Was ist der Urknall?

Eine hornförmige Grafik, die die verschiedenen Epochen des Universums mit dem Ursprung am schmalen Ende darstellt.

Zeitleiste des Universums, vom Urknall bis heute. Ganz links zeigt der früheste Moment, den wir bisher untersuchen können, wenn ein Zeitraum vonkosmische Inflationerzeugte einen Ausbruch vonexponentiellWachstum im Universum. In den nächsten mehreren Milliarden Jahren verlangsamte sich die Expansion des Universums allmählich, da die Materie im Universum durch die Schwerkraft an sich selbst zog. In jüngerer Zeit hat sich die Expansion wieder beschleunigt, da die abstoßenden Auswirkungen vondunkle Energiesind gekommen, um die Expansion des Universums zu dominieren.Lesen Sie mehr über dieses Bildvon der Nasa.


Sie haben wahrscheinlich vom Urknall als dem Ereignis gehört, das unser Universum hervorgebracht hat. Sie wissen vielleicht, dass die meisten Kosmologen glauben, dass es vor etwa 13,8 Milliarden Jahren geschah. Es ist schwer zu begreifen, dass im Moment des Urknalls die gesamte Energie des Universums – von denen einige später zu Galaxien, Sternen, Planeten und Menschen wurden – auf einen winzigen Punkt konzentriert war, kleiner als der Kern einer Atom. Und es ist nicht nur egal, was im Urknall geboren wurde. Aus der Sicht moderner Kosmologen ist MaterieundPlatzundAlles begann, als sich dieser mikroskopische Punkt plötzlich gewaltsam und exponentiell ausdehnte.

Die ersten Atome sollen sich gebildet haben, als das Universum etwa 400.000 Jahre alt war. Davor war das Universum einfach zu heiß und zu energiegeladen, um Atomkerne einfangen zu lassenElektronen. Die ersten Sterne erwachten zum Leben, glauben Kosmologen vor etwa 250 Millionen Jahrennachder Urknall und kurz darauf die ersten Galaxien.


Ein blauer Punkt auf schwarzem Hintergrund, verstreut mit Sternen und fernen Galaxien. Einschub mit vergrößertem Punkt.

Das Hubble-Weltraumteleskop hat dieses Bild einer sehr weit entfernten Galaxie namens UDFj-39546284 aufgenommen. Dieses Objekt hat aRotverschiebung von z~10, was bedeutet, dass es etwa 480 Millionen Jahre nach dem Urknall existierte. Bild via NASA/ ESA/ Garth Illingworth/ Rychard Bouwens/ das HUDF09 Team/Wikimedia Commons.

Ein unregelmäßiger roter Klecks in einer Insetbox auf einem Sternfeld.

Hier ist ein weiteres sehr weit entferntes (und daher altes) Objekt, das 2016 vom Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen wurde. Die Galaxie GN-z11, die im Einschub gezeigt wird, ist 13,4 Milliarden Jahre zurückliegend, nur 400 Millionen Jahre nach dem Urknall , als das Universum nur 3% seines heutigen Alters hatte. Die Galaxie ist voller heller, junger, blauer Sterne, sieht aber auf diesem Bild rot aus, weil ihr Licht durch die Expansion des Universums auf längere spektrale Wellenlängen gestreckt wurde. Bild via NASA/ ESA/ P. Oesch/ G. Brammer/ P. van Dokkum / G. Illingworth/Hubblesite.

Der Urknall bezieht sich auf eine Theorie. Wie könnte es anders sein? Die aktuelle Version der Urknalltheorie – die von modernen Kosmologen am häufigsten verwendet wird – heißtdas Lambda-CDMModell. Es postuliert, dass unser Universum zu einem bestimmten Zeitpunkt begann und sich flach ausgedehnt hat (d.hNullkrümmung) und besteht aus 5%Baryonen(d.h. die Materie, aus der alles besteht, was wir sehen – Galaxien, Sterne, Planeten, Menschen), 27%kalte dunkle Materie(daher das „CDM“ des Namens der Theorie) und 68%dunkle Energie.

Das Lambda-CDM-Modell besagt weiter, dass sich das Universum mit einer Geschwindigkeit ausdehnt, die als Lambda (der griechische Buchstabe) bezeichnet wird und von den Prinzipien von EinsteinsGenerelle Relativität. Das Lambda-CDM-Modell ist spektakulär erfolgreich bei der Erklärung dessen, was wir im Universum beobachten. Es macht Vorhersagen, die immer wieder durch Beobachtungen bestätigt werden. Aber es ist nicht ohne Probleme; Wie alle wissenschaftlichen Theorien entwickelt sich auch das Lambda-CDM-Modell weiter.


