zeitalter und es erscheint die zweite Kraft, die elektromagnetische Kraft. Es baut Wasserstoff- und Heliumatome auf, indem es Elektronen mit Kernen verbindet. Im sich ständig ausdehnenden und abkühlenden Universum werden Atome durch die Gravitationskraft zu komplexeren Strukturen gruppiert. Es ist die Geburt von Galaxien und Sternen.

Geburt der Materie!

Nach dem theoretischen Modell des Urknalls ist fossile Mikrowellenstrahlung ein Rest der Energie, die zum Zeitpunkt der Entstehung der ersten stabilen Atome im Universum vorhanden war. Strahlung wird zu Materie. Dies geschieht etwa 380.000 Jahre nach der Urexplosion. Daten des Satelliten COBE (Cosmic Background Explorer) zeigten, dass diese Strahlung nicht so gleichmäßig ist, wie Wissenschaftler glaubten. Bereiche unterschiedlicher Intensität erscheinen willkürlich. Diese Dichteschwankungen des Uruniversums wären der Ursprung der Galaxienbildung.

Raum-Zeit-Schnitte des beobachtbaren Universums

Bild: Darstellung des beobachtbaren Universums in Form von Scheiben des 2D-Raums. Diese Darstellung ist falsch, denn seit dem Urknall hat sich das Universum in alle Richtungen ausgedehnt. Bildnachweis: By Design Alex Mittelmann, Coldcreation,CC BY-SA 3.0, Link.

Das beobachtbare Universum wird hier durch einen Stapel zweidimensionaler Scheiben dargestellt, von denen jede das Bild des Universums in der Vergangenheit darstellt (wie Bilder aus einem Film). Der letzte Kreis oben, der größte, repräsentiert das heutige Universum. Die Durchmesser der Kreise stellen die Größe des Universums dar, die im Laufe der Zeit abnimmt.
Aber in Wirklichkeit erstreckt sich das Universum in alle Richtungen. Wir müssen also jede Scheibe, also jeden Kreis, durch eine Kugel ersetzen. Wir hätten also keinen Stapel von Kreisen in zwei Dimensionen, sondern einen Stapel von Kugeln in 3 Dimensionen, was sich unser Gehirn nicht vorstellen kann.
In dieser unvollkommenen Darstellung sind wir wie alle Galaxien des Universums im letzten Kreis. Aufgrund der Ausdehnung des Universums scheint sich alles von uns wegzubewegen, egal in welche Richtung wir schauen. Es ist, als würde man auf der Oberfläche eines Ballons stehen und zusehen, wie er sich aufbläst.
Wir können nicht über den Kreis hinaussehen, der unseren Horizont darstellt, da Licht eine endliche Geschwindigkeit hat. Licht von Objekten jenseits dieses „kosmischen Horizonts“ hatte seit dem Urknall nicht genug Zeit, uns zu erreichen.
Der „Ballon“ bläst sich auf, aber der Horizont entfernt sich nicht, sodass die Galaxien in der Nähe des Horizonts schließlich verschwinden.
Außerhalb des beobachtbaren Universums gibt es wahrscheinlich unendlich viele Galaxien, die wir nicht sehen können. Es ist sogar möglich, dass es unendlich viele Universen gibt!