Lycée Marc Bloch de Sérignan

Astuces, Conseils, Idées

Wo Und Wann Ist Die Urknalltheorie Entstanden?

Wo Und Wann Ist Die Urknalltheorie Entstanden
Mitte des 20. Jahrhunderts entwickelte sich die Theorie, wie das Universum entstanden ist – die Urknall-Theorie. Sie ist bis heute gültig und wissenschaftlich anerkannt.

Wo ist die Urknalltheorie entstanden?

Das Universum ist nach heutigem Verständnis mit dem Urknall entstanden und dehnt sich seitdem immer weiter aus. Aber wo hat dieser Urknall stattgefunden? Gibt es so etwas wie das Zentrum des Universums, wo alles seinen Anfang nahm? Und wenn es sich immer weiter ausdehnt – wohin dehnt es sich aus? Da muss doch irgendein Raum am Rand des Universums sein, in den hinein es expandiert.

  1. Und was war vor dem Urknall? Wie kann eigentlich unser ganzes Universum mit all seinen Himmelskörpern aus dem „Nichts » entstanden sein? Das alles werden wir immer wieder gefragt.
  2. Zu einigen dieser fundamentalen Fragen gibt es wissenschaftliche Annahmen und Theorien, zu anderen nicht einmal das.
  3. Aber gehen wir die Sache mal der Reihe nach durch und tragen einige Überlegungen und Erkenntnisse auf heutigem Stand zusammen – wie immer stark vereinfacht, da das alles ohnehin verdammt kompliziert ist.

Sensationelle Entdeckung Die Skizze illustriert die Entstehung und Entwicklung des Universums. Die Zeitskala beginnt unten links mit dem Urknall. Danach dehnte sich das Universum „blitzartig » aus.400.000 Jahre lang war das Universum undurchsichtig: Man kann sich das wie einen super-heißen „Teilchen-Brei » vorstellen.

  • Erst als sich das Universum weiter abkühlte, bildete sich Materie, wie wir sie kennen – und dabei wurde viel Strahlung abgegeben, die wir noch heute ganz schwach als sogenannte Hintergrundstrahlung messen können.
  • Damit wurde das Universum durchsichtig und danach bildeten sich Sterne und Galaxien.
  • Bild: DLR Fangen wir am besten ganz am Anfang an, beim Urknall.

Woher kommt eigentlich die Annahme, dass es einen solchen Urknall gab? Es könnte doch auch sein, dass das Universum schon immer existiert hat und auch immer existieren wird – gewissermaßen unveränderlich und ewig. Diese Vermutung gab es tatsächlich einmal; sie wird in der Fachwelt „Steady-State-Theorie » genannt. Herausgefunden hat das der Astronom Edwin Hubble (Bild) vor knapp 100 Jahren – und es war wirklich eine sensationelle Entdeckung, zu der auch andere Astronomen wie Vesto Slipher, Georges Lemaître und Milton Humason beitrugen. Jetzt darf man sich das nicht so vorstellen, als ob die Galaxien durchs Weltall rasen und sich dabei immer weiter von uns entfernen.

Nein, diese gewaltigen Ansammlungen von Millionen oder sogar Milliarden Sternen bewegen sich nur ganz langsam von der Stelle – um diese Art von Bewegung durch den Raum geht es hier nicht. Vielmehr dehnt sich der Raum selbst aus! Der Raum zwischen den Galaxien wird immer größer und größer, und dadurch werden sie auseinander getrieben und ihr Abstand zu uns nimmt immer mehr zu.

Man kann auch sagen: Überall im Universum entsteht andauernd neuer Raum. Zum Vergleich: Luftballon und Kuchen Diese Aufnahme des Weltraum-Teleskops Hubble zeigt Galaxien, die bis zu 13 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind. Das Licht, das wir hier sehen, ist also 13 Milliarden Jahre lang durch das Universum unterwegs gewesen – und wir blicken damit zugleich weit in die Vergangenheit zurück.

Viel weiter in die Vergangenheit oder gar bis zum Urknall kann man nicht schauen, denn anfangs war das Universum undurchsichtig. Bild: NASA, ESA Damit man das auch nur halbwegs verstehen kann, hier ein Vergleich: Du kannst dir die Galaxien wie Punkte auf einem Luftballon vorstellen, den du aufbläst. Jede Galaxie ein Punkt.

Hast du einen Ballon zur Hand? Prima! Dann zeichne doch mit ‘nem Filzstift einige solche Punkte drauf und puste ihn ein wenig auf! Die Flecken entfernen sich voneinander. Oder stell dir einen Kuchenteig vor, in dem Rosinen drin sind. Wer keine Rosinen mag, kann an Nüsse oder kleine Apfelstückchen denken und wer gegen Nüsse und Äpfel allergisch ist, denkt eben an Mandelsplitter.

  • Oder du nimmst einfach von allem etwas.
  • Die Rosinen, Nüsse, Apfelstücke und Mandelsplitter: Das sind die Galaxien.
  • Und das Universum, also der Raum – das ist der Kuchenteig, den wir jetzt bei 180 Grad ungefähr 45 Minuten auf mittlerer Schiene in den Ofen geben, danach etwas abkühlen lassen, einen Klecks frisch geschlagene Sahne drauf und ein paar ungespritzte (!) Orangenschalen fein geraspelt darüber streuen: köstlich! Aber wir kommen vom Thema ab.

Also: Was passiert mit dem Kuchenteig im Ofen? Er geht auf und wird größer und größer – und damit auch der Abstand zwischen den Rosinen und Nüssen und den anderen Zutaten! Genau so wird der Raum zwischen den Galaxien größer und größer und der Abstand der Galaxien nimmt zu. Ein Regenbogen: Durch die Art und Weise, wie die Regentropfen das Sonnenlicht reflektieren, wird es in seine Bestandteile zerlegt. So sieht man die einzelnen Farben, aus denen sich das weiße Licht zusammensetzt. Bild: K.-A. Hubble hat das übrigens nicht beim Kuchenbacken bemerkt, sondern am Licht der Sterne aus anderen Galaxien festgestellt.

  1. Wie man die Bewegung von Galaxien am Licht erkennen kann, das ihre Sterne ausstrahlen? Licht setzt sich bekanntlich aus verschiedenen Farben zusammen – das sieht man ja am Regenbogen.
  2. Oder wenn die Sonne durchs Fenster scheint: Halte dann mal eine CD mit der Unterseite ins Licht – und zwar so, dass du die Sonnenstrahlen in Richtung einer Wand oder auf ein Blatt Papier reflektierst.

Da entsteht dann so etwas wie ein künstlicher Regenbogen – weil das Licht durch die Beschichtung der CD in seine verschiedenen Farben aufgespalten wird. Jede Farbe hat dabei eine bestimmte Wellenlänge: Blaues Licht ist kurzwellig, rotes Licht langwellig.

