Wirbelstrukturen im
4 - dimensionalen
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Fragen zum Urknall − Teil 1




Hatte unser Universum einen Anfang?

Bestimmt ist es uns auch schon so ergangen, dass wir in einer stern­klaren Nacht den Himmel bestaunt haben. Als sich die Menschen der Natur noch verbundener fühlten, brachte man seine Empfinden eher mal poetisch zum Ausdruck. Zum Beispiel drückte der Israelitische König David seine tiefe Ehrfurcht in einem Lied wie folgt aus: „Wenn ich deine Himmel sehe, die Werke deiner Finger, den Mond und die Sterne, die du bereitet hast: Was ist der sterbliche Mensch, dass du seiner gedenkst, und der Sohn des Erdenmenschen, dass du für ihn sorgst?” (Psalm 8:3, 4).
Die unermessliche Weite und die beeindruckende Schön­heit des Weltalls sind geradezu atemberaubend.

David L. Block, Professor der Astronomie, schrieb: „Dass das Universum nicht immer existiert hat, sondern einen Anfang hatte, war nicht immer die allgemeine Ansicht.” In den letzten Jahr­zehnten kamen jedoch die meisten, die sich mit dem Studium des Universums befassten, nicht umhin, zu glauben, dass es wirklich einen Anfang hatte. „Praktisch alle Astro­physiker folgern heute”, so berichtete bereits 1997 die Zeitschrift U.S.News & World Report, dass „das Universum mit einem Urknall begann, bei dem Materie in alle Richtungen geschleudert wurde”.

Diese allgemein akzeptierte Folgerung kommentierte Robert Jastrow, Professor für Astronomie und Geologie an der Columbia-Universität, wie folgt: „Nur wenige Astronomen hätten damit gerechnet, dass dieses Ereignis, sprich die plötzliche Entstehung des Universums, eine bewiesene wissen­schaftliche Tatsache würde, doch Himmels­beobachtungen mit Teleskopen haben sie zu dieser Schluss­folgerung gezwungen.”





Beweise für einen Anfang

Albert Einsteins Allgemeine Relativitäts­theorie (ART), die 1916 publiziert wurde, legte den Schluss nahe, dass das Universum entweder expandiert oder kontrahiert. Der Gedanke wider­sprach aller­dings völlig der damals geltenden Ansicht. Man ging bisher davon aus, dass das Universum statisch sei, was auch Einstein damals glaubte. Deswegen führte er in seine Berechnungen die „kosmologische Konstante” ein. Er nahm diese Korrektur in dem Bemühen vor, seine Theorie der allgemeinen Auffassung anzupassen.

In den 1920er Jahren häuften sich jedoch die Beweise, die Einstein schließlich veranlassten, seine Revision der Relativitäts­theorie als seine „größte Eselei” zu bezeichnen. Ein riesiges 2,5-Meter-Teleskop, welches man auf dem Mount Wilson in Kalifornien aufgestellt hatte, ermöglichte es, Beobachtungen zu machen, die die Expansion des Weltalls belegten.

Vorher war es selbst mit den größten Teleskopen nur möglich, einzelne Sterne unserer Milchstraße zu erkennen. Man hatte zwar unscharfe Licht­flecken bemerkt, die als Spiralnebel bekannt sind, aber man hielt sie im Allgemeinen für Spiralen aus gasförmiger Materie in unserer Galaxis. Mit Hilfe des leistungs­fähigeren Mount-Wilson-Teleskops erkannte Edwin Hubble jedoch in diesen Nebeln einzelne Sterne. Schließlich identifizierte man diese unscharfen Licht­flecken als Galaxien, die unserer Milchstraße ähneln. Heute schätzt man die Zahl der Galaxien auf mehrere hundert Milliarden, wobei jede Galaxie Hunderte von Milliarden Sternen besitzt.

Ende der 1920er Jahre entdeckte Hubble außerdem, dass diese Galaxien von uns zurück­weichen, und das umso schneller, je weiter sie von uns entfernt sind. Astronomen bestimmen die Flucht­geschwindig­keit einer Galaxie, indem sie mit einem Spektro­graphen das Spektrum des Lichts messen, das stellare Objekte aussenden. Dabei leitet man das Licht ferner Sterne durch ein Prisma, wodurch es in die verschiedenen Farb­bestandteile zerlegt wird.

Entfernt sich ein Objekt vom Beobachter, dann ist das Licht rötlich. Man sagt dann, es unterliegt einer Rotver­schiebung. Licht eines Objekts, das auf uns zukommt, hat eine Blauver­schiebung. Bezeichnender­weise weisen die Spektrallinien aller bekannten Galaxien, abgesehen von wenigen nahen Galaxien, eine Rotver­schiebung auf. Wissen­schaftler schluss­folgern daraus, dass sich das Universum offen­sichtlich ausdehnt. Die Expansions­rate wird aus der gemessenen Rotver­schiebung der Spektrallinien berechnet.

Ein Wissenschaftler machte den Vorschlag, den Prozess gedanklich umzukehren. Es wäre dann quasi möglich, in die Geschichte des Universums zurück­zublicken. Aus dieser Sicht würde das Universum kontrahieren bzw. sich zurück­ziehen. Letztlich würde es sogar zu einem einzigen Ausgangspunkt zurückkehren.

In dem 1993 veröffentlichten Buch Black Holes and Baby Universes and Other Essays kam der bekannte Physiker Stephen Hawking zu dem Schluss, dass „die Wissen­schaft vorher­sagen könnte, dass das Universum einen Anfang gehabt haben muss”.

