Urknall

Die Geschichte

Eine Geschichte, die mit „allem“ beginnt

Wenn du nachts in den Himmel schaust, siehst du Sterne, den Mond, ein paar Planeten. Aber alles, was es gibt, vom Sandkorn bis zu deinem eigenen Körper, hat eine Geschichte, die viel weiter zurückreicht: bis zum Urknall. Die Wissenschaftler schätzen, dass er vor etwa 13,8 Milliarden Jahren stattfand. Das ist eine so große Zahl, dass man sie sich kaum vorstellen kann: Wenn jedes Jahr eine Sekunde dauern würde, bräuchte man mehr als 400 Jahre, um bis heute zu kommen.

Achte aber auf den Namen. „Urknall“ klingt nach einem großen Knall, doch es war kein Knall wie bei einem Böller, und er geschah auch nicht an einem Punkt im Raum. Es gab keinen leeren Raum, in dem etwas explodieren konnte: Der Raum selbst begann sich auszudehnen, überall im selben Moment. Deshalb kann man den „Ort“ des Urknalls nicht angeben. Der Ort ist das ganze Universum, das damals viel, viel kleiner war.

Sehr heiß und sehr dicht

Am Anfang war das Universum sehr heiß und sehr dicht, eine Suppe aus Energie und winzigen Teilchen. Während es sich ausdehnte, kühlte es ab. In den ersten Sekunden entstanden die Quarks, die sich zu Protonen und Neutronen verbanden; in den ersten Minuten schlossen sich Protonen und Neutronen zu den Kernen der ersten Elemente zusammen. Heraus kamen vor allem Wasserstoff, etwa drei Viertel der gewöhnlichen Materie der Masse nach, und Helium, etwa ein Viertel, mit ganz wenig Lithium. Alle anderen Elemente, wie Kohlenstoff und Sauerstoff, kamen erst viel später, im Inneren der Sterne.

Hunderttausende Jahre lang war das Universum wie ein leuchtender Nebel: Das Licht kam nicht voran, weil es ständig gegen geladene Teilchen stieß. Etwa 380.000 Jahre nach dem Anfang wurde es kühl genug, dass die Kerne Elektronen einfingen und Atome bildeten. Da lichtete sich der Nebel, und das Licht konnte endlich frei durch den Raum fliegen.

Das älteste Licht

Dieses Licht gibt es noch, und es erreicht uns aus allen Richtungen. Es heißt kosmische Hintergrundstrahlung. In 13,8 Milliarden Jahren hat sich der Raum so sehr gedehnt, dass dieses Licht „in die Länge gezogen“ wurde und heute nicht mehr sichtbar ist, aber es besteht aus Mikrowellen, mit einer Temperatur von etwa 2,7 Grad über dem absoluten Nullpunkt, also etwa -270 °C. Entdeckt wurde es 1964 fast zufällig von zwei amerikanischen Radioastronomen, Arno Penzias und Robert Wilson, die herausfinden wollten, woher ein lästiges Rauschen in ihrer großen Antenne kam. Dafür erhielten sie 1978 den Nobelpreis für Physik.

Aus der Hintergrundstrahlung kann man die Geschichte des Universums lesen wie aus einem alten Foto. Die Satelliten COBE, WMAP und vor allem Planck der Europäischen Weltraumorganisation haben ihre winzigen Temperaturunterschiede gemessen. Aus diesen kleinen Flecken lässt sich das Alter des Universums ableiten: Planck hat 13,8 Milliarden Jahre gefunden, mit einem kleinen Fehler. Die Flecken sind auch die Keime, aus denen später durch die Anziehungskraft der Schwerkraft die Galaxien entstanden.

Wie man auf diese Idee kam

Die Idee entsteht aus Mathematik und Beobachtungen. 1929 entdeckte der amerikanische Astronom Edwin Hubble, dass sich ferne Galaxien von uns entfernen, und zwar umso schneller, je weiter sie weg sind. Einige Jahre früher, 1927, hatte der belgische Priester und Physiker Georges Lemaître mit den Gleichungen von Einsteins Relativitätstheorie berechnet, dass sich das Universum ausdehnt; 1931 schlug er dann vor, dass es aus einem sehr kleinen und dichten Anfangszustand hervorgegangen sei, seinem „Uratom“. Wenn sich heute alles voneinander entfernt, dachte er, musste früher alles näher beieinander gewesen sein.

Den Namen „Urknall“ (englisch „Big Bang“) gibt es erst seit 1949, als ihn der englische Astronom Fred Hoyle, der eine andere Theorie vertrat, in einer Radiosendung der BBC aussprach. Er sagte es fast im Scherz, aber der Name gefiel und ist geblieben.

Was wir nicht wissen

Die Wissenschaft hat noch nicht alle Fragen beantwortet. Der Urknall erklärt, wie sich das Universum ab einem sehr frühen Augenblick entwickelt hat, aber er sagt nicht, was „davor“ war, und es ist nicht einmal sicher, dass das Wort „davor“ Sinn hat, denn mit dem Universum entstand auch die Zeit, wie wir sie kennen. Die Forschenden untersuchen auch die Dunkle Materie und die Dunkle Energie, die zusammen den größten Teil des Universums auszumachen scheinen, die aber noch nie jemand direkt gesehen hat. „Das wissen wir noch nicht“ zu sagen gehört zur Arbeit der Wissenschaft.

Der Urknall ist heute das stabilste Bild, das wir haben, weil viele unabhängige Beobachtungen in dieselbe Richtung zeigen: die Flucht der Galaxien, die Hintergrundstrahlung und die Mengen an Wasserstoff und Helium. Er ist der Ausgangspunkt unseres Zeitstrahls und von allem, was du in den nächsten Etappen findest.