Das kannst du dir wie eine Zick-Zack-Linie vorstellen, die du auf ein Blatt Papier malst: einmal ganz eng immer rauf und runter und rauf und runter mit kurzen Abständen und einmal ganz weit gestreckt in die Länge gezogen rauf und runter mit großen Abständen. Wenn nun ein Stern auf uns zukommt, wird sein Licht durch diese Bewegung in unsere Richtung zusammengestaucht.

Dadurch verringern sich die Abstände, die Wellenlänge wird kürzer und das Licht – vereinfacht gesagt – blau verfärbt. Umgekehrt wird das Licht eines Sterns, der sich von uns entfernt, in die Länge gezogen und rötlich verfärbt. Das ist ähnlich wie bei einer Luftschlange, wie man sie von Silvester oder von Geburtstagsfeiern kennt: Du kannst sie zusammenstauchen oder in die Länge ziehen. Dieser Effekt tritt übrigens nicht nur bei Lichtwellen auf, sondern auch bei Schallwellen – und da ist er leichter zu verstehen, weil wir das alle kennen: Du stehst am Straßenrand und da kommt ein Feuerwehr- oder Krankenwagen. Wenn er sich dir mit lauter Sirene nähert, werden die Schallwellen durch die Bewegung des Autos in deine Richtung zusammengestaucht und der Ton der Sirene klingt höher; wenn der Wagen an dir vorbeigefahren ist und sich wieder entfernt, werden die Schallwellen durch die Bewegung in die Länge gezogen und klingen daher tiefer.

  • Das nennt man den Doppler-Effekt (benannt nach dem hier abgebildeten Mathematiker und Physiker Christian Doppler).
  • Zurück zum Licht der Sterne aus fernen Galaxien: Hubble entdeckte, dass die Strahlung der Galaxien in Richtung des roten Lichts verschoben ist – also in die Länge gezogen und gedehnt wird, wie bei dem Auto, das sich von uns entfernt.

So wusste man also, dass sich andere Galaxien von uns fortbewegen. Und zwar umso schneller, je weiter die Galaxien bereits von uns weg sind. Genau das war der entscheidende Hinweis, dass es nicht die Bewegungen der Galaxien durch das Universum, durch den Raum sind, die man da am Licht ablesen konnte.

Denn das wäre ja ein verrückter Zufall, wenn ausgerechnet die entferntesten Galaxien auch diejenigen wären, die sich am schnellsten von uns wegbewegen. Es gab nur eine logische Erklärung: nämlich dass sich der Raum selbst zwischen den Galaxien ausdehnt. Betrachte nochmal deinen Luftballon beim Aufpusten.

Da wächst der Abstand zwischen den Punkten auch umso mehr, je weiter die Punkte voneinander entfernt sind: bei zwei benachbarten Punkten nur etwas, bei weiter voneinander entfernten Punkten mehr – einfach weil mehr von der Ballonhülle dazwischen liegt, die sich ausdehnt. Wo ist das Zentrum des Universums? Die Antwort: Überall und nirgends Wenn sich nun die anderen Galaxien von uns entfernen und das Universum um uns herum ausdehnt – egal in welche Richtung wir blicken: Sind wir dann im Zentrum des Universums? Sind wir zufällig genau in der Mitte? Nein! Puste den Luftballon noch etwas weiter auf – aber pass auf, dass er nicht platzt! Zwischen den Punkten entsteht immer mehr Raum – wie im Universum.

Wähle jetzt irgendeinen dieser Punkte aus und stell dir vor, dass er unsere eigene Galaxie, die Milchstraße, wäre. Von da aus gesehen entfernen sich also alle anderen Punkte. Aber auch wenn du in einer anderen Galaxie leben würdest, wäre das Bild dasselbe: Auch von dort aus betrachtet entfernen sich alle anderen Galaxien von dir.

Kein Punkt auf deinem Luftballon ist in der Mitte – und umgekehrt könnte man auch sagen: Jeder Punkt ist aus seiner Sicht in der Mitte. Kurz und gut: Das Zentrum des Universums ist nirgends und zugleich überall. Was hat das jetzt mit unserer Frage nach dem Urknall zu tun? Erstens: Das Universum hat kein Zentrum.

  • Und daher kann man auch keinen Ort bestimmen, an dem der Urknall stattgefunden hat.
  • Oder wieder anders gesagt: Der Urknall hat überall stattgefunden.
  • Zweitens: Wenn das Universum andauernd wächst, muss es logischerweise gestern noch etwas kleiner und vorgestern noch kleiner gewesen sein und so weiter Und vor gaaaanz langer Zeit muss dann alles ganz nah beieinander gewesen sein.

Wenn man nun die Geschwindigkeit kennt, mit der sich alles ausdehnt, kann man sogar „rückwärts » ausrechnen, wann alles an einem einzigen Punkt zusammen war. Stell dir vor, dein Freund kommt ins Zimmer, während du gerade dabei bist, den schon recht großen Luftballon noch etwas weiter aufzupusten.

  • Dein Freund beobachtet, wie schnell der Ballon größer wird.
  • Dann kann er sich natürlich leicht überlegen, wann du mit dem Aufblasen des Ballons angefangen hast, wann also der Ballon noch ganz klein und alle Punkte ganz nah beieinander waren.
  • Bei deinem Luftballon waren das vielleicht zwei Minuten – beim Universum eben 13,8 Milliarden Jahre.

Kurze Verschnaufpause Verschnaufen wir mal kurz nach dem vielen Luftballon-Aufpusten und fassen wir zusammen: Das Universum dehnt sich permanent aus. Das erkennt man daran, dass sich die Galaxien voneinander entfernen, was man wiederum an ihrem Licht ablesen kann.

  1. Rechnet man zurück, wann alles ganz nah zusammen war, so ist das 13,8 Milliarden Jahre her – und diesen Moment, in dem alles seinen Anfang nahm, nennt man Urknall.
  2. Wichtig ist dabei: Der Urknall fand dieser Theorie zufolge nicht in einem leeren Raum statt, sondern mit dem Urknall entstand der Raum selbst überhaupt erst.

Und auch die Zeit – aber dazu später mehr. Das alles war jetzt wirklich sehr stark vereinfacht und wir müssen ein paar Dinge ergänzen und geraderücken: Diese Fotomontage simuliert den „Zusammenstoß » unserer Milchstraße mit der Andromeda-Galaxie. Bild: NASA; Z. Levay and R. van der Marel, STScI; T. Hallas; and A. Mellinger Nicht alle Galaxien entfernen sich voneinander: Einige bewegen sich sogar aufeinander zu, weil sie sich gegenseitig mit der gewaltigen Masse all ihrer Milliarden Sterne anziehen.

