Urknall
Weltbeginn
Basiswissen
Als Urknall bezeichnen Kosmologen den Beginn der Ausdehnung des Universums: viele Wissenschaftler gehen heute davon aus, dass unsere Welt vor etwa 13,8 Milliarden Jahren entstand. Sie war damals auf einen winzigen Punkt zusammengefasst. Dann begann sie sich schlagartig auszudehenen. Das war der Urknall, auf Englisch Big Bang.
Was passierte kurz nach dem Urknall?
Im eigentlichen Moment des Urknalls gab es noch keinerlei Materie, nur reine Energie. Aber bereits Bruchteile von Sekunden nach dem Urknall entstanden die ersten Bausteine späterer Atomkerne. Aus diesen ist dann letztendlich unsere ganze heutige Welt aufgebaut. Zu dieser ersten Phase nach dem Urknall, siehe den Artikel primordiale Nukleosynthese ↗
Wer hat die Theorie entworfen?
Als Urheber der Idee eines Big Bang gilt der belgische Astronom und Priester Georges Lemaitre (1894 bis 1966). Lemaitre hatte zunächst festgestellt, dass sich die Galaxien im Universum alle voneinander weg bewegen. Unter anderem diese Beobachtung führte ihn dann zur Idee eines Urknalls. Diese Idee hat er im Jahr 1931 in einer wissenschafltichen Zeitschrift veröffentlicht[1]. Das Wort Big Bang kommt in dem kurzen Artikel jedoch nicht vor. Tatsächlich hatte aber schon der englisch Astrophysiker Eddington bereits im Jahr 1927 den hypothetischen Anfang des Universums als "Bang" bezeichnet.[7] Der Name Big Bang in seiner heutigen Bedeutung wurde dann spätestens im Jahr 1949 von dem englischen Astronomen und Mathematiker Fred Hoyle geprägt[2]. Lemaitre sprach 1950 von einem "primeval atom" als Urzustand des Universums.[10] Siehe auch Georges Lemaitre ↗
Wann entstand die Erde?
Unser Heimatplanet Erde entstand erst recht spät in der Geschichte des Kosmos. Vor ihrer Entstehung waren bereits unzählige andere Sonnen und Planeten entstanden und vergangen. Erst im letzten Drittel des bisherigen Weltgeschehens wurde die Erde geboren, vor etwa 4,54 Milliarden Jahren. Lies mehr dazu unter Erdentstehung ↗
Was ist das Gegenteil von einem Big Bang?
Als Gegentheorie zum Urknall formulierte unter anderem der Astronom Fred Hoyle die sogenannte Steady-State-Theory. Ihr zufolge hat sich der Kosmos niemals ausgedehnt. Die Theorie gilt heute als eher unwahrscheinlich. Kosmologen betrachten zur Zeit vor allem drei Möglichkeiten, wie sich der Kosmos nach dem angenommen Urknall über die Zeit entwickeln wird: den Big Crunch (großes Zermalmen), den Big Bloat (großes Aufblähen) und den Wärmetod (thermodynamisches Ende). Als eigentliches Gegenteil kann man am ehesten eine Zusammenziehen des Kosmos im Großen Zermalmen bezeichnen. Siehe dazu den Artikel zum Big Crunch ↗
Wie zuverlässig ist die Theorie vom Urknall?
Die Theorie von einem Urknall kann sehr viele heute beobachtbaren Eigenschaften des Kosmos erklären. Doch es gibt auch viele offene Fragen. Ein Problem ist, dass im Moment des Urknalls sowohl die Quantenphysik als auch Einsteins Relativitätstheorie angewandt werden müssten. Doch die beiden Theorien sind mathematisch (noch) unverträglich. Auch ist unsicher, inwiefern die aktuellen Naturgesetze und die Größe der Naturkonstanten tatsächlich als konstant angenommen werden dürfen. Es ist durchaus denkbar, dass sich die Naturgesetze mit der Zeit verändern[3].
Fußnoten
- [1] Georges Lemaitre: The Beginning of the World from the Point of View of Quantum Theory. In: Nature 127, 706 (1931). https://doi.org/10.1038/127706b0
- [2] Helge Kragh: Big Bang: the etymology of a name. In: Astronomy & Geophysics, Volume 54, Issue 2, April 2013, Pages 2.28–2.30, https://doi.org/10.1093/astrogeo/att035
- [3] JP. Uzan: Varying Constants, Gravitation and Cosmology. In: Living Rev Relativ. 2011;14(1):2. doi: 10.12942/lrr-2011-2. Epub 2011 Mar 29. PMID: 28179829; PMCID: PMC5256069.
