DER URKNALL

und das Universum

VOR DEM URKNALL

Verschiedene, in sich schlüssige und einander ergänzende Sachverhalte deuten unmissverständlich auf einen sog. URKNALL am Beginn des Universums hin. Das gesamte beobachtbare Weltall stammt demzufolge aus einem winzigen, enorm dichten und heißen Bereich, der sich gewaltig vergrößert hat. Werfen wir einen Blick auf die Indizien: Da ist zum Einen die immer noch gegenwärtige Ausdehnung des Weltalls. Die triviale Tatsache, dass wir nachts in einen schwarzen Himmel schauen ist bereits auf diese fortwährende Expansion zurückzuführen! In einem ewigen und unveränderlichem Universum müsste der ganze Himmel vor Sternen glühen! Es würde sich so verhalten, als stünden wir in einem Wald dessen Bäume alle weiß angestrichen wären! Egal wohin wir blicken, unser Sehstrahl würde immer nur Bäume erfassen, es sei denn wir wären so nah am Waldesrand, dass wir durch eine Lücke hindurch aus dem Wald und die Dinge dahinter hinaussehen könnten. Das Licht sehr weit entfernter Sterne erreicht uns aber nicht, da das Auseinanderdriften der Galaxien teilweise mit Überlichtgeschwindigkeit erfolgt. Auch das Vorhandensein intergalaktischer Staubwolken gereicht nicht zur Erklärung unseres vertrauten schwarzen Nachthimmels! In einem unveränderlichen und ewigen Universum hätten diese Wolken alle Zeit der Welt gehabt sich aufzuheizen und ebenfalls zu strahlen! Manch ein Leser wird  angesichts der scheinbar abwegigen Aussage, die besagte Expansion könne das absolute intergalaktische Tempolimit namens Lichtgeschwindigkeit überschreiten, geradezu aufschreien?!! Die Erklärung für das Phänomen liegt darin, dass sich zwar Objekte innerhalb des Raumes nicht schneller als das Licht bewegen können, der Raum selber aber sehr wohl mit Überlichtgeschwindigkeit expandieren kann! Die einzelnen Galaxien innerhalb eines Haufens selber werden durch diese Expansion aber nicht auseinandergerissen, da sie von Gravitationskräften zusammengehalten werden. Als bildliche Metapher können wir uns einen Luftballon vorstellen, auf dem Galaxien aufgemalt sind. Wird der Ballon aufgeblasen, entfernen sich die Punkte voneinander. Die Dehnung der Gummihaut erhöht den Abstand zwischen den aufgemalten Objekten. Die Punkte verändern also nicht ihre Position auf der Ballonoberfläche, durch die Ausdehnung der Oberfläche aber sehr wohl ihre Entfernung zueinander !

Durch die Rotverschiebung des Lichts kann man nicht nur erkennen dass sich der Raum ausdehnt, man kann auch die sog. "Fluchtgeschwindigkeit" einzelner Galaxien ermitteln. Diesbezügliche Erläuterungen möchte ich an dieser Stelle unter dem Gesichtspunkt der angestrebten Umfangs- und Komplexitätsbeschränkung ebenso aussparen, wie kritische Einwände gegen die Rotverschiebung (manche Skeptiker sprechen von einer "Ermüdung" des Lichts) und deren Widerlegung.

Auf jeden Fall wird das Licht von jeder weit entfernten Galaxie zu einer niedrigeren Frequenz verlagert.  Das Licht aus der kosmischen Urzeit wurde von der Ausdehnung des Weltraums gewissermaßen auseinander gezogen und schließlich in unsichtbare Frequenzbereiche verschoben. Expandiert der Raum, dehnen sich auch die Wellenzüge des Lichts, die sich in diesem Raum ausbreiten. Vergrößert sich das Universum während der Reise der Photonen um das Doppelte, strecken sich auch deren Wellenlängen auf das Doppelte während sich ihre Energie halbiert.

Astronomen erkannten, dass das Universum in allen Richtungen ungefähr gleich aussieht. Überall gibt es Galaxien, die Haufen und Superhaufen bilden. Fast alle entfernen sich von der Milchstraße. Diese ist aber nicht das Zentrum einer ungeheuren Explosion, sondern von jeder anderen Galaxie aus wäre derselbe Effekt zu beobachten.

Bevor die Flucht der Galaxien beobachtet wurde, ist die Ausdehnung des Alls schon mit der Allgemeinen Relativitätstheorie vorausgesagt worden. In der Astronomie wurden schon oft Vorhersagen durch mathematische Gleichungen gemacht (bspw. die Existenz diverser, bis Dato noch unbekannter Quantenteilchen wie etwa Bosonen oder Neutrinos), deren reale Existenz erst anschließend in Teilchenbeschleunigern oder durch Beobachtung (etwa durch hochsensible Satellitentechnik) nachgewiesen wurde!