  1. Zum Beispiel nähert sich unsere eigene Galaxie, die Milchstraße, allmählich der riesigen Andromeda-Galaxie, die einer unserer „Nachbarn » ist.
  2. In 2 bis 3 Milliarden Jahren werden sich beide Galaxien vereinigen.
  3. Das liegt einfach daran, dass wir und die Andromeda-Galaxie schneller aufeinander zurasen, als sich das Universum ausdehnt.

Es ist etwa so, als ob man eine Rolltreppe in die falsche Richtung läuft: Die bewegt sich zwar mit allen anderen Menschen langsam nach oben – aber wenn ich schnell genug nach unten renne, komme ich eben in der entgegengesetzten Richtung voran. Das war jetzt übrigens nur ein Beispiel – also keinesfalls bei echten Rolltreppen nachmachen! Sterne strahlen zwar hell und weiß leuchtend am Nachthimmel. Aber ihr Licht setzt sich – wie das weiße Licht der Sonne – eigentlich aus verschiedenfarbigen Wellenlängen zusammen. Wenn das Sternenlicht auf seinem Weg zu uns kosmische Gas- und Staubwolken durchquert und dabei auf bestimmte chemische Elemente trifft, entstehen dunkle Spektrallinien, wie man sie hier sieht.

  • Bild: Wikipedia Was die Sache mit dem roten Licht angeht: Streng genommen wird dabei nicht gemessen, wie „rot » das Licht ist.
  • Die Sterne sehen nicht wirklich „rot » aus und mit „Roten Riesen » – einem bestimmten Sternen-Typ – hat das gar nichts zu tun.
  • Es geht vielmehr um dünne Linien im Spektrum des Sternenlichts.

Bei Galaxien, die sich von uns entfernen, sind diese sogenannten Spektrallinien in Richtung des roten Lichtanteils verschoben. Und je stärker diese „Rotverschiebung » ist, umso schneller entfernen sich die Galaxien von uns. Zur Berechnung, wann der Urknall stattgefunden hat, noch ein Hinweis: Da hatten wir den Vergleich mit deinem Freund angestellt, der dich beim Aufpusten des Ballons beobachtet und daraus „rückwärts » berechnen kann, wann du damit angefangen hast.

  1. Aber die Rechnung stimmt natürlich nur, wenn der Ballon die ganze Zeit über im gleichen Tempo aufgepustet wurde.
  2. Will man das Alter des Universums berechnen, wird das etwas kompliziert, weil es sich möglicherweise zu Beginn schneller ausgedehnt hat als danach: Gerade war es noch klein wie eine Stecknadel oder Erbse, einen Sekundenbruchteil später – wuuussschhh – war es schon riesig groß.

Überraschung! Lange spekulierten Wissenschaftler darüber, wie sich die Ausdehnung in Zukunft weiterentwickeln würde – und da gab’s eine ziemlich fette Überraschung! Man dachte nämlich, dass ja die Anziehungskräfte aller Sterne und Planeten und Gas- und Staubwolken – also all dieser Masse im gesamten Universum – dazu führen müssten, dass sich die Ausdehnung allmählich verlangsamt.

Denn schließlich wirkt die Anziehungskraft, die Gravitation, ja genau in die andere Richtung: nämlich der Ausdehnung entgegengerichtet. Als ob da Gummibänder zwischen allen Galaxien gespannt wären, die sie zusammenhalten. Gäbe es im Weltall genug Materie, wäre all ihre Anziehungskraft zusammen vielleicht so stark, dass sie die Ausdehnung stoppen oder sogar umkehren könnte und dann alles wieder aufeinander zurast! Also: Wird die Ausdehnung nur allmählich langsamer? Oder kommt sie ganz zum Stillstand und kehrt sich sogar um? Auf diese Frage lieferten Beobachtungen mit großen Teleskopen und auch Satellitendaten vor einigen Jahren eine verblüffende Antwort: Beides ist falsch! Die Ausdehnung wird nämlich nicht langsamer und sie kommt schon gar nicht zum Stillstand, sondern sie schreitet immer schneller voran! Sie beschleunigt sich! Wow! Damit hatte man nicht gerechnet! Die einzig denkbare Erklärung: Eine geheimnisvolle Kraft, die der Gravitation entgegenwirkt, scheint da im Spiel zu sein.

So eine Art Anti-Schwerkraft. Man nannte sie „Dunkle Energie », hat aber bis heute keine Ahnung, um was es sich dabei handelt. Dunkle Materie hält Galaxien zusammen – wie die Ketten an einem Kettenkarussell. Bild: K.-A. Nur damit es hier keine Verwechslung gibt: Die „Dunkle Energie » hat nichts mit der sogenannten „Dunklen Materie » zu tun – außer der Tatsache, dass die Wissenschaft da auch noch ziemlich im Dunkeln tappt.

Urzfassung zur Erklärung: Dass es so etwas wie „Dunkle Materie » geben könnte, geht auf folgende Überlegung zurück. Viele Galaxien sehen wie eine gigantische Frisbee-Scheibe aus: Sie bestehen aus Millionen und Milliarden Sternen, die um das Zentrum ihrer Galaxie kreisen. Sie sausen dabei allerdings so schnell im Kreis herum, dass sie eigentlich nach draußen weggeschleudert werden müssten – es sei denn, es gäbe so etwas wie eine zusätzliche Masse in den Galaxien, die eine zusätzliche Anziehungskraft ausübt und alles beieinander hält.

Beispielsweise so wie die Ketten in einem Kettenkarussell, die alles festhalten. Was war davor? So, jetzt weiter im Text. Was war vor dem Urknall? Niemand weiß es. Selbst der Urknall ist ja nur eine Theorie – wenn auch auf Daten und vielen wissenschaftlichen Überlegungen beruhend.

Er ist zurzeit eben das beste Modell, das wir zur Entstehung des Universums haben. Vielleicht wird sich eines Tages – über die heutigen Hinweise hinaus – bestätigen, dass alles wirklich so war. Vielleicht – nicht völlig auszuschließen – machen wir eines Tages aber auch eine Entdeckung, die die ganze Urknall-Theorie über den Haufen wirft.

Bis dahin gilt sie jedenfalls. Und wenn mit dem Urknall der Raum und auch die Zeit überhaupt erst begonnen haben, dann ist schon die Frage, was „vorher » war, unsinnig. „Vor » Beginn der Zeit – das kann’s ja gar nicht geben, sonst hätte es da ja auch schon eine Zeit gegeben.

Deshalb sagen viele Experten, dass die Frage gar nicht erlaubt sei. So wie es ja auch keinen Sinn macht, nach der größten aller Zahlen zu fragen: Welche Zahl man sich da auch immer ausdenkt – man kann immer noch 1 oder 2 oder eine andere Zahl dazu addieren und hätte eine noch größere. Aber weil es irgendwie ziemlich doof ist, nicht mal die Frage stellen zu dürfen, können wir ja trotzdem mal ein paar Überlegungen dazu anstellen, was vor dem Urknall gewesen sein könnte Zwei Möglichkeiten: etwas oder nichts! Nehmen wir also mal an, es gab den Urknall wirklich.

