Astronomie

Die Big Bang Theorie

Nach der Urknalltheorie war die Materie ein unendlich kleiner Punkt von sehr hoher Dichte, der zu einem bestimmten Zeitpunkt explodierte und sich in alle Richtungen ausdehnte. Dabei entstand das, was wir heute unser Universum nennen, das auch Raum und Zeit umfasst. Der Urknall fand vor etwa 13,8 Milliarden Jahren statt. Theoretische Physiker haben diese Zeitlinie der Ereignisse rekonstruiert, die eine Hundertstelsekunde nach dem Urknall beginnt.

Nach der Explosion dehnte sich das Universum aus (so wie sich ein Luftballon ausdehnt, um mehr Fläche einzunehmen), und es bildeten sich die ersten subatomaren Teilchen: Elektronen, Positronen, Mesonen, Baryonen, Neutrinos, Photonen und eine lange Liste weiterer Teilchen bis hin zu den mehr als 90 heute bekannten.

Später wurden Atome geschaffen. In der Zwischenzeit begann sich die Materie aufgrund der Schwerkraft zusammenzuballern und Wolken aus diesen ursprünglichen Bestandteilen zu bilden. Einige wurden so groß, dass sich Sterne und Galaxien zu entwickeln begannen.

Geschichte der Urknalltheorie

George Gamow, ein eingebürgerter amerikanisch-russischer Wissenschaftler, verfeinerte 1948 Lemaîtres Hypothese des Urkerns. Gamow schlug vor, dass das Universum in einer gewaltigen Explosion entstanden ist. Die zahlreichen Atome, die wir heute beobachten können, entstanden in den ersten Minuten nach dem Urknall, als die außerordentlich hohe Temperatur und Dichte des Universums subatomare Teilchen zu chemischen Komponenten verschmolzen.

Nach neueren Schätzungen waren Wasserstoff und Helium die ersten Produkte des Urknalls. Sterne entwickelten später schwerere Elemente wie Eisen. Auch wenn Gamows Hypothese nur rudimentär ist und später korrigiert wurde, bietet sie doch eine Grundlage für das Verständnis der frühen Phasen des Universums und seiner Entwicklung.

In der Frühphase des Universums dehnte sich die Materie rasch aus. Helium und Wasserstoff kühlten ab und verdichteten sich, während sich das Universum ausdehnte, und bildeten Sterne und Galaxien. Dies erklärt die Expansion des Universums und dient als physikalische Grundlage für das Hubble-Gesetz.

Nach dem Urknall

Die vom Urknall übrig gebliebene Strahlung kühlte mit der Ausdehnung des Universums weiter ab und erreichte eine Temperatur von etwa 3 °K (-270 °C). Radioastronomen entdeckten diese Reste der Mikrowellenhintergrundstrahlung 1964 und lieferten damit das, was die meisten Astronomen als Beweis für die Urknalltheorie ansehen.

Die Urknallforschung scheint noch einen weiten Weg vor sich zu haben. Jüngste Untersuchungen der Rotverschiebung von Supernovae, die bisher der dunklen Energie zugeschrieben wurden, zeigen, dass sich die Expansion des Universums eher beschleunigt als abnimmt. Die Erforschung schwarzer Löcher und die jüngste Entdeckung von Gravitationswellen liefern weiterhin neue und faszinierende Fakten.

Ist das Universum unendlich?

Eine der wichtigsten unbeantworteten wissenschaftlichen Fragen im Rahmen des Konzepts des expandierenden Universums ist die Frage, ob das Universum offen oder geschlossen ist (d. h. ob es sich unbegrenzt ausdehnen oder wieder zusammenziehen wird).

Ein Ansatz zur Lösung dieser Frage besteht darin, zu prüfen, ob die durchschnittliche Dichte der Materie im Universum größer ist als die kritische Zahl im Friedmann-Modell. Durch die Messung der Bewegung ihrer Sterne kann ein Forscher die Masse einer Galaxie berechnen. Multipliziert man die Masse jeder Galaxie mit der Anzahl der Galaxien, so zeigt sich, dass die Dichte nur 5 bis 10 % der kritischen Schwelle beträgt.

Auf ähnliche Weise kann der Wissenschaftler die Masse eines Galaxienhaufens berechnen, indem er die Geschwindigkeit der darin enthaltenen Galaxien beobachtet. Multipliziert man diese Masse mit der Anzahl der Galaxienhaufen, so nähert sich die Dichte der kritischen Grenze, was darauf hindeutet, dass das Universum „anscheinend“ geschlossen ist.

Die Unterscheidung zwischen diesen beiden Techniken offenbart das Vorhandensein von unsichtbarer Masse oder dunkler Materie innerhalb jedes Haufens, aber außerhalb der sichtbaren Galaxien. Solange die Phänomene der verborgenen Masse nicht verstanden werden, ist dieser Ansatz, das Schicksal des Universums zu bestimmen, nicht überzeugend.

Inflationäres Universum Modell

Ein Großteil der typischen Arbeiten in der theoretischen Kosmologie ist der Verbesserung unseres Verständnisses der Prozesse gewidmet, die dem Urknall vorausgegangen sein müssen. Die in den 1980er Jahren entwickelte Inflationstheorie macht sich die aktuellen Entwicklungen in der fundamentalen Teilchenphysik zunutze und behebt damit erhebliche Mängel in der ursprünglichen Methode von Gamow. Diese Ideen haben auch zu kühnen Vorhersagen geführt, wie z. B. die Möglichkeit einer unendlichen Anzahl von Welten, die durch das inflationäre Modell entstehen.

Mehr anzeigen

Ähnliche Artikel

Schaltfläche "Zurück zum Anfang"