Rechnet man die Ausdehnung des Weltraums zurück, kommt man unweigerlich zu einem Zustand, an dem Materiedichte und Temperatur gegen unendlich streben: die Singularität. Es scheint, als entstamme alles- Raum, Zeit, Materie und Energie- einer geheimnisvollen Explosion, dem Urknall ("Big Bang").

Dieser muss mindestens 13 Milliarden Jahre zurückliegen. Das Licht ist nicht unendlich schnell sondern benötigt Zeit um Entfernungen zurückzulegen. Deshalb ist ein Blick ins Universum hinaus immer auch ein Blick in die Vergangenheit! Je weiter man hinausblicken kann, um so älter ist das Bild das man sieht.

 Für den Urknall spricht neben der Expansion des Alls auch die Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung im Bereich der Radio -beziehungsweise Mikrowellen. Diese Strahlung verteilt sich über das ganze All und ist minus 270 Grad Celsius kalt (3 Grad über dem absoluten Nullpunkt). Die Hintergrundstrahlung entspricht einer Art Echo des Urknalls und stammt aus der Zeit, als das Universum etwa 300.000 Jahre alt war. Im Verlauf seiner Ausdehnung wurde es kälter und als die Temperatur unter 3000 Grad fiel, wurde das Universum durchsichtig. Davor stand die sehr dichte Materie in ständiger Wechselwirkung mit der Strahlung.

 Als das Universum also kühl genug dafür war entstanden die ersten Atome und die Strahlung hatte freie Bahn.

Ein großer Teil davon durchflutet als Hintergrundstrahlung auch jetzt noch den Raum. Sie war früher wärmer, wie man mittlerweile nachweisen kann.

Die winzigen räumlichen Temperaturunterschiede von einem hunderttausendstel Grad spiegeln wie ein himmlischer Fingerabdruck die Dichteverteilung der Urmaterie im frühen Kosmos wider.

Dort wo sie etwas konzentrierter war formte die Schwerkraft im Lauf der Zeit Sterne und Galaxien.

Für den Urknall spricht auch weiterhin die Häufigkeit der leichten Elemente.

  75% der sichtbaren Materie besteht aus Wasserstoff, 24 Prozent aus Helium.  Diese Elemente sowie Spuren von Deuterium (schwerem Wasserstoff) und Lithium haben sich in den ersten drei Minuten gebildet. Diese Prozesse lassen sich heute sehr genau nachvollziehen.

 Sämtliche schwereren Elemente wie Sauerstoff, Kohlenstoff, Schwefel, Eisen u.a. sind  nicht mit dem Urknall entstanden. Dafür reichte die Zeit nicht. Sie wurden erst später in Sternen durch Kernfusion erbrütet. Als die Sterne explodierten, sind die schweren Elemente als Rohstoff für die Bildung neuer Sterne und Planeten ins All gelangt.

WAS   WAR  VOR  DEM  URKNALL ????

 Was, wie oder wo war das Universum VOR DEM URKNALL ?

Den Urknall dürfen wir als Tatsache betrachten. Die zu Beweisen verdichtete Indizienlast könnte nicht geschlossener sein! Man kann die Zeit bis geringste Sekundenbruchteile nach dem Urknall mathematisch zurückverfolgen und die entsprechenden Abläufe beschreiben! Allerdings gibt es eine unüberwindliche Barriere: Die sog. "Anfangssingularität"! Es handelt sich dabei um jenen Moment, der dem Urknall zumindest unmittelbar vorausgegangen ist oder der die Ausgangssituation des Urknalls darstellt! Aus der Relativitätstheorie ergibt sich der Zustand der Singularität mit einer "unendlichen" Materiedichte, Temperatur, Raumzeitkrümmung und Energiemenge und nahezu nicht vorhandener Zeit- und Raumausdehnung zwingend. In dieser Singularität allerdings versagen die mathematischen Gleichungen und die Naturgesetze scheinen außer Kraft zu sein.

Möglicher Weise handelt es sich bei der Anfangssingularität aber nur um  einen mathematischen Grenzwert der nicht zwangsläufig eine Entsprechung in der Wirklichkeit haben muss. 

DER  ANFANG  VON  ALLEM -  JENSEITS  DER  MENSCHLICHEN  ERKENNTNISFÄHIGKEIT ?!?!?!

Auf Grundlage seriöser Daten wurden mehrere Vor-Urknall-Hypothesen entworfen, für deren Stimmigkeit jeweils manche Indizien zu sprechen scheinen! Bis auf Weiteres ist es wahrscheinlich nicht möglich das Geheimnis zu lüften! Vielleicht bleibt der absolute Anfang allen Seins auch auf Dauer der menschlichen Erkenntnisfähigkeit verborgen?! Jedenfalls dürfen wir damit rechnen, dass die gewaltigen Teilchenbeschleuniger der Zukunft und immer bessere satellitengestützte Meßmethoden auch auf diesem Gebiet die Erkenntnisse voranbringen werden - bis zu welchem Punkt dies geschehen kann oder wird sei hier dahingestellt!