Was davor war – dazu gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder war davor nichts. Oder es war davor etwas anderes. Na bitte, damit sind wir schon mal etwas weiter. Diese Grafik zeigt nein: nicht den Urknall. Sie stellt vielmehr die Spuren kleinster Teilchen dar – und zwar beim Zusammenstoß in einem riesigen Teilchen-Beschleuniger. So heißen diese Forschungsanlagen, bei denen kleinste Teilchen in einer ringförmigen Röhre auf Crash-Kurs gebracht werden.

Was die Forscher hier in der „Mini-Welt » der kleinsten Teilchen untersuchen, könnte auch Hinweise darauf geben, was beim Urknall passiert ist. Die berühmteste Anlage dieser Art (von der auch dieses Bild stammt) findet sich beim CERN in der Schweiz. Bild: CERN Sehen wir uns mal die erste Möglichkeit an: Vor dem Urknall war einfach nichts – und plötzlich ist da aus dem Nichts etwas entstanden.

Hmmm Da fragt sich, warum das überhaupt passiert ist. Warum gibt es nicht weiterhin „Nichts »? Und es fragt sich auch: Kann überhaupt aus dem „Nichts » etwas entstehen? Um das zu beantworten, müssen wir vom großen „Makrokosmos », dem Universum, mal kurz in den „Mikrokosmos » der kleinsten Teilchen wechseln.

Denn da gibt es tatsächlich so etwas: Da entstehen Teilchen immer mal für Sekundenbruchteile aus dem Nichts – und zwar immer zwei zusammen als „Paar ». Normalerweise verschwinden sie dann auch sofort wieder. Aber es gibt einige Wissenschaftler, die Folgendes annehmen: Vor dem Urknall sind im „Nichts » immer wieder kurz solche „Mini-Teilchen » entstanden und immer gleich wieder verschwunden – bis sie dann plötzlich nicht mehr verschwunden, sondern geblieben sind.

Stellen wir uns mal ein solchen Teilchen-Paar wie zwei Disco-Besucher vor: Sie machen kurz die Tür auf, gucken rein – aber drinnen ist gähnende Leere, weil es noch recht früh am Abend ist. Niemand da, keiner tanzt. „Na, dann gehen wir wieder », denken sich die beiden und verschwinden sofort wieder.

Das geht einige Zeit so weiter: Ab und zu schaut irgendein Pärchen kurz zur Tür hinein – und weil immer noch nichts los ist, gehen sie sofort wieder weg. Irgendwann aber kommen zufällig mehrere Besucher gleichzeitig zur Tür rein – und weil sie jetzt nicht mehr ganz alleine wären und von hinten schon weitere Gäste drängeln und schupsen, bleiben sie.

Andere Gäste flitzen auch schnell noch durch die Tür – und schwupp: Unsere Disco namens „Universum » füllt sich blitzartig. Unser Disco-Beispiel ist natürlich wieder mal mega-mäßig vereinfacht. Wer es genauer wissen will, kann im Internet unter den Fachbegriffen „Vakuumfluktuation » und „Virtuelle Teilchen » nachsehen (ist aber ohne Physikstudium kaum zu verstehen).

  1. Nur nebenbei bemerkt: Nach dieser Theorie muss es vor dem Urknall schon einen Raum gegeben haben, der also nicht erst beim Urknall entstanden ist – aber in dem eben erst einmal „nichts » war.
  2. Wenden wir uns nun der zweiten dieser beiden Möglichkeiten zu: Wenn da vor dem Urknall nicht „nichts », sondern „irgendetwas » war, dann war es nicht „statisch » und unbewegt – also nicht mit sich selbst im Gleichgewicht.

Sondern es muss einen Prozess gegeben haben, der den Urknall ausgelöst hat. Es gab also so etwas wie ein „Ungleichgewicht ». Wieder mal ein simples Beispiel: Ein ruhiger See unten im Tal – das wäre eine Situation im Gleichgewicht. Der See liegt da still rum und liegt da still rum und liegt da still rum.

  • Einfach so.
  • Nichts fließt hin und her, es gibt kein Gefälle wie bei einem Fluss.
  • Gegenbeispiel: Ein Stausee, bei dem die Mauer bricht und das Wasser ins Tal stürzt – das wäre eine Situation im Ungleichgewicht.
  • Vielleicht ist da also ein anderes Universum zusammengebrochen? Das ist natürlich völlige Spekulation – wir wissen es nicht und es gibt für uns heute auch keinen Weg, es herauszufinden.

Vielleicht hat auch bloß jemand einen Luftballon zu weit aufgepustet und Peng! gab’s ‘nen Urknall und seitdem sausen die ganzen Filzstift-Galaxien durchs Zimmer. Okay, das war ein dummer Witz – sorry! Nur ein Universum? Aber Moment mal! Hatten wir da eben was von einem „anderen » Universum gesagt? Gibt es vielleicht gar nicht nur unser Universum? Sondern mehrere? Viele? Diese Theorie ist in den letzten Jahren entstanden: Man spricht dabei von einem „Multiversum », in dem unser Universum nur eines von vielen ist.

  1. Und wenn zwei zusammenstoßen, macht es „peng ».
  2. Wiegesagt: Das ist auch nur eine Theorie, bisher überhaupt nicht bewiesen und vielleicht auch nie beweisbar Und die Frage, was „davor » war, beantwortet sie auch nicht so ganz.
  3. Denn man könnte dann ja wieder fragen, was vor der Entstehung dieses „Multiversums » war.

Und selbst wenn man das wüsste, käme sicher wieder jemand mit der Frage daher, was denn davor war und immer so weiter. Auf langen Autofahrten nerven Kinder die Eltern immer wieder mit der Frage „Wann sind wir endlich da? ». Und so ähnlich ist es auch bei unserer „Gedanken-Fahrt » zurück in der Zeit bis zum Anfang von allem.

  • Was immer man antwortet, die nächste Frage lautet: „Und was war davor? » Gedankenspiel mit einem „2D-Flächen-Menschen » So, nach all den Theorien erzählen wir dir jetzt, wie es wirklich war! Nein, natürlich nicht – schön wär‘s.
  • Wir waren nicht dabei und können nur Hinweise auswerten, darauf aufbauend Theorien entwickeln, sie durch neue Beobachtungen überprüfen – und dann vielleicht weitere Überlegungen anstellen.
See also:  Wann Und Wo BrTen Meisen?