Lassen Sie uns nun einen Moment innehalten, damit wir zwischen dem Erscheinen all dieser Energie beim Urknall und ihrer plötzlichen Expansion unterscheiden können. In diesem Sinne war der Urknall nicht das Ereignis, dasverursachtunser Universum. Vielmehr war es das Ereignis, dasgebarzum Universum. Warum ist diese Unterscheidung wichtig? Es ist wichtig, denn obwohl die Wissenschaft in der Lage war, eine Geschichte des Universums bis zu dem Zeitpunkt zu erstellen, als dieser winzige Punkt plötzlich unseren gesamten Kosmos erschuf, ist der Grund dafür, dass dieser winzige Energiepunkt überhaupt dort war, unbekannt , und kann für immer unerkennbar sein.

Der Urknall ist die Theorie, die wir dafür entwickelt haben, wie das Universum, das wir um uns herum sehen, entstanden ist. Es versucht nicht, die häufigste Frage zu beantworten, die wir Menschen nach dem Ursprung des Kosmos stellen:warum?Und diese Frage kann wahrscheinlich nicht beantwortet werden, denn was immer das Erscheinen dieses winzigen Energiepunktes verursacht hat, der die Samen von allem, was jemals sein würde, enthält, warnicht von diesem Universum.

Deshalb, was auch immerverursachtdas Universum hinterließ keine Beweise für seine Existenz, die wir studieren könnten, keinen Hinweis darauf, was es war. Es ist auch wahrscheinlich, dass, etwas vollständig zu seinaußendas Universum, wir könnten es jedenfalls nicht begreifen. Die Gesetze der Physik, der Bewegung, der Schwerkraft, des Elektromagnetismus, der Thermodynamik galten im Moment der Geburt des Universums einfach nicht, weil sie noch nicht existierten: Sie können sicherlich nicht die Anwesenheit und den Ursprung dieses winzigen Samenkorns beschreiben.

Das hat Kosmologen, die die Geschichte und die großräumige Struktur des Universums studieren, natürlich nicht davon abgehalten, solche Fragen zu beantworten, denn das liegt in der Natur der Wissenschaft. Manche Leute schreiben die Existenz dieses winzigen Energiesamens einem Gott zu, da die Menschen im Laufe der Jahrhunderte Götter erfunden haben, um Dinge zu erklären, die sie nicht verstehen konnten, aber es gibt absolut keinen Grund, diese Idee zu glauben, außer vielleicht Wunschdenken. Es gibt sicherlich nichts, was wir in der Geschichte des Universums beobachten, das darauf hindeutet, dass sein Ursprung etwas anderes als ein natürliches Ereignis war, auch wenn wir es nicht begreifen können. Andererseits deutet nichts darauf hin, dass der Ursprung unseres Universums warnichtauch von einem Gott verursacht.


Ein kegelförmiges Objekt mit einem tatsächlichen Pfeil, der unten gezeichnet ist, mit einer Explosion am linken Ende der kosmischen Evolution, die nach rechts fortschreitet.

Künstlerische Darstellung der Geschichte des Universums und derPfeil der Zeit. Die Urknalltheorie besagt, dass sich die Zeit in eine einzige Richtung bewegt. Wissenschaftler haben jedoch herausgefunden, dass auf der Quantenebene im Bereich der subatomaren Teilchen viele Prozesse das sind, was wir „zeitreversibel“ nennen: Es gibt keinen Unterschied zwischen Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft. Bild überForbes.

Das Lambda-CDM-Modell besagt auch, dass die Zeit selbst mit dem Urknall begann, auf der Grundlage, dass es keine Zeit zum Messen gibt, wenn es keine Ereignisse gibt. Dies wirft eine alte philosophische Frage auf, ob Zeit ein menschliches Konstrukt ist oder unabhängig von uns existiert. Diese Frage hat einige der größten Philosophen und Wissenschaftler belastet, aber sie wurde nie zufriedenstellend beantwortet. Wenn wir jedoch Zeit als den Zeitraum definieren, der zwischen Ereignissen verstreicht, kann man fairerweise sagen, dass die Zeit mit dem Urknall begann.