DIE HYPOTHESE DER QUANTENGEOMETRIE

Die Hypothese der Quantengeometrie besagt, dass Raum und Zeit nicht fundamental und unabhängig von der Materie sind.  Es gibt keine Hintergrundmetrik, sondern elementare Objekte - sog. "Spin-Netzwerke", auch "Schleifen" genannt. Sie bilden ein engmaschiges Gerüst mit Lücken dazwischen, in denen buchstäblich nichts ist. Auch kein leerer Raum, denn der Raum ist gleichsam erst aus den Fäden des Netzes entstanden und erscheint nur aus unserem unscharfen, großzügigen Blickwinkel homogen.  Anregungsformen der Spin-Netzwerke - veränderliche Zustände der Linien und Knoten- bauen gleichsam die Materie und Energie im Universum auf. Auch die Naturkräfte "leben" auf diesem Geflecht. Und die Zeit kommt, so zumindest eine Vorstellung, durch winzige Umgruppierungen im Spin-Netzwerk zustande. So ergibt sich das Bild der Spin-Schäume. Ein Spin-Netzwerk stellt gleichsam einen Schnitt durch den Spin-Schaum dar, entspricht also einer Art "Momentaufnahme".  Umgekehrt kann der "Spin-Schaum" als zeitliche Entwicklung eines Spin-Netzwerkes begriffen werden. Kleinste Teile des Spin-Schaums entsprechen dann Raumzeit-Atomen. Demnach wäre auch die Zeit diskret. Die Takte der Zeit sind lokal - das Universum läuft nicht überall in simultanen Zeitschritten ab.

Raum und Zeit wären demnach also nicht kontinuierlich, fließend, sondern körnig und proportioniert - gleichsam aus Raumzeit-"Atomen" aufgebaut. Dieser Raumzeit-Staub oder dieses Spin-Netzwerk bildet das submikroskopische Gewebe der Welt. Und dieses Gewebe hat auch im Urknall kein Loch und widerspricht somit den Paradoxien der Anfangs-Singularität!

Die Quantenphysik macht am Urknall nicht halt! Die klassische Raumzeit löst sich im Urknall auf, aber das Spin-Netzwerk ist noch da! Es ist gewissermaßen ewig! Demnach gab es keine Entstehung des Universums aus dem Nichts, weil das Nichts zu keinem Zeitpunkt existierte. Es gab immer schon etwas! Die Frage "Was war vor dem Spin-Netzwerk" ist also hinfällig, weil dieses Netz vor Beginn der Zeit da war!

Wie das Spin-Netzwerk den Urknall gezündet haben könnte, zeigt der deutsche Physiker Martin Bojowald mit seiner quantenkosmologischen Zeitentwicklungsgleichung - eine raffinierte Quantisierung der Friedmann-Gleichung. Diese strapaziert das Vorstellungsvermögen des Alltagsverstandes extrem. Aber sie triumphiert über das große Fragezeichen in der relativistischen Kosmologie: die Urknall-Singularität. Die Raumzeit-Krümmung wird nun nicht unendlich und braucht auch keine unwahrscheinliche Feinabstimmung der Materie oder eine Verletzung der Energiebedingungen.

Der Urknall war - insofern Bojowald`s Gleichung stimmen sollte - nicht der Anfang von Allem, sondern nur ein Übergang - das Ende eines in sich zusammengestürzten Universums und zugleich der Beginn der Ausdehnung eines neuen.

Selbstverständlich sind Gleichungen keine Teleskope oder Zeitmaschinen, die es erlauben, wirklich einen Blick in das mutmaßliche Vorläuferuniversum zu werfen.

DIE ZEITSCHLEIFEN - HYPOTHESE

Die Raumzeit in dieser besagten Schleife müsste winzig, leer und fast am absoluten Temperatur-Nullpunkt gewesen sein. Das Vakuum hätte die Eigenschaften eines sog. "Rindler-Vakuums" haben müssen. Diese besondere Art von Vakuum hat eine negative Energiedichte. Wenn sich diese mit der positiven Energiedichte durch die enorme Krümmung der Schleife gerade ausglich, blieb überall ein so genannter inflationärer Vakuumzustand mit einer positiven Energiedichte und einem negativen Druck übrig.

Einen solchen Zustand bezeichnen Forscher als kosmische Inflation. Er wird  hier  für die ersten Sekundenbruchteile des Universums angenommen.  Der Weltraum hätte sich in diesem kurzen Moment überlichtschnell ausgedehnt. Der Beginn dieser Inflation war zugleich das Ende der "Zeitmaschine". Die Zeit konnte also nicht endlos um sich selbst kreisen und der eingetretene vorwärtsgerichtete Zeitstrahl verbietet fortan auch ein solches Ereignis.

STEITENANFANG