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Entstehung des Universums und der Erde
Antworten antiker Denker

Bereits in der Antike diskutieren Philosophen und Gelehrte darüber, wie das Weltall entstanden sein könnte. Religionsgründer gaben Antworten, die im Sinne ihrer Lehren das Universum interpretierten. Babylonische, ägyptische und aztekische Priester beschäftigten sich mit dem geheimsvollen Sternenhimmel. Die Anordnung der Sterne deuteten sie als Tierbilder oder Göttergestalten. Aus ihnen sollte man auch die Zukunft ablesen können war die Meinung der priesterlichen Kaste der Astrologen. Mose, der Gründer der jüdischen Religion, interpretierte Welt und Universum als Schöpfung eines Gottes. Aus einem Ur-Chaos heraus sollte alles erstanden sein. Die Erde war wüst und leer (hebr. tohu wa bohu), das ein schöpferischer Gott ordnete. In germanischen und griechischen Überlieferungen wüteten Giganten und Götter gegeneinander, bis nach den entscheidenden Schlachten die Welt entstand. Der irische Erzbischof Ussher (1581-1656) berechnete akribisch den genauen Tag für die Erschaffung der Welt nach den in der Bibel gemachten Angaben auf den Abend des 22. Oktober 4004 vor Christus. Es gibt einen grossen Unterschied zwischen Präzision und Genauigkeit!!. Während die Religionen des orientalisch-westlichen Kulturkreises noch von einem "Anbeginn der Welt" ausgingen, sah man in Indien das Universum als unendliche Kette auf- uns absteigender Zeitalter an, in welchem unendlich viele Parallelwelten existierten. Wir reflektieren häufig nicht, inwieweit solche Ansätze noch heute unsere gefühlsmässige Stellungnahme beeinflussen, indem wir für die Urknalltheorie oder die steady-state-Hypothese votieren.

Entwicklung des Weltbilds in den letzten 100 Jahren - Urknalltheorie
Die Entwicklung entsprechender Teleskope löste besondere Impulse aus. Edwin P. Hubble und Milton Humanson entdeckten 1929, daß das Licht, das weit entfernte Objekte ausstrahlen, in den Infrarotbereich des Lichtspektrums verschoben ist. Nach dem Doppler-Effekt bedeutet das, dass sich diese Objekte von uns weg bewegen, etwa wie die Splitter einer Bombe nach der Explosion. Jede Expansion muß einen Anfang haben, der zum Zeitpunkt Null in einer gewaltigen Explosion, dem Urknall (Big Bang), lag. Es gibt keinen anderen Grund für die Expansion, die trotz der überall herrschenden Gravitation auch heute noch weiter fortschreitet. Verfolgt man diese Bewegung zurück, kommt man zu dem Schluß, daß das Universum vor einigen Milliarden Jahren sehr klein und konzentriert gewesen sein muss und sich in einem extrem energiereichen Zustand befand. Je nach den zugrundegelegten Berechnungsmodis ergibt sich ein Alter des Weltalls von 9-20 Milliarden Jahren.
Albert Einstein veröffentlichte 1915 seine Allgemeinen Relativitätstheorie (1915). Bis zu diesem Zeitpunkt sah man Raum und Zeit als unabhängige, unveränderliche Größen an. In das bis dahin vergleichsweise starre Gedankengebäude der Physik kam durch die Relativität von Raum und Zeit eine sehr dynamische Komponente. Das Koordinatensystem der klassischen Physik hatte nur noch für die Erde Bedeutung. Vorgänge im Weltraum konnten in ihm nicht hinreichend genau erfasst werden. Die Relativitätstheorie erlaubt als Lösungen nur ein Weltall, das sich ausdehnt oder zusammenzieht. Einstein passte seine Theorie durch Einführung einer kosmologischen Konstante so an, dass sie auch ein gleichbleibendes Weltall zuliess, was er später als grossen Fehler bezeichnete.

Erklärungen der Relativitätstheorie finden Sie hier.

