Lautloser Ur-Knall

Der Urknall fand zu keinem Zeitpunkt an keinem Ort, aber zugleich an jedem Punkt dieses Universums statt

Es liegt in der Natur des Urknalls, dass Astrophysiker bislang noch keinen direkten Beweis seiner "Echtheit" finden konnten. Wenngleich die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung und die Rotverschiebung die Richtigkeit der Big-Bang-These untermauern, so haben sie aber bestenfalls nur Indiziencharakter. Eine Erkenntnis ist indes sicher: Sollte der Urknall wirklich den Raum kreiert und den Zeitpfeil auf seine unendliche (?) Reise geschickt haben, ist zumindest klar, "wann" und "wo" er sich (nicht) "ereignete"...

Bild: NASA, ESA, and K. Noll (STScI)

Der Urknall ist in Wahrheit unser Horizont in der Zeit und im Raum. Wenn wir ihn als Nullpunkt unserer Geschichte betrachten, dann aus Bequemlichkeit und in Ermangelung eines Besseren. Wir sind wie Entdeckungsreisende vor einem Ozean: Wir sehen nicht, ob es hinter dem Horizont etwas gibt.

Hubert Reeves

Als Zeit und Raum noch nicht definiert waren, geschah etwas Unglaubliches, was Zeit und Raum definierte. Zu keinem Zeitpunkt und an keinem bestimmten Ort entsprang aus einem unendlich heißen, unendlich dichten Anfangszustand von unvorstellbar hoher Energiedichte und Temperatur das uns bekannte Universum. Obwohl diese so genannte "Anfangssingularität" selbst nicht der Raumzeit angehörte und obgleich besagter Anfangszeitpunkt selbst nicht das Datum dieses vermeintlichen "Ereignisses" war, trat bereits in dieser Phase die kosmische Materie als ein sich rasant, isotrop und nahezu homogen ausdehnendes Gemisch von Elementarteilchen unterschiedlichster Art in die Welt - durchflutet von hochenergetischen Photonen und vermutlich auch Gravitationswellen.

Künstlerische Darstellung eines primordialen Quasars. Bild: Wolfram Freudling et al. (STECF), ESO, ESA, NASA

Tag ohne Gestern

Diese Anfangssituation, die Astrophysiker als heißen "Urknall" (engl. Big Bang) bezeichnen, ist die Ursache dafür, dass der gesamte Kosmos - die Entstehung und Strukturierung der Materie und die Geometrie der Raumzeit - einem Entwicklungsprozess unterliegt, der durch die vier fundamentalen Kräfte, insbesondere der Gravitation und der Expansion geformt wird. Alles, was sich aus diesem kaum definierbaren Etwas herauskristallisierte - ob Galaxien, Sterne oder Planeten -, hebt sich heute von der samtenen, mitunter entseelt wirkenden Schwärze des "kalten" Weltraums deutlich ab, lässt das All aber zugleich in pittoresker Schönheit erstrahlen. Der Urknall, der Tag ohne Gestern, erfüllte das All mit Materie sowie Energie und beseelte es langfristig gesehen mit Leben.

Abbildung der Kosmischen Hintergrundstrahlung (basierend auf den Daten des Satelliten WMAP), die das gesamte beobachtbare Universum mit einem Radius von 13,3 Milliarden Lichtjahren umfasst, wobei wir uns im Zentrum befinden. Bild: Massachusetts Institute of Technology /Max Tegmark

Gleichwohl ist dies nur eine punktuelle Momentaufnahme einer sich fortwährend im Wandel befindlichen kosmischen Evolution, dessen Ende unabsehbar ist. Heute sprechen alle Beobachtungen für einen Kosmos, der ewig expandiert und dabei sogar beschleunigt - und in dem die Existenz einer bewohnbaren Zeitzone nur den Charakter einer Übergangszeit hat. Dabei ist aber die vermeintliche Geschichtslosigkeit des Universums, die scheinbare Ruhe und Unveränderlichkeit des Sternenhimmels, schlichtweg eine optische Täuschung". Diese Einsicht, die auf Beobachtungen erdgebundener und satellitengetragener Teleskope basiert, führte zu neuen physikalisch fundierten Theorien, die in der Astrophysik den vielleicht wichtigsten Paradigmenwechsel des 20. Jahrhunderts markierten.