Eine ziemlich verrückte Überlegung noch zum Abschluss: Wir hatten über die Ausdehnung des Universums gesprochen. Und dass sie sich immer mehr beschleunigt, obwohl man eigentlich das Gegenteil erwarten würde, weil sich alle Materie im All wechselweise anzieht.

Was wäre nun, wenn beides stimmt? Gleichzeitig! Der Gedanke ist dabei folgender: Wir glauben zu beobachten, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt und dass sich alle Galaxien immer weiter voneinander entfernen – und das können wir auch messen und es ist wohl auch so. Aber zugleich sausen all diese Galaxien dabei aufeinander zu! Klingt unlogisch? Ja logisch, schon klar.

Aber stell dir mal einen Moment lang folgendes vor: Gedankenspiel zu einer „Wanderung » um die ganze Erdkugel herum. Originalbild: NASA Du läufst von einem Punkt auf der Erde los – immer geradeaus. Okay, wir müssen für dieses Gedankenspiel vorübergehend das Wasser aus den Ozeanen lassen. Moment, wir ziehen mal eben den Stöpsel So, jetzt müsste es klappen.

Du entfernst dich also immer weiter von dem Punkt, an dem du gestartet bist. Und plötzlich – nach vielen Jahren und einer ganzen Erdumrundung – kommst du wieder genau da an, wo du losgelaufen bist. Klar, du weißt, dass die Erde eine Kugel ist. Denn dir ist bekannt, dass es drei Dimensionen gibt: erstens vorwärts und rückwärts, zweitens rechts und links, drittens oben und unten.

Was aber, wenn du nur zwei Dimensionen kennen würdest? Vor und zurück, rechts und links – alles kein Problem. Aber oben und unten? „Hä? Was soll denn oben und unten bedeuten? » Das würdest du nicht verstehen – und deshalb könntest du dir auch gar keine Kugel vorstellen.3D kennst du nicht, sondern nur 2D.

Auf deinem Weg über die Erde denkst du, dass du dich die ganze Zeit auf einer ebenen Fläche fortbewegst – immer nur geradeaus. Und als „Flächen-Mensch » glaubst du, dass du dich auf deiner Wanderung immer weiter von deinem Startpunkt entfernst. Das stimmt auch – aber gleichzeitig näherst du dich mit jedem Schritt in der 3D-Welt deinem Ausgangspunkt wieder an.

Weil nämlich Start und Ziel dasselbe sind und du nach deinem Weg um die ganze Erdkugel herum wieder da ankommst, wo du losgelaufen bist. Übertragen wir das mal kurz auf unsere Überlegungen zum Universum: Man geht davon aus, dass das Universum in einer vierten Dimension gekrümmt ist.

  1. Wir als 3D-Menschen können uns ein solches 4D-Universum nicht vorstellen – so wie sich ein 2D-Mensch keinen 3D-Raum und keine 3D-Erdkugel vorstellen kann.
  2. Und wenn wir mit einem super-schnellen Raumschiff immer geradeaus durchs Universum fliegen würden, wären wir überrascht, wenn wir irgendwann wieder da ankommen, wo wir losgeflogen sind.

Sind wir längst auf dem Rückweg? Du merkst vielleicht schon, worauf das alles hinausläuft: Während sich die Galaxien immer weiter voneinander entfernen, könnte es ja sein, dass sie gleichzeitig längst wieder aufeinander zurasen, ohne dass wir das ahnen.

Wir glauben, das All würde ich immer weiter ausdehnen – und zugleich zieht es sich längst wieder zusammen. Weil uns eine Dimension beim Denken fehlt, haben wir bloß noch nicht bemerkt, dass wir längst auf dem Rückweg sind. Die seltsame Dunkle Energie – die sich Wissenschaftler ja nur ausgedacht haben, um irgendwie zu erklären, warum die Ausdehnung des Universums immer schneller wird – würde man in diesem Fall gar nicht zur Erklärung benötigen: Denn sie wäre nichts anderes als die altbekannte, ganz normale Anziehungskraft, nur eben gewissermaßen aus der falschen Richtung kommend.

Stell dir nochmal kurz deine Wanderung als 2D-Mensch über die Erdkugel vor – und nimmt mal an, an deinem Startpunkt wäre ein starker Magnet. Außerdem musst du jetzt noch eine Ritterrüstung anziehen, damit dich der Magnet anzieht. Ja, die Rüstung ist unbequem, aber jetzt hör mal auf hier rumzumeckern! Okay.

  1. Mit größter Kraft läufst du los und entfernst dich vom Magneten.
  2. Immer noch spürst du im Rücken die Magnetkraft, die dich nach hinten zieht.
  3. Und nachdem du die halbe Erde umrundet hast und immer weiter geradeaus gehst, spürst du plötzlich von vorne eine andere seltsame Kraft, die dich immer weiter in die Richtung zieht, in die du läufst.

Was das für eine „neue » Kraft ist, die dich da anzieht, weißt du nicht. Du nennst sie „Dunkle Energie » und ahnst nicht, dass es bloß wieder der Magnet ist, der dich anzieht, Nach diesem Gedankengang, bei dem die Dunkle Energie nichts anderes als die ganz normale Gravitation ist (nur eben in der „falschen » Richtung wirkend), wäre es auch ganz logisch, dass sich die Ausdehnung des Universums immer mehr beschleunigt: Auch ein Apfel, der durch die Gravitation auf den Boden fällt, wird unterwegs immer schneller – und je mehr sich alles annähert, umso mehr zieht sich alles an.

Am Ende würde das ganze Universum wieder auf einen Punkt zurasen – und dann käme es zu einem neuen „Knall », vielleicht zu einem neuen „Urknall » und alles würde wieder von vorne losgehen. Und dann wieder und wieder Das würde auch die Frage beantworten, wohin sich das Universum ausdehnt: nicht in einen anderen Raum, der da „drumherum » wäre (auch da würde jeder gleich wieder fragen, was denn jenseits dieses Raumes wäre).

Sondern – Achtung: neue Wortschöpfung – es dehnt sich zusammen, und zwar zurück in der Zeit 😉 Tja, wir haben dich oben gewarnt: Das sind ziemlich verrückte Überlegungen. Und nochmal: Das ist reine Spekulation. Es steht noch nicht einmal fest, ob und wenn ja wie das Universum in sich „gekrümmt » ist (da gibt es verschiedene Modelle und Theorien).

  1. Jetzt ist aber Schluss Kleiner Nachtrag ganz zum Schluss: Es gibt viele Theorien zu diesen Fragen – manche wie etwa die Stringtheorie klingen mindestens so verrückt wie unser kleines Gedankenspiel eben.
  2. Eine kann heute für sich beanspruchen, all die Rätsel des Universums zu lösen.
  3. Wir haben insgesamt schon eine Menge über unseren Kosmos herausgefunden – und doch stehen wir immer noch am Anfang dieser Entdeckungsreise durch den Raum und durch die Zeit (streng genommen hätten wir hier übrigens immer von der „Raumzeit » reden müssen).