Noch bis in die 90er Jahre des 20. Jahrhunderts glaubten allerdings viele nicht, dass das Universum einen Anfang hatte. Fred Hoyle war ein berühmter Wissen­schaftler, welcher der Auffassung widersprach, das Universum entstamme dem, was er etwas abwertend als „Urknall” bezeichnete. Unter anderem führte Hoyle ins Feld, dass, wenn es einen solch dynamischen Anfang gegeben hätte, auch eine Spur von diesem Ereignis für uns im Universum erhalten geblieben sein sollte. Es müsste sozusagen eine Art fossile Strahlung vorhanden sein, ein schwaches Nach­leuchten im All. Was hat die Suche nach einer solchen Hintergrund­strahlung ergeben?

Die New York Times vom 8. März 1998 schrieb, dass um 1965 „die Astronomen Arno Penzias und Robert Wilson die allgegen­wärtige Hintergrund­strahlung entdeckten, das Relikt des primordialen Explosions­blitzes”. In dem Artikel hieß es weiter: „Die [Urknall-]Theorie schien unter Dach und Fach zu sein.”

In den Jahren nach der Entdeckung von Penzias und Wilson warf man indes die Frage auf: Warum sind — wenn das Urknall­modell wirklich richtig ist — nicht winzige Unregel­mäßig­keiten der Strahlungs­intensität beobachtet worden? Damit sich Galaxien hätten bilden können, hätte das Universum kühlere und dichtere Bereiche benötigt, in denen Materie hätte verschmelzen können. Bei den Versuchen, die Penzias und Wilson von der Erdoberfläche aus durch­führten, konnten sie jedoch solche Unregel­mäßig­keiten nicht nachweisen.

Im November 1989 wurde daher der Satellit Cosmic Background Explorer (COBE) von der US-amerikanischen Nationalen Luft- und Raumfahrt­behörde (NASA) ins All befördert. Seine Entdeckungen wurden als revolutionär bezeichnet. Professor Block erklärte: „Bei den vom differen­tiellen Mikrowellen-Radiometer an Bord von COBE gemeldeten Unregel­mäßig­keiten handelte es sich exakt um die dem Kosmos aufgeprägten Schwan­kungen, die vor Milliarden Jahren zur Bildung von Galaxien führten.”





Rückschlüsse aus den Beweisen

Was lässt sich daraus ableiten, dass das Universum offen­sichtlich einen Anfang hatte? Robert Jastrow sagte: „Sie können es den Urknall nennen, aber Sie können es auch den Moment der Schöpfung nennen.” Arno Penzias, Mitentdecker der Hintergrund­strahlung im All, bemerkte: „Die Astronomie führt uns zu einem einzigartigen Ereignis, zur Entstehung eines Universums aus dem Nichts.” Und der Leiter des COBE-Teams, George Smoot, sagte: „Wir haben nichts anderes als den Beweis für die Geburt des Universums gefunden ... Es kommt Ihnen so vor, als sähen Sie Gott.”

„Vielen Wissenschaftlern gefällt die Idee nicht, dass das Universum einen Augenblick der Schöpfung hatte”, betonte der Physiker Stephen Hawking. Ihnen „missfielen die außer­wissen­schaftlichen Folgerungen aus der Theorie”, schrieb Michael J. Behe, „und sie bemühten sich um die Entwicklung von Alternativen”.

Betrachten wir doch nur einmal kurz das Zentrum unseres Sonnen­systems, unsere Sonne. Die meisten von uns betrachten es als etwas ganz Normales. Jeden Morgen geht die Sonne auf, und dennoch grenzt es an ein Wunder. Tief im Inneren der Sonne verschmilzt Wasserstoff bei Millionen Grad zu Helium. Röntgen­strahlen und andere Gamma­strahlen von unvorstell­barer Intensität treten von dem Kern der Sonne in die ihn umgebenden Hüllen aus. Wäre die Sonne transparent, würden die Strahlen in wenigen Sekunden die Sonnen­oberfläche erreichen. Stattdessen prallen sie immer wieder auf dicht gepackte Atome, die wie eine „Isolierung” wirken, und verlieren allmählich an Energie. Dieser Prozess erstreckt sich über einen sehr langen Zeitraum. Tausende von Jahren später sendet die Sonnen­oberfläche die einst tödliche Strahlung schließlich als sanftes gelbes Licht aus. Jetzt stellt sie keine Bedrohung mehr dar, sondern ist darauf abgestimmt, die Erde zu wärmen.

Doch unsere Sonne ist nicht der einzige Stern. Es gibt unzählige weitere in der riesigen Ausdehnung unserer Galaxis. Nachts funkeln sie zu uns herab, und unter­scheiden sich in Farbe, Größe, Temperatur und Dichte. Bei einigen Sonnen handelt es sich um Super­riesen. Wäre das Zentrum eines dieser Riesen dort, wo sich unsere Sonne befindet, würde die Erde von ihm „verschluckt” werden. Andere Sonnen, winzige weiße Zwerge, sind kleiner als die Erde, haben jedoch die gleiche Masse wie unsere Sonne. Manche ziehen Milliarden von Jahren eintönig ihre Bahn. Andere stehen in der Gefahr zu explodieren, wobei sie stark an Helligkeit zunehmen. Während einer solchen Explosion werden ganze Galaxien vorüber­gehend buch­stäblich überstrahlt. Ist das alles nur reiner Zufall?

Was erklärt das Urknallmodell und was erklärt es nicht?





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