Eine visuelle Präsentation des Universums mit umfangreichen Informationen fasziniert alle Besucher einer Sternwarte. Gleichzeitig wirft ein solches Erlebnis unwillkürlich Fragen auf. Beim Versuch einer plausiblen Antwort kann der Eindruck entstehen, dass der menschlichen Erklärungslogik Grenzen gesetzt sind. Fest steht, dass sich abseits von Wundertheorien der jetzige Zustand des Weltalls auf natürlichem Wege entwickelt hat. Zur Exklusivität dieses Phänomens tauchen sicherlich die Fragen nach dem Urknall als Entstehungstheorie und der Unendlichkeit des Universums auf.
Zur Frage des Urknalls haben sich die Chancen einer überzeugenden Antwort in den letzten Jahrzehnten entscheidend verbessert. Die Möglichkeiten einer analytischen Bewertung wurden durch optimierte Untersuchungsmethoden in einigen Segmenten grundlegend verändert. Vor noch nicht allzu langer Zeit wurde nach dem Stand der damaligen wissenschaftlichen Erkenntnisse die Situation des Weltalls als statisch betrachtet. Aufgrund eingeschränkter Beobachtungsmittel wurde davon ausgegangen, dass sich im Weltall nur eine Galaxie, nämlich die uns bekannten Milchstraße befindet. Es wurde später klar, dass unzählige Galaxien vorhanden sind. Eine genaue Zählung ist nicht möglich. Der Blick in die Tiefe des Weltalls ist für die Wissenschaft mit derzeitigen Methoden auf eine maximale Entfernung von 13,8 Lichtjahren beschränkt.
Das gigantische Weltall wirft viele Fragen auf
Im Jahr 1929 kam der US-Astronom Edwin Hubble zu der Erkenntnis, dass sich die Galaxien in der Weise voneinander entfernen, als bewegten sie sich von einem ursprünglichen gemeinsamen Mittelpunkt aus in alle Himmelsrichtungen. Heute steht fest, dass sich der Raum im Umfeld der Erde verändert und damit ausdehnt. Dies bewirkt eine zunehmende Entfernung der Galaxien zur Erde. Bei einer zu großen Entfernung von der Erde verändert sich die Wellenlänge des Lichts und es entzieht sich dadurch immer mehr unseren Beobachtungsmöglichkeiten. Die neuen Einschätzungen von Entfernungen, Geschwindigkeiten, Substanzen und Entwicklungszeiträumen durch innovative technische Errungenschaften eröffnen neue Schlussfolgerungen. Es bleiben jedoch noch viele Fragen offen. Aus bekannter Materie besteht der Weltraum beispielsweise nur zu circa 5 Prozent. Alles andere wird bisher als „dunkle Materie“ bezeichnet.
Was ist der Urknall und wann war der Urknall?
Von einem ursprünglichen gemeinsamen Mittelpunkt aus wird jedenfalls astrophysikalisch die Entstehung des Universums durch die Urknalltheorie erklärt. Danach ist der Kosmos etwa 13,8 Milliarden Jahre alt. Er entstand aus einem Punkt mit einer unvorstellbar hohen Dichte. In dieser Singularität befand sich die gesamte Materie und Energie des derzeitigen Weltalls. Bei extrem hoher Temperatur entwickelte sich weniger ein Knall, sondern eine superschnelle Expansion, die sich danach in weiteren Entwicklungsschritten bis zur heute bekannten Ausdehnung fortsetzte.
In den ersten Mikrosekunden herrschten Temperaturen von einigen Billiarden Grad. Aufgrund einer schnellen Abkühlung entstanden aus der zunächst breiartigen Masse erste Protonen und Neutronen. Bei einer Abkühlung auf etwa 1 Milliarde Grad nach knapp 2 Minuten bildeten sich erste Heliumatome. Stabile Atome aus Protonen und Elektronen entstanden allerdings erst 380.000 Jahre später. Es bildete sich Wasserstoff und das Plasma löste sich zunehmend auf. Das Licht löste sich von der Materie und konnte ins Weltall ausstrahlen. Teilchen und Antiteilchen prallten aufeinander und die verbleibende Materie bildete die Grundlage für alle nachfolgenden Sterne und Planeten. Aus Wasserstoff und Helium entstanden Kernfusionen und führten zur Explosion großer Sterne. Daraus entstand eine Versorgung für die weitere Umgebung im Kosmos mit chemischen Elementen wie Sauerstoff, Kohlenstoff und Eisen.
