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Entstehung des Universums

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image Deep Field Aufnahmen des Hubble Weltraumteleskops (c) NASA

Die wissenschaftlich anerkannteste Theorie über die Entstehung unseres Universums ist die Theorie vom Urknall. Denn viele Erscheinungen wie die kosmische Hintergrundstrahlung oder die Rotverschiebung lassen sich mit dieser Theorie gut erklären. Es gibt aber auch einige Schwierigkeiten, denn die Rotationsgeschwindigkeit der meisten Galaxien passt nicht zu ihrem Masseverhältnis, weswegen man die "Dunkle Materie" und „Dunkle Energie“ einführte.

Beide zusammen sollen etwa 90% der gesamten Materie im Universum ausmachen. Bisher existieren sie allerdings nur auf dem Papier, denn empirische Beweise konnten bisher nicht hervorgebracht werden.

Man geht davon aus, dass der Urknall vor ungefähr 14 Milliarden Jahren stattgefunden hat und dass aus ihm das bekannte Universum hervorgegangen ist. Warum er stattgefunden hat und was vorher war, können wir nicht beantworten und werden es wohl auch nie können.

Doch der Begriff Urknall ist vielleicht auch etwas unglücklich gewählt, denn es gab keine Explosion im ursprünglichen Sinn, sondern vielmehr ist der Raum selber explodiert und dehnt sich seitdem weiter aus. Folglich gab es auch kein Explosionszentrum, sondern der Urknall ereignete sich überall und Dichte und Druck waren auch überall gleich.

Doch aufgrund des komplexen Sachverhalts ist es nicht immer einfach, die Zusammenhänge zu verstehen. In der Zeitschrift Spektrum der Wissenschaft gab es im Mai 2005 (Seite 38-47) einen sehr gelungenen Artikel, dessen Kernaussagen wir Ihnen nicht vorenthalten wollen.

Galaxien können sich schneller als das Licht von uns fortbewegen

Im expandierenden Raum steigt die Fluchtgeschwindigkeit gleichmäßig mit der Entfernung an und übersteigt oberhalb der so genannten Hubble-Entfernung sogar die Lichtgeschwindigkeit. Das verstößt aber nicht gegen die Einsteins Spezielle Relativitätstheorie, da die Fluchtgeschwindigkeit nicht durch eine Bewegung im Raum sondern durch die Expansion des Raums zu Stande kommt.

Wir können das Licht von Galaxie sehen, die sich schneller als das Licht von uns entfernen

Anfangs wird das Photon tatsächlich durch die Expansion von uns weggedrängt. Doch die Hubble-Entfernung ist nicht konstant. Sie wächst an, und zwar so weit, dass sie schließlich das Photon erreicht. Befindet sich das Photon aber erst einmal innerhalb des Hubble-Abstandes, bewegt es sich schneller auf uns zu, als sich die Entfernung zur Erde vergrößert – es kann uns also erreichen.

Rotverschiebung

Es gibt eine Rotverschiebung, da der expandierende Raum alle Lichtwellen während ihrer Ausbreitung dehnt. Die Eigenbewegung der Galaxien ist dabei in kosmologischen Maßstäben vernachlässigbar gering. Das von ihnen ausgesandte Licht hat also in alle Richtungen dieselbe Wellenlänge. Außerdem unterscheidet sich die kosmologische Rotverschiebung von derjenigen, die der Dopplereffekt hervorruft.

Aufgrund der Expansion ist das beobachtbare Universum größer als 14 Milliarden Lichtjahre

Dies ist besonders abstrakt, denn auch wenn sich der Urknall vor 14 Milliarden Jahren ereignet hat, dehnt sich der Raum auch noch heute aus und ein Photon, das zu uns reist, wird bei seinem Eintreffen eine kleinere Entfernung zurückgelegt haben, als sich seine Strahlungsquelle zu diesem Zeitpunkt befindet – und dies sogar um den Faktor 3.

Das Universum expandiert, die Himmelskörper in ihm nicht

Zwar werden benachbarte Galaxien etwas auseinandergezogen, doch aufgrund der gegenseitigen Massenanziehung driften sie auch wieder aufeinander zu. Innerhalb eines Galaxiehaufens oder gar Superhaufens spielt die Expansion des Universums dagegen keine Rolle.

Entstehung des beobachtbaren Universums

Da bei der Urknallsingularität mehr Materie als Antimaterie entstanden ist, hat sich nicht die ganze Materie wieder aufgelöst. Aus diesem kleinen Überrest formte sich die erste Sterngeneration. Es handelte sich dabei um Riesensterne mit der vielfachen Masse unserer Sonne. Erst als sie ihren Kernbrennstoff verbraucht hatten und in einer Supernova explodierten, war genügend Druck vorhanden, um auch die höheren Elemente des Periodensystems der Elemente zu erzeugen. Aus diesen Überresten der ersten Sterngeneration gingen die heutigen Sterne und Planeten hervor, denn sie lieferten weitere Bestandteile, die sich als feiner kosmischer Staub in Nebeln sammelten, welche wiederum unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabierten. Unser Sonnensystem ist ebenfalls so entstanden. Auch die Anreicherung von Metallen und die Wasservorkommen unseres Planeten verdanken wir der ersten Sterngeneration. Denn beides wurde durch Asteroiden und Kometen der Urerde hinzugefügt.

Unsere Sonne gehört neben Milliarden anderer Sonnen zur Milchstraße. Die Milchstraße ist eine Spiralgalaxie, so wie die meisten uns bekannten Galaxien auch. Diese Galaxien streuen aber nicht vereinzelt durchs Universum, sondern organisieren sich durch die gegenseitige Massenanziehung in kleinere Gruppen oder aber auch größeren Haufen. Dabei kommt es immer wieder zu Galaxiekollisionen. Dieses Schicksal hat auch schon die Milchstraße ereilt und in ferner Zukunft wird sie auch mit der Andromeda Galaxie zusammenstoßen. Doch aufgrund der großen Zwischenräume zwischen den Sternen, sind Sternkollisionen äußerst selten.

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