Vorstellung vom Ablauf nach dem Urknall, nach ungefähr 380.000 Jahren wurde das Universum lichtdurchlässig. Bild: NASA

Die Geburt des Wortes "Urknall"

Auf ihrer Suche nach dem kosmischen Gral, dem Schlüssel zu allem, fokussiert sich die Aufmerksamkeit vieler Kosmologen unserer Epoche auf den "Big Bang", jener Ur-Sache aller Ursachen dieser Welt, die in unserem Sprachraum gerne mit der unzureichenden Metapher "Urknall" umschrieben wird. Aber ganz im Gegensatz zu dem in der Wissenschaft mittlerweile geflügelten und etablierten Wort "Big Bang", das auf den Verfechter der Steady-State-Theorie Fred Hoyle (1915-2001) zurückgeht, lässt sich der Urheber der deutschen Translationsvariante namentlich nicht mehr ausmachen. Hoyle hatte diesen Ausdruck am 25. Februar 1950 während der BBC-Radiosendung "Man's Place in the Expanding Universe", die im Rahmen der sechsteiligen Lecture-Serie "The Nature of the Universe" ausgestrahlt wurde, erstmals zum Besten gegeben und damit den Urknall-Verfechtern keineswegs schmeicheln wollen.

Fred Hoyle (1915-2001)

Wie sich in dem Abdruck der fünften Sendung (Abschnitt fünf) nachlesen lässt (besagte sechsteilige BBC-Lecture-Folgen fanden auch publizistischen Niederschlag), erwähnte Hoyle den Begriff "Big Bang" nur beiläufig und verwendete ihn insgesamt nur einmal: "...This big bang idea seemed to me to be unsatisfactory even before detailed examination showed that it leads to serious difficulties1".

Urknall war überall

Dass das einheitlich anerkannte Standardmodell der Kosmologie, das den Beginn der Welt charakterisiert, mit einem derart deplazierten Namen versehen wurde, überrascht umso mehr, weil der Urknall im eigentlichen Sinne weder ein Ereignis - hierfür wären die Koordinaten Zeit und Raum eine entscheidende Voraussetzung gewesen - noch eine Explosion im herkömmlichen Sinn gewesen war. Ebenso wenig ging er mit einem Knall einher, da ein solcher eine räumliche Dimension und zugleich einen Luftwiderstand erfordert hätte. Nein, der Urknall war alles andere als eine Explosion irdischer Art, da er sich eben nicht in einem bereits existierenden dreidimensionalen Raum abspielte. Denn ganz im Gegensatz zu einer konventionellen Explosion, die sich bekanntlich in einem bestehenden Raum ereignet, generierte der Urknall im Zuge seiner Expansion diesen selbst.

Stadien des expandierenden Universums Bild: ESA

Wenn überhaupt, dann "füllte" diese Explosion das gesamte Universum aus. Folglich hat der Urknall zugleich an jedem Punkt dieses Universums und an einem bestimmten Ort stattgefunden. Egal, wo Sie diesen Beitrag im Augenblick auch lesen mögen, egal wo Sie morgen sein werden: An jedem dieser Punkte fand dereinst auch der Urknall statt, weil am Anfang dieser Welt alle Orte ein und derselbe Ort waren. Der Urknall ist und war überall - heute wie damals, als der gesamte Kosmos einer Eizelle entschlüpfte, sprich aus einem Punkt (Singularität) entstand.

Es gibt "keinen Ort im Universum, an den Raumforscher reisen und eine Fahne aufrichten könnten, die markiert: "Hier hat der Urknall stattgefunden", mahnt der in Bagdad geborene Professor für Theoretische Physik an der Universität von Surrey (Guildford), Jim Al-Khalili, völlig zu Recht2.

Irgendwo im All. Auch "hier" fand einst der Urknall statt! Bild: NASA/JPL-Caltech

Metagalaxis und Multiversen

Keineswegs ein und dasselbe vermitteln dagegen die mit dem Urknall in engem Konnex stehenden Begriffe Universum und Kosmos. Während Astrophysiker unter einem Universum das größtmögliche existierende Objekt, das "alles" umfassende System, quasi das Weltganze verstehen, das alle Materie und Antimaterie als Teilsystem(e) in sich vereint, betrachten sie den Kosmos (griech. "Ordnung") allenfalls als theoretisches Konstrukt, als hypothetisches Abbild des Universums.