Eine andere häufige Frage ist: Was ist passiert?Vorder Urknall? Diese Frage kann keine Bedeutung haben, wenn wir akzeptieren, dass der Urknall der Beginn der Uhr des Universums war: Es ist, als würde man fragen, was nördlich des Nordpols liegt. Diese Antwort zeigt zwar die Irrationalität, nach einem „Vorher“ zu fragen, ist jedoch für Menschen, die an Ursache und Wirkung gewöhnt sind, nicht zufriedenstellend: Wir argumentieren, dass wenn der Urknall ein Ereignis war, das das Ergebnis von etwas war, einer Veränderung, einigen Instabilität, es musste eine gebenVor.Dies ist jedoch nur unsere Erfahrung, in der uns vertrauten Welt, wo ein Ereignis immer eine Ursache hat und absolut keinen Einfluss auf die Entstehung des Universums hat, denn wiederum gelten die Gesetze der Physik, die in unserer Welt regeln Ursache und Wirkung gab es einfach nicht. Und wie um zu unterstreichen, wie oberflächlich, wie voreingenommen unsere Zeitwahrnehmung ist, haben Wissenschaftler entdeckt, dass auf der Quantenebene, im Bereich der subatomaren Teilchen, viele Prozesse das sind, was wir „zeitreversibel:“ Es gibt einfach keinen Unterschied zwischen Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft.

Es ist auch wichtig zu wissen, dass es im Moment des Urknalls keinen Raum und keine Dimensionen gab. Der Raum selbst und die Dimensionen in diesem Raum entstanden in diesem Moment, als sich die Energieblase ausdehnte. Das bedeutet, dass der Urknall im Gegensatz zu dem, was die meisten Leute glauben, keinExplosion. Denken Sie an etwas, das explodiert, und es explodiert in einen Raum, eine Fläche, die bereits da war. Aber im Fall des Urknalls gibt eswarkein bereits vorhandener Raum für eine Explosion.


Eine verwandte Frage, die oft gestellt wird, lautet: Wo fand der Urknall statt? Diejenigen, die dies fragen, glauben, dass Sie auf eine Stelle am Himmel zeigen und sagen können, „dort ist es passiert“. Aber die Antwort auf die Frage ist, dass der Urknall passiert istüberall, überallhin, allerorts. Es ist nur so dassüberall, überallhin, allerortsexistierte innerhalb dieser winzigen Blase aus unendlich heißer sich ausdehnender Energie, weil es buchstäblich nichts außerhalb davon gab – kein Raum, keine Dimensionen, nichts. Sehen Sie sich einen Dokumentarfilm über den Urknall an und er wird von außen als riesige Explosion dargestellt. Aber eine solche Sichtweise ist unmöglich – es gab kein „Draußen“. Das kann man den Filmemachern natürlich nicht vorwerfen: Es gibt einfach keine Möglichkeit, den Urknall wissenschaftlich akkurat visuell darzustellen. Es ist fraglich, ob wir überhaupt das Vokabular dafür habenbeschreibtes, geschweige denn darstellen.

Links ein brillanter Lichtblitz, aus dem ein 'Universum' von Sternen und Weltraum dehnt sich nach rechts aus.

Es wird angenommen, dass der Weltraum selbst im Urknall geboren wurde. Künstlerisches Konzept über Christine Daniloff/ MIT/ ESA/ Hubble/ NASA/Phys.org.

Wenn Sie Schwierigkeiten haben, sich mit der Idee des Urknalls zurechtzufindenüberall, überallhin, allerorts, ohneaußen,Zu einem bestimmten Zeitpunkt, als die Zeit vor etwa 13,8 Milliarden Jahren begann, sind Sie nicht allein. Das menschliche Gehirn ist für den Umgang mit solchen Konzepten nicht gut gerüstet. Sogar wennEdwin Hubble, in den 1920er Jahren, demonstrierte, dass sich das Universum in alle Richtungen ausdehnt, und wenn man die Uhr weit genug zurückdreht, muss das gesamte Universum einen winzigen Punkt besetzt haben, die Idee, dass das Universum einen bestimmten Anfang hatte und war daher nicht unendlich alt, war für viele einfach inakzeptabel. Unter diesen, die den Urknall ablehnten, waren prominente Wissenschaftler:Einsteinselbst leugnete die Idee eines expandierenden Universums. Ein anderer Wissenschaftler, der die Vorstellung eines Universums von endlichem Alter ablehnte, war der berühmte britische AstronomSir Fred Hoyle, der Mann, der mehr als jeder andere das Geheimnis der Funktionsweise von Sternen entschlüsselt hat.

Hoyle hielt in den späten 1940er und frühen 50er Jahren eine Reihe von Vorträgen im BBC-Radio, und zu einem davon – über die BBCDrittes Programmausgestrahlt auf28. März 1949– er spottete über die Idee des Universums, das zu einem bestimmten Zeitpunkt beginnt, und bezeichnete die Beschreibung des Ereignisses durch die Kosmologen als „Urknall“. Unglücklicherweise für Hoyle ist der Name geblieben, und wir nennen dieses Ereignis seitdem den Urknall.