- [4] Steven Weinberg: Die ersten drei Minuten. Der Ursprung des Universums. dtv Sachbuch. München. 1. Auflage 1980. ISBN: 3-423-01556-X. Das Buch hat insbesondere einen mathematischen Anhang in dem wichtige Aspekte der Expansion des Universums hergeleitet werden.
- [5] Hoimar von Ditfurth: Im Anfang war der Wasserstoff. Hoffmann und Campe, Hamburg 1972, ISBN 3-455-01460-7.
- [6] Das Bombensplitter-Modell der voneinander fortstrebenden Galaxien deutete der deutsche Physiker Erich Bagge (1912 bis 1996) als Indiz für einen Urknall: "Vor dem geistigen Auge des Beschauers entsteht so ein fasznierendes Bild des Kosmos: In einem zentralen Punkte befindet sich ein ruhendes Sternensystem - unsere Milchstraße - , darum herum sind nach allen Richtungen des Raumes einigermaßen gleichmäßig ähnliche Weltengebilde verteilt, die mit großer Geschwindigkeit von diesem Zentrum fortstreben." Nach Bagge wäre das auch das Bild, das ein Beobachter hätte, der sich "unmittelbar nach der Detonation einer großen Sprengbombe an den Explosionsherd begäbe und die Bombensplitter verfolgte." Dabei würde der Beobachter auch feststellen, dass sich die weiter entfernten Splitter schneller von ihm fortbewegen als die näheren Splitter, denn: "Bruchstücke, die im Moment der Explosion zufällig eine große Geschwindigkeit erhielten, hätten sich weiter von ihm entfernt als andere, die von Anfang an langsamer waren." Bagge beschreibt zunächt das Bild des Kosmos, wie es sich zu seiner Zeit zeigte. Er schreibt: "Vor dem geistigen Auge des Beschauers entsteht so ein fasznierendes Bild des Kosmos: In einem zentralen Punkte befindet sich ein ruhendes Sternensystem - unsere Milchstraße - , darum herum sind nach allen Richtungen des Raumes einigermaßen gleichmäßig ähnliche Weltengebilde verteilt, die mit großer Geschwindigkeit von diesem Zentrum fortstreben." Nach Bagge wäre das auch das Bild, das ein Beobachter hätte, der sich "unmittelbar nach der Detonation einer großen Sprengbombe an den Explosionsherd begäbe und die Bombensplitter verfolgte." Dabei würde der Beobachter auch feststellen, dass sich die weiter entfernten Splitter schneller von ihm fortbewegen als die näheren Splitter, denn: "Bruchstücke, die im Moment der Explosion zufällig eine große Geschwindigkeit erhielten, hätten sich weiter von ihm entfernt als andere, die von Anfang an langsamer waren." Ausgehend von diesem gut nachvollziebaren Bild, so Bagge, kann man jetzt rechnen: "Ebenso nämlich wie der irdische Beobachter aus den augenblicklichen Geschwindigkeiten der Bombensplitter und ihrer zugehörigen Entfernungen rückwärts zu berechnen vermag, vor wieviel Sekunden die Zündung des Pulvers erfolgte, kann der Astronom als „Alter der Welt“ einen Zeitraum von rund vier Milliarden Jahren angeben, den er aus der Fluchtbewegung der Spiralnebel schließt. In: Erich Bagge: Der Urknall und die Geburt der chemischen Elemente. In: Das Neue Universum. Ein Jahrbuch des Wissens und Fortschritts. 70. Band. Union Deutsche Verlagsgesellschaft. Stuttgart. 1953. Dort ab Seite 286. Siehe auch Bagges Weltalter ↗
- [7] Schon im Jahr 1927 sprach der englische Astrophysiker Eddington vom Anfang der Welt als einem "Bang". Er bezog sich dabei aber nicht auf das Auseinanderstreben der Galaxien, sondern auf einen hypothetischen Urzustand des Universum in einem Zustand höchster thermodynamische Organisation und geringster Entropie. Das Wort "Bang" erscheint zum Ende des Zitats hin: "Scientists and theologians alike must regard as somewhat crude the naïve theological doctrine which (suitably disguised) is at present to be found in every textbook of thermodynamics, namely that some billions of years ago God wound up the material universe and has left it to chance ever since. This should be regarded as the workinghypothesis of thermodynamics rather than its declaration of faith. It is one of those conclusions from which we can see no logical escape — only it suffers from the drawback that it is incredible. As a scientist I simply do not believe that the present order of things started off with a bang; unscientifically I feel equally unwilling to accept the implied discontinuity in the divine nature. But I can make no suggestion to evade the deadlock." In: Arthur Stanley Eddington: The Nature of the Physical World. MacMillan, 1928 (Gifford Lectures). Dort die Seiten 84 und 85. Siehe auch Zeitpfeil ↗
- [8] Georges Lemaître: The primeval atom: An essay on cosmogony, Van Nostrand Company, 1950.