Hat sich unser farbenprächtiges Universum aus dem Nichts kreiert? Bild: ESO

Setzte man das Universum mit dem Planeten Erde gleich, dann wäre analog hierzu der Kosmos schlichtweg ein Atlas. Gänzlich anders verhält es sich mit der Metagalaxis, womit Astronomen ausschließlich jenen empirisch zugänglichen Teil des Universums verbinden, der im Rahmen astronomischer Beobachtungen perzeptorisch, also via Teleskop etc. observierbar ist. Möglicherweise ist aber auch der gesamte Kosmos nur einer unter vielen Welten - ein Objekt im Multiversum. Dann lebten wir in einem von vielen koexistierenden Universen, die alle in einen höherdimensionalen Raum eingebettet sind. Diese Hypothese gewinnt an Gewicht, wenn wir die Quantentheorie auf das Universum anwenden. Gehen wir nämlich von einem Quantenzustand am Anfang aus, dann gibt es in der Tat viele Möglichkeiten, ein Universum zu kreieren oder gar Universen zu bilden, die sich durch den konkreten Wert der Naturkonstanten, der Hierarchie der Wechselwirkungen oder dem Massenspektrum der Elementarteilchen unterscheiden können.

Bild: ESO

Ob solcherlei Universen tatsächlich parallel zu unserem Kosmos in einem höherdimensionalen Raum existieren, entzieht sich aber jeglicher Beobachtung und bleibt daher äußerst spekulativ. Wie dem auch sei - das Standardmodell jedenfalls beschreibt nicht die Entstehung, sondern nur die Entwicklung der Welt. Es vermittelt ein idealisiertes Bild einer Realität, die wir nicht direkt erfahren, sondern mit Teleskopen sondieren und mithilfe mathematischer Physik erschließen können.

Heute dringen die Astronomen auf ihren Zeitreisen immer tiefer in das unbegrenzte möglicherweise endliche, aber stetig wachsende Universum vor und nähern sich zumindest der Grenze des Urknalls unaufhörlich. Ermutigt durch das immer besser werdende astronomische Instrumentarium, beflügelt von neuen oder optimierten Detektionsmethoden und fortwährend präziser arbeitenden Computersimulationen, kristallisieren sich dabei immerfort feinere Bilder und Modelle heraus.

Georges-Henri Lemaître (links) und Albert Einstein. Der katholische Priester entwarf als erster Mensch das Big-Bang-Modell, wohingegen Einstein mit der Urknall-Theorie nur herzlich wenig anzufangen wusste.

Wer schrieb das Drehbuch?

Dennoch bleiben gegenwärtig viele Fragen unbeantwortet, ganz zu schweigen von den Fragen aller Fragen: Wer oder was hat dieses Universum geschaffen? Wer oder was hat die drei räumlichen Dimensionen, die wir Menschen mit unseren Sinnen erfassen können, geformt und materiell (oder auch anti-materiell) gemacht und die vierte Dimension, die Zeit (und wohl auch andere Dimensionen), in diese Welt gesetzt? Welche Energieform oder Nicht-Energieform hat dem Kosmos Leben eingehaucht - ob dies biologischer oder nichtbiologischer Natur ist?

Hubble Ultra Deep Field - der bisher tiefste Blick zurück: Mindestens 12 Milliarden Jahre zurück in die Vergangenheit des Universums

Fragen über Fragen, die nach Antworten verlangen, die aber höchstwahrscheinlich nicht schlüssig aufzulösen sind. Wer oder was vor langer Zeit das Drehbuch schrieb, die Regie führte, das Theater baute, die Requisiten besorgte und die Mimen, die dort ihr Gastspiel zelebrierten, auf die Bühne platzierte, und ob der Homo sapiens sapiens wirklich der einzige Zuschauer im Auditorium ist, der diesem unglaublichen kosmischen Schauspiel beiwohnen darf, bleibt wohl für immer ungeklärt. Dies steht auch nicht in den Sternen, die der Urknall kreiert hat.

Mehr über den Urknall, vor allem aber mehr über jene Theorien, die den gängigen astrophysikalischen Modellen à la "Big Bang" oder "Big Crunch" Paroli bieten wollen, präsentiert das neue Telepolis Special Kosmologie. Zu Bestellen im heise Kiosk

(Harald Zaun)

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