Und gerade das macht es ja so aufregend. Dieser Text sollte dir zum Einstieg in das Thema nur etwas „Appetit » machen auf mehr. Apropos „Appetit »: Jetzt müssen wir aber wirklich Schluss machen – der Kuchen mit den Rosinen ist nämlich fertig und muss dringend aus dem Ofen raus! Sonst gibt’s da noch ‘nen Big Bang in der Küche Und danach geht’s ab in die Disco.

Mal gucken, ob da schon was los ist. Ach ja: Die Ritterrüstung kannst du jetzt wieder ausziehen. Und räum mal dein Zimmer auf: Der Ballon mit den Punkten, die Luftschlange und all der andere Kram muss da doch nicht so in der Gegend rumliegen 😉 Nachtrag: Eben mit einem angehenden Astrophysiker – Sebastian, 8 Jahre – im Rahmen eines einstündigen Forschungsaufenthalts hier im DLR die Frage, was vor dem Urknall war, nochmal eingehend diskutiert.

Seine spontane These: „Vor dem Urknall war einfach ein schwarzer Klumpen – und der ist dann explodiert. » Wir werden diese Schwarze-Klumpen-Theorie (kurz SKT) weiter untersuchen und danken Sebastian für diesen interessanten Denkanstoß! Wenn du auch eine Frage hast: Schick sie uns über: [email protected].

Wer hat die Urknalltheorie entdeckt?

Ihre Errungenschaften tragen ihre Namen: Lemaître-Universum und Chintschins schwaches Gesetz der großen Zahlen. Sie haben im Juli 2019 beide ihren 125. Geburtstag. – Die Reyesche Konfiguration wurde nach Karl Reye benannt, welcher seinen 100. Todestag im Juli hat.

  1. Weniger bekannt ist Siegfried Heinrich Aronhold, der Schöpfer der Invariantentheorie, an dessen 200.
  2. Geburtstag wir gleichwohl erinnern möchten. Am 17.
  3. Juli 2019 hat Georges Henri-Joseph-Edouard Lemaître seinen 125.
  4. Geburtstag Georges Henri-Joseph-Edouard Lemaître war ein belgischer Theologe, katholischer Priester und Astrophysiker.

Er gilt als Begründer der Urknalltheorie (« Lemaître-Universum »). Zeit seines Lebens blieb er ein Einzelgänger, der nicht viele Kontakte zu Wissenschaftskollegen pflegte. Seine Korrespondenz ist minimal und obwohl Lemaître nie versuchte, ein Erstentdeckerrecht zu beanspruchen, sprach sich die Internationale Astronomische Union (IAU) als weltgrößte Astronomenvereinigung mit gut 12000 Mitgliedern nach einer Abstimmung im Oktober 2018 dafür aus, die Hubble-Relation, die den Zusammenhang zwischen Entfernung und Geschwindigkeit beschreibt, Hubble-Lemaître-Beziehung zu nennen. Georges Lemaître Quelle: St. Andrews Vita Schon in jungen Jahren wollte Lemaître Priester und Wissenschaftler werden. An der Katholischen Universität Löwen studierte er Physik und Mathematik, promovierte 1920 mit der Arbeit „Näherung von Funktionen mehrerer reeller Variablen » und drei Jahre später wurde er ordiniert.

  • Seine Lehrer waren: Charles-Jean de La Vallée Poussin und Arthur Eddington.
  • Er studierte an der Universität Cambridge und am Massachusetts Institute of Technology mit Promotion.1925 nahm er eine Teilzeitprofessur an der Universität Löwen an.1940 wurde er aufgrund seiner wissenschaftlichen Leistungen in die Päpstliche Akademie der Wissenschaften berufen und wurde 1960 deren Präsident.1964 wurde er emeritiert.

Zu seinen berühmtesten Schülern zählen André Deprit und Georges Papy. v.l.n.r.: Millikan, Lemaitre, Einstein Quelle: Exposition – « Georges Lemaître, le maître du Big Bang Forschung und Leistungen In Löwen begann er, seine Ideen zur Expansion des Universums aufzuschreiben. Erstmals erschien seine Arbeit 1927 (1931 in Englisch) in einer wenig bekannten Fachzeitschrift. Künstlerische Illustration der Entstehung des Universums aus dem Urknall heraus Quelle: Wikimedia Lemaître stellte seine Ideen auf einem Kongress in London vor. Er beschrieb seine Vorstellungen vom Ursprung des Universums als Uratom, „ein kosmisches Ei, das im Moment der Entstehung des Universums explodierte ».

Er zog dabei unter anderem die Rotverschiebung weit entfernter Galaxien heran. Seine Kritiker benannten die Theorie als Urknalltheorie (oder Big Bang Theory). Eddington und Einstein lehnten sie zunächst ab, da sie zu sehr an eine religiöse Vorstellung angelehnt schien und weil sie vom physikalischen Standpunkt aus viele Unschönheiten hatte (zum Beispiel: Singularitäten).

Der Streit darüber hielt über mehrere Jahrzehnte an. Auf einer gemeinsamen Reise nach Kalifornien legte Lemaître alle Einzelheiten dar und konnte so Einstein von seiner Theorie überzeugen.1934 erhielt Lemaître den Francqui-Preis, die höchste wissenschaftliche Auszeichnung Belgiens, aus der Hand König Leopolds III.

  • Urz vor seinem Tod am 20.
  • Juni 1966 in Löwen erfuhr Lemaître noch von der Entdeckung der kosmischen Mikrowellenstrahlung, die seine Theorie erhärtete.
  • Alexander Jakowlewitsch Chintschin hat am 19.
  • Juli 2019 seinen 125.
  • Geburtstag.
  • Alexander Jakowlewitsch Chintschin (häufig auch Khintchine oder Aleksandr Jakovlevich Khinchin) war ein sowjetischer Mathematiker.

In seinem Hauptarbeitsgebiet, der Stochastik, wurde Chintschins schwaches Gesetz der großen Zahlen nach ihm benannt. Er wird in der Literatur als einer der Begründer der Wahrscheinlichkeitstheorie in der Sowjetunion bezeichnet. Neben seinen zahlreichen mathematischen Werken („Drei Perlen der Zahlentheorie », Berlin 1951) schrieb er einige bedeutende Arbeiten zu deren Geschichte. Aleksandr Khinchin Quelle: St. Andrews Vita Seine Schulausbildung absolvierte Chintschin iteils in Kaluga, Zürich und in Moskau.1911 begann er an der Moskauer Universität sein Mathematikstudium und führte seine ersten selbständigen Untersuchungen zur Theorie reeller Funktionen in der Forschungsgruppe des Mathematikers Nikolai Nikolajewitsch Lusin durch.1916 schloss er sein Studium ab und arbeitete an dem polytechnischen Institut in Moskau, wohin er anschließend als Professor an die mathematisch-physikalischen Fakultät in Iwanowo-Wosnessensk berufen wurde.1922 kehrte Chintschin für den Lehrstuhl in Mathematik nach Moskau zurück.