Berechnet man Dichte und Temperatur des Weltalls zurück bis fast zu Beginn des Urknalls, so ergeben sich einige überprüfbare Folgerungen:
1. Wie im Inneren der Sterne müssen sich in der heißen Frühphase chemische Elemente gebildet haben. Die Urknalltheorie sagt ein ganz bestimmtes Verhältnis der Häufigkeiten von Wasserstoff, Helium, Deuterium, Lithium usw. voraus. Dieses Verhältnis findet man noch heute in entfernten Molekülwolken, die sich seit der Frühzeit chemisch kaum verändert haben.
Das Nachleuchten des Urknall-Strahlungsblitzes sieht man heute noch als kosmische Hintergrundstrahlung (Drei-Kelvin-Strahlung, rosa Rauschen). Diese Strahlung erreicht uns aus allen Richtungen des Universums gleichmäßig. Ihre Existenz läßt sich bis heute nur durch die Annahme eines Urknalls logisch erklären. Die kosmische Hintergrundstrahlung wurde von George Gamow (1904-1968) vorhergesagt, der auch die Theorie eines heissen, explodierenden "Urbreis" (Ylerm) vortrug. Im Jahre 1965 wurde die kosmische Hintergrundstrahlung von Arno Penzias und Robert Wilson mit einem Radioteleskop nachgewiesen.
2. Da das Licht eine gewisse Zeit braucht, um eine bestimmte Strecke zurückzulegen (etwa 300.00 km/sek), sehen Astronomen heute weit entfernte Objekte so, wie sie vor Milliaren von Jahren ausgesehen haben. Wegen der endlichen Lichtgeschwindigkeit kann man also in der Geschichte des Weltalls zurückschauen. Man sieht deutlich, wie sich Galaxien in den letzten 10 Milliarden Jahren aus unregelmäßigen Wolken gebildet haben. Mit anderen Worten: Das Weltall hat sich in den letzten 10 Milliarden Jahren weiterentwickelt und sah nicht schon immer wie heute aus. Der Satellit Cobe (Cosmic Background Explorer) bescherte uns 1992 Bilder der ältesten Zeugen des Universums, entstanden etwa 1 Million Jahre nach dem Urknall und sicher 15 Milliarden Jahre alt.
3. Mit verschiedenen Methoden wurde das Alter von astronomischen Objekten (Erde, Sonne, Galaxien) berechnet. Zwar sind in den komplexen Rechnungen und Bewertungsansätzen noch Ungenauigkeiten enthalten, jedoch kommt man zu dem Ergebnis, daß die ältesten Objekte nicht älter als 12- 16 Milliarden Jahre sind.
Obgleich die Urknalltheorie bis heute die einzige Theorie ist, welche die gemachten Beobachtungen in logischem Zusammenhang erklären kann, gibt es noch einige Gegenvorschläge (z.B. Steady-State-Theorie, Therorien über pulsierende Universen). Die Diskussion ergab in allen Fällen, dass sich aus der Annahme dieser Theorien Konsequenzen ergeben, die zu vielen gemachten Beobachtungen in Widerspruch stehen. Aus allen vorliegenden Erkenntnissen zog man die Konsequenz, dass das expandierende Universum durch einen Urknall entstanden war. Aus der Urknallhypothese entwickelte sich ein Standardmodell der Entstehung des Universums.
Der Ablauf der ersten Sekundenbruchteile nach dem Urknall ist zwar noch nicht geklärt, jedoch können mit einiger Wahrscheinlichkeit Aussagen über den Ablauf der Bildung des Universums gemacht werden.

Die Entstehung des Universums nach dem Urknall
Zum Zeitpunkt Null war also das gesamte Universum in einem einzigen Punkt, einer Singularität, vereinigt. In diesem Zustand ging die Ausdehnung gegen unendlich klein, Druck und Temperatur gegen unendlich groß. Unter diesen Bedingungen war das Universum ohne Zeit und Raum. Aus einem uns unbekannten Grund fand dann irgendwann der Urknall statt, und nach einer unvorstellbar kurzen Zeitspanne, 10-43 s, der sogenannten Planck- Zeit (das ist der kürzest mögliche Zeitabschnitt, ähnlich dem Photon, welches die kleinste mögliche Energieeinheit einer Strahlung darstellt) setzt die kosmische Entwicklung ein.

Zu diesem Zeitpunkt ist der Kosmos 1032 K heiß und (aufgrund der Heisenbergschen Unschärferelation, welche besagt, daß man niemals gleichzeitig den Aufenthaltsort und den Energieinhalt eines Teilchens bestimmen kann) noch so klein, daß man nicht entscheiden kann ob er ein Teilchen umschließt oder nicht.

Supersymmetrie und Inflation
Alle Naturkräfte (Graviation, elektromagnetische Kraft sowie starke und schwache Wechselwirkung) sind hier noch vereinigt (Große Vereinheitlichung), Energie und Materie bis zur Unkenntlichkeit verzerrt. Man spricht hierbei von der Supersymmetrie des Alls, die einzelnen Kräfte sind nicht mehr unterscheidbar. An einigen Stellen des Mini-Universums entsteht so etwas wie Druck, und schlagartig bläht sich der Kosmos auf. Ebenso schnell sinkt nun die Temperatur: Nach einer hundertstel Sekunde beträgt sie "nur" noch 100 Milliarden K, nach 1/10 s 30 Milliarden und nach 13 Sekunden nur noch 3 Milliarden K.