Ein intelligent aussehender Mann mit altmodischer Brille und Anzug.

Fred Hoyle. Er prägte den Begriff „Urknall“, um das Ereignis zu beschreiben, in dem unser Universum geboren wurde, während er 1949 in einem Radiogespräch eine rivalisierende Theorie, die Steady State-Theorie, erklärteBritannica.com.

Eine Folie, die erklärt, dass in der Steady-State-Theorie Materie ständig erzeugt werden muss.

Bild überExploringCosmos006.

Hoyle hat nie akzeptiert, dass das Universum einen Anfang hatte, selbst bis zu seinem Tod im Alter von 86 Jahren im Jahr 2001. Er wurde der führende Befürworter vonSteady-State-Theorie, die besagt, dass das Universum keinen Anfang und kein Ende hat: es regeneriert sich ständig, wobei neue Materie aus dem Nichts kondensiert.

Hoyles unverblümte Unnachgiebigkeit – er war vonYorkshire, ein EnglischBezirkangeblich berühmt für die Klare Sprache und Direktheit seiner Bewohner – wurde durch den späteren Erfolg der Urknalltheorie nicht geschmälert, auch nicht nachdem sie erfolgreich die Fülle von leichten Elementen wie Wasserstoff, Helium und Lithium im Universum vorhergesagt hatte . Er kam auch nicht, um den Urknall zu akzeptieren, alsArno PenziasundRobert Wilsonentdeckte das vorhergesagteKosmischer Mikrowellen-Hintergrund, das sterbende Echo des Urknalls, im Jahr 1964. Die Steady State Theory hatte keine dieser Dinge vorhergesagt und auch keine Erklärungen dafür gefunden.

Hoyle war auch nicht beunruhigt, alsAlan Guthkonstruierte die Theorie vonKosmologische Inflationals Verfeinerung der bestehenden Urknalltheorie von 1979. Die Inflation erklärt, warum das Universum überall die gleiche Temperatur hat und „flach“ ist, neben anderen bisher nicht erklärten Eigenschaften des Universums, obwohl es noch durch Beobachtungen vollständig verifiziert werden muss.

Noch im Jahr vor seinem Tod veröffentlichte Hoyle eine weitere wissenschaftliche Arbeit über die Steady-State-Theorie, aber zu diesem Zeitpunkt wurden seine Ideen von den meisten Kosmologen vollständig abgelehnt. Und leider wurden sie auch von den überwältigenden Beobachtungen für den Urknall abgelehnt. Die Steady-State-Theorie funktioniert einfach nicht, macht falsche Vorhersagen und steht im Widerspruch zu dem, was wir tatsächlich im Universum sehen. Als Hypothese – ohne unterstützende Beobachtungsbeweise – war es eher als eine Theorie, obwohl sie allgemein als solche bezeichnet wird – sie starb im Wesentlichen mit Hoyle.

Heute ist das Lambda-CDM-Urknallmodell die einzige Theorie, die überprüfbare Vorhersagen macht und durch Beobachtungen gestützt wird.

Die meisten Kosmologen glauben heute, dass wir die Geschichte des Universums bis zurück zu 10 . kennen-einundzwanzigSekunden nach dem Urknall – das sind 0,000000000000000000001 Sekunden. Das sorgfältige Zusammenfügen dieser Geschichte in den letzten 50 Jahren, obwohl es zweifellos an feinen Details fehlt, stellt die größte intellektuelle Leistung des Menschen dar, die Krönung unserer Spezies. Es wurde durch eine beispiellose Synthese von Astronomie, Astrophysik, Kosmologie, Teilchenphysik, Chemie und anderen Wissenschaften erreicht.

Aber die Wissenschaft wird nicht ruhen, bis wir unsere Theorien zeitlich noch weiter zurückschieben können, bis zu dem Zeitpunkt, an dem das Universum entstand.

Ein buntes, meist blaues Starburst-Muster auf schwarzem Hintergrund.

Künstlerisches Konzept des Urknalls, das Ereignis, von dem man heute glaubt, dass es die Geburt unseres Universums markiert hat. Könnten wir die Geburt des Universums miterleben, wenn wir weit genug in der Zeit zurückblicken?

Fazit: Im Moment des Urknalls war die gesamte Energie des Universums – aus denen später teilweise Galaxien, Sterne, Planeten und Menschen wurden – auf einen winzigen Punkt konzentriert, kleiner als ein Atomkern. Und es ist nicht nur egal, was im Urknall geboren wurde. Aus der Sicht moderner Kosmologen ist MaterieundPlatzundAlles begann, als sich dieser mikroskopische Punkt plötzlich gewaltsam und exponentiell ausdehnte.