In den dreißiger Jahren ernannte ihn die Akademie der Wissenschaften der UdSSR zum korrespondierenden Mitglied und er wurde Sektionsleiter für die Methodik des Unterrichts im Volkskommissariat für Bildung der RSFSR. Ab Mitte der 1940er Jahre gehörte er dem Präsidium der sowjetischen Akademie der pädagogischen Wissenschaften für weitere Jahre an.

Forschung und Leistungen Indem er an die Arbeiten von Arnaud Denjoy anknüpfte, konzentrierte Chintschin sich auf Untersuchungen auf dem Gebiet der Zahlentheorie. Er entwickelte die sogenannten Übertragungssätze für Ergebnisse zwischen verwandten Approximationsproblemen. Khinchins-Konstante ( OEIS – A002210 ) Quelle: Wikimedia Zeitgleich mit Andrei Nikolajewitsch Kolmogorow zeigte er Grundlagen zur Beschreibung zufälliger Prozesse. Diese Arbeiten führten ihn auf das Gebiet der klassischen Quantenphysik, wo er mit analytischen Methoden einige Zusammenhänge beweisen konnte.

Weiterhin wandte er sich dem Gebiet der Informationstheorie zu (Wiener-Chintschin-Theorem). Für seine Leistungen erhielt Chintschin den Staatspreis der UdSSR, den Leninorden, den Orden des Roten Banners der Arbeit und den Stalinpreis. Am 16. Juli 2019 hat Siegfried Heinrich Aronhold seinen 200. Geburtstag Siegfried Heinrich Aronhold war ein deutscher Mathematiker und Physiker.

Er gilt als der Schöpfer der Invariantentheorie in Deutschland. Siegfried Aronhold Quelle: St. Andrews Vita Siegfried Heinrich Aronhold (* 16. Juli 1819 in Angerburg; † 13. März 1884 in Berlin) war Sohn eines Kaufmanns und studierte an der Albertus-Universität Königsberg Mathematik, Astronomie und Physik bei Friedrich Wilhelm Bessel, Friedrich Julius Richelot, Otto Hesse, Franz Ernst Neumann und Carl Gustav Jacob Jacobi.

In dieser Zeit wurde Aronhold zweifach für die beste Arbeit ausgezeichnet, beendete aber vorzeitig sein Studium in Königsberg und folgte Jacobi nach Berlin, wo er sich selbständig mit mathematischen Problemen befasste. Hier machte ihn Jacobi auch mit Peter Gustav Lejeune Dirichlet, Jakob Steiner, Heinrich Gustav Magnus und Heinrich Wilhelm Dove bekannt, deren Vorlesungen er auch hörte.

Eine feste Anstellung erlangte er jedoch nicht, sondern konnte seinen Lebensunterhalt lediglich durch privaten Unterricht einigermaßen bestreiten. Von 1851 an dozierte er außerordentlich an der Berliner Bauakademie und habilitierte sich dort. Nebenbei unterrichtete er auch an der Vereinigten Artillerie- und Ingenieurschule.

Am Berliner Gewerbeinstitut erhielt er 1860 einen Lehrauftrag, 1862 den Lehrstuhl für reine Mathematik und 1863 den Professorentitel. Forschung und Leistungen Seine Abhandlung „Über die homogenen Functionen dritter Ordnung von drei Veränderlichen » aus dem Jahr 1849 beeindruckte die Philosophische Fakultät der Albertina in Königsberg, so dass seine Folgearbeit „Über ein neues algebraisches Prinzip » als Dissertation von dieser anerkannt wurde.

Aronhold verfasste weitere Abhandlungen in Crelles Journal sowie in den Monatsberichten der Berliner Akademie.1850 wurde er Mitglied der Physikalischen Gesellschaft zu Berlin und veröffentlichte verschiedene Fachartikel in deren Jahresberichten.1869 wurde er korrespondierendes Mitglied der Königlichen Gesellschaft der Wissenschaften zu Göttingen und mit dem Roten Adlerorden ausgezeichnet.

  • Nach der Zusammenlegung der Bauakademie und des Gewerbeinstituts zur Technischen Hochschule Berlin war Aronhold kurzzeitig dort Prorektor.
  • Verschiedenen Rufen etablierter Hochschulen außerhalb Berlins folgte er nicht.
  • Anlässlich seiner Emeritierung im Jahr 1883 wurde ihm abermals der Rote Adlerorden verliehen.

Am 2. Juli 2019 hat Theodor Reye seinen 100. Todestag Karl Theodor Reye war ein deutscher Mathematiker, der die projektive Geometrie auf synthetischer Grundlage behandelte. Nach ihm ist die Reyesche Konfiguration benannt. Karl Reye Quelle: St. Andrews Vita Reye ging in Hamburg auf die Gelehrtenschule des Johanneums und studierte zunächst Maschinenbau am Polytechnikum in Hannover und in Zürich, wo er sich unter dem Einfluss von Rudolf Clausius der theoretischen Physik zuwandte.

Er wurde 1861 in Göttingen, wo er unter anderem Bernhard Riemanns Vorlesungen hörte, promoviert („Die mechanische Wärmetheorie und das Spannungsgesetz der Gase »). Er lehrte danach am Polytechnikum Hannover und ab 1863 in Zürich am Eidgenössischen Polytechnikum zunächst als Privatdozent und ab 1867 als Professor.

Über die Graphische Statik von Karl Culmann lernte er die projektive Geometrie kennen, die er in einem dreibändigen Lehrbuch « Geometrie der Lage » (1866, 1868) darstellte. Das Buch erlebte bis 1923 sechs Auflagen und wurde ins Englische, Französische und Italienische übersetzt (wikipedia).1870 wurde er auf den Lehrstuhl für Geometrie und Graphische Statik am neu gegründeten Polytechnikum in Aachen berufen.1872 wechselte er an die ebenfalls neu gegründete Universität Straßburg, wo er neben Elwin Bruno Christoffel Mathematik lehrte.1877 wurde er zum korrespondierenden Mitglied der Göttinger Akademie der Wissenschaften gewählt und war 1886/87 Rektor der Universität.1909 emeritierte er.1918 wurde er nach dem Ende des Ersten Weltkriegs vertrieben und zog zu seiner Tochter nach Würzburg.

Was erklärt die Urknalltheorie?

Urknalltheorie – Einen eindeutige n Beweis, wie das Universum entstanden ist, gibt es auch heute noch nicht, Das heißt auch, dass die Urknalltheorie, oder auch „Big Bang Theorie », nicht endgültig sein muss. Sie kann mit neuen Erkenntnissen erweitert oder sogar entkräftet werden.