Als das All einen Durchmesser von einem Zentimeter hat, trennen sich Masse und Gravitation aus der Supersymmetrie. In den ersten 10-33 s wächst das All schlagartig, der Raum dehnt sich um das 1050- fache aus. Man nennt dies die Inflationsphase. Die Vorgänge in diesem Zeitraum sind kompliziert und sollen hier nur kurz angerissen werden: Nach 10-35 s koppelt sich die starke Wechselwirkung, welche für den Zusammenhalt der Kernteilchen verantwortlich ist, ab. Bei dieser Symmetriebrechung wurde Energie freigesetzt, ähnlich wie beim Wasser, wenn es zu Eis erstarrt, auch Wärme freigesetzt wird. Diese Energiefreisetzung führte zu einer Beeinflussung des sogenannten Quantenvakuums. Im symmetrischen Zustand des Alls war dieses ein falsches Quantenvakuum mit negativer Energiedichte wie beim Casimir- Effekt. Ab einer bestimmten Temperatur entwickelte dieses Vakuum einen negativen Druck, welcher das All exponentiell auseinander trieb. Alle 10-35 Sekunden verdoppelte es nun seine Größe, der ganze Zauber war aber bereits nach 10-33 Sekunden wieder vorüber, das falsche Vakuum ging ins echte über und die Expansionsrate normalisierte sich.
Nun beginnt eine Schlacht zwischen der inzwischen entstandenen Materie und Antimaterie, die sich gegenseitig vernichten (zu Energie, E=mc2). Die hierbei entstandene Gammastrahlung messen wir heute als 3 K- Hintergrundstrahlung.

Zum Schluß siegt aufgrund einer Asymmetrie die Materie, die um den Faktor 1.000 000 001 stärker vertreten ist. Dieser geringe Anteil Materie genügt, um unseren heutigen Kosmos mit allem was darin enthalten ist entstehen zu lassen. Nach 10-15 s ist das Weltall so groß wie ein Tennisball, und die schwache Wechselwirkung, die den radioaktiven Zerfall verantwortet, sowie die elektromagnetische Kraft (elektrische Anziehung) koppeln sich ab. Bis jetzt hat sich alle Materie und Strahlung gebildet.
Die Explosion muß mit gewaltiger Kraft und Geschwindigkeit stattgefunden haben, wenn sie heute noch die Expansion gegen die Gewalt der Gravitation weiter fortschreiten läßt. Die Expansionsrate bezeichnet man als Hubble- Konstante (eine Gleichung mir mehreren Unbekannten), welche bis heute trotz intensiever Forschung noch viel zu ungenau ist. Deshalb läßt sich das Alter des Universums nur auf minimal etwa 10 bis 15, maximal 20 bis 30 Milliarden Jahre bestimmen.

Innerhalb weniger Bruchteile einer Sekunde breitete sich das Universum aus. In dieser Phase der Entstehung war es unwahrscheinlich heiß, kleiner als ein Atomkern, dehnte sich explosionsartig aus und erreichte Erdgröße. Erste Elementarteilchen bildeten sich. Dies geschah alles in einem unglaublich kurzen Zeitraum, einem Bruchteil einer Sekunde. Schon nach einer zehntel Millisekunde entstanden Protonen und Neutronen. Aus Strahlung entwickelte sich Materie und Antimaterie die bei Zusammenstößen wieder in Energie zerstahlte. Nach einer Sekunde betrug die Temperatur etwa 10 Milliarden Grad. Hier dominierten Elektronen und Strahlungsenergie. Mit fallender Temperatur entstanden drei Minuten nach dem Urknall aus etwa ¼ der vorhandenen Protonen und Neutronen Heliumkerne.

In den darauf folgenden dreihunderttausend Jahren passiert wenig. Das Universum kühlt weiter ab und dehnt sich aus. Noch ist es undurchsichtig. Erst bei einer Temperatur von 3000° Grad Kelvin verbinden sich Protonen und Neutronen, Wasserstoff und Helium entstehen, das Universum wird durchsichtig und expandiert weiter. Eine Milliarde Jahre später beginnt die Bildung von Galaxien. Unsere Galaxie, die das Sonnensystem beheimatet, entstand drei Milliarden Jahre nach dem Urknall aus einem riesigen Gasball. Diese Wolke flachte zu einer Scheibe mit einer zentralen Verdickung in Kugelform mit Spiralarmen ab. Diese Spiralarme entstehen durch die Rotation der Galaxie und haben unterschiedliche Formen, von eng anliegend bis weitaufgedreht. Zu diesem Zeitpunkt standen die Galaxien auch noch wesentlich dichter zusammen und verschmolzen auch miteinander zu noch größeren Galaxien.