Nach etwa 100 bis 200 Millionen Jahren entstanden Gaswolken und die Sterne begannen hell zu leuchten. Es wird vermutet, dass zu dieser Zeit bereits Planeten existierten, die in Umlaufbahnen Sonnen umkreisten. Unser Sonnensystem mit seinen acht Planeten und der Sonne entstand in diesem furiosesten Entwicklungsprozess der Geschichte vor ungefähr 4,6 Milliarden Jahren.
Wer gilt als Erfinder/Entdecker in Sachen Urknalltheorie?
Die Theorie des Urknalls zur Entstehung des Universums wird maßgeblich zwei Physikern zugeordnet. Dabei handelt es sich um den belgischen Physiker Georges Lemaître sowie den russischen Physiker und Mathematiker Alexander Friedmann. Durch die Urknalltheorie können einige Phänomene des Weltalls nachvollziehbar erklärt werden:
- Altersberechnungen der Sterne enden bei ungefähr 13 Milliarden Jahren
- Die feststellbare Expansion des Weltalls zeigt Übereinstimmung zur Rotverschiebung der Galaxien
- Die Hintergrundstrahlung des Universums
- Die im Weltall anzutreffenden Elemente wie Wasserstoff und Isotope des Heliums passen zur Entwicklung von Materie in der Urknalltheorie
Bis auf die ersten Sekundenbruchteile des „Urknalls“ kann die weitere Entwicklung mit den heutigen Erkenntnissen klassischer Physik erklärt werden. Die außergewöhnliche Entwicklung unter extremen Bedingungen ganz zu Beginn wirft gleichwohl noch Fragen auf. Dazu zählt auch die Frage, wie sich die Situation vor dem Urknall dargestellt hat.
Was war vor dem Urknall?
Hierzu gibt es mehrere Theorien, bei denen teilweise auch der Urknall infrage gestellt wird. Schließlich endet ja ansonsten die Zeit in rückblickender Betrachtung mit dem Urknall. Es ist ebenso naheliegend, dass es um die Singularität herum bereits zuvor irgendetwas gegeben haben muss, worin die besagte Ausdehnung stattfinden konnte. Daraus ist die Hypothese zulässig, es habe vor unserem Universum eventuell bereits ein anderes existiert. Dieses habe sich immer mehr zusammengezogen und verdichtet. Der Wechsel zwischen Kontraktion und Expansion könne sich nach dieser Theorie bereits mehrfach vollzogen haben. Demnach gebe es keine Kontinuität von Zeit und Raum, sondern auch Unterbrechungen.
Eine weiterreichende Theorie geht davon aus, dass nicht nur das uns bekannte Universum besteht, sondern in einem unvorstellbar großen Raum mehrere Universen gleichzeitig bestehen, die in Mega-Zeitabständen ständigen Veränderungsprozessen in der dargestellten Art unterliegen. Dabei handelt es sich zwangsläufig um Dimensionen, die mit unserer menschlichen Vorstellungskraft kaum in Einklang gebracht werden können. Die Faszination des Weltalls mit all seinen Rätseln und Forschungsreizen wird die Menschheit mit immer neuen Entdeckungen ewig erhalten bleiben.
Auf einen Kritiker der Urknalltheorie ist die englische Übersetzung mit Big Bang (großer Knall) zurückzuführen. Der britische Astronom Sir Fred Hoyle wollte mit dieser eher spöttischen Übersetzungsversion damals zum Ausdruck bringen, was er von der These eines urplötzlichen Beginns des Weltalls hält. Seiner Auffassung nach gebe es weder einen Anfang noch ein zu erwartendes Ende vom Universum.