  • Es ist ebenfalls möglich, dass sie eines Tages von einer anderen Theorie abgelöst werden wird.
  • Sie ist dennoch zur heutigen Zeit die weit verbreitetste Theorie,
  • Die Urknalltheorie erklärt den Anfang der Zeit, des Raumes und der Materie,
  • Damit beschäftigt sich die Kosmologie, ein Teil der Astronomie,

Das Konzept der Urknalltheorie beruht auf Einsteins Relativitätstheorie, Diese besagt, dass sich Energie und Materie ineinander umwandeln lassen. Das kann heute simuliert werden. Um Energie in Materie umzuwandeln, werden Teilchen in sogenannten Teilchenbeschleunigern auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt,

  • Dabei erhalten die Teilchen eine extrem hohe Energiemenge,
  • Bei einem Aufprall mit einem anderen T eilchen wird die Energie freigesetzt,
  • Dabei kann sich die frei gewordene Energie auch in Materie umwandeln,
  • In der Erklärung Ein neuer Energiebegriff: E=mc² erfährst Du mehr über den Zusammenhang von Energie und Materie.

Das Problem bei dieser Annahme ist, dass vor dem Urknall jedoch keine Zeit, kein Raum und vor allem keine Materie, also auch keine Teilchen zum Beschleunigen existierten. Für die Menschen ist so ein „Nichts » kaum vorstellbar, Entsprechend haben Wissenschaftler*innen auch keine Erklärung dafür, was vor dem Urknall war.

Wie ist die Urknall entstanden?

Jeden Abend, wenn die Dämmerung einsetzt, die Wolken sich verziehen und ein sternenklarer Himmel erscheint, können wir einen Blick in die nahezu unendlichen Weiten des Weltalls werfen. Schon mit dem bloßen Auge können wir tausende Sterne am Nachthimmel sehen. Quelle: NASA Die beste Erklärung für die Entstehung des Universums liefert die Theorie vom Urknall. Sie besagt, dass das Universum zu Beginn, vor unvorstellbaren 13.8 Milliarden Jahren, ein winzig kleiner heißer Punkt war, der sich nach einer riesigen Explosion, dem Urknall, extrem schnell ausgedehnt hat, und dabei abkühlte.

  • Spuren dieser extremen Hitze, die in der Zwischenzeit durch die Ausdehnung des Weltalls stark nachgelassen hat, kann man heute noch messen.
  • Forschende nennen das die kosmische Hintergrundstrahlung.
  • Sie unterstreicht die Theorie des Urknalls.
  • Ein weiterer konkreter Anhaltspunkt für die Urknalltheorie ist, dass wir immer noch beobachten können, wie sich das Universum ausdehnt.

Ähnlich wie Rosinen in einem aufgehenden Hefeteig bewegen sich Galaxien im Universum voneinander weg. Diese Indizien helfen uns zu erklären, was sich in dem Zeitraum von ungefähr 300 Millionen Jahren nach dem Urknall bis heute abgespielt hat, also wie sich die unvorstellbar kleinen Elementarteilchen zu Elementen und schließlich im Laufe der Zeit zu Sternen, Planeten und Galaxien entwickelt haben.

  1. Aber darüber, was sich am Zeitpunkt 0 und ganz kurz nach dem Urknall abgespielt hat, rätseln Physikerinnen und Physiker bis heute.
  2. Es ist eine der großen Fragen unserer Zeit, die viele kluge Köpfe beschäftigt.
  3. Eine Theorie, erklärt die Physikerin Prof. Dr.
  4. Astrid Eichhorn, ist die des „Großen Rückpralls ».

Spulen wir also mal kurz im Schnelldurchgang zurück: Wir sehen im Zeitraffer Großraumbüros, Bäume, Kühe, Autobahnen, Dinosaurier, und schließlich Sterne und Galaxien an uns vorbeifliegen. Am Urknall angekommen, werden wir langsamer und sehen, dass das Universum beim Weiterspulen nicht in einem Punkt verbleibt, sondern sich wieder ausdehnt! Die Theorie des „Großen Rückpralls » geht davon aus, dass vor unserem ein weiteres Universum existiert hat, welches sich über lange Zeit zu dem kleinen heißen Punkt zusammenzog, in dem sich genügend Druck aufbaute, was dann den Urknall auslöste.

  • Ein weiterer Erklärungsansatz besagt, dass es vor unserem Universum ein „Nichts » gab, und die Entstehung des Universums in einer zufälligen Schwankung in der Energie des Nichts begründet ist.
  • Diese sogenannten Quantenfluktuationen lassen aus dem Nichts Teilchen und Anti-Teilchen entstehen, die kurz darauf wieder zerfallen.

Dabei konnten zufällig die Teilchen kurz die Oberhand über die Anti-Teilchen gewinnen, und so war die Bahn frei für die Entstehung des Universums. Sich dieses Nichts vorzustellen fällt schwer. Sogar Expertinnen und Experten gelingt das nicht ohne weiteres, sagt Prof.

  • Dr. Eichhorn.
  • Bei ihren Überlegungen zu den Ursprüngen des Universums benutzen Physikerinnen und Physiker eine hochspezialisierte Sprache: die Mathematik.
  • Mit deren Hilfe können Theorien über das Universum in Gleichungen aufgeschrieben werden.
  • Die Theorien können mit Computern getestet werden und nach deren Hinweisen kann man in unserem heutigen Universum suchen.

Noch gibt es die perfekte Gleichung nicht, weil selbst die besten Theorien an diesem frühen Punkt der Entstehung unseres Universums zusammenbrechen. Aber das ist es schließlich, was diese Arbeit so spannend macht, sagt Prof. Dr. Eichhorn – dass es noch so unglaublich viel zu entdecken gibt! Um noch tiefer in das All zu blicken haben Forscherinnen und Forscher nun ein neues Weltraumteleskop auf die Reise geschickt.

Mit dem James-Webb-Space-Teleskop können wir aufgrund modernster Technologien noch mehr über den Ursprung des Universums erfahren. Es ist tief ins Weltall gereist, um mit Hilfe einer Art großen Spiegels Bilder von uralten Galaxien und Objekten zu machen und so wertvolle Indizien vom Anbeginn der Zeit zu liefern.

Bis wir aber alle Geheimnisse des Universums gelüftet haben, lohnt es sich immer mal wieder in den Nachthimmel zu blicken und sich daran zu erinnern, sagt Frau Prof. Dr. Eichhorn, „ dass da ganz viel Spannendes auf uns wartet. » Das James-Webb-Space-Teleskop in 3D. Weitere spannende Informationen zum Teleskop kann man bei Spektrum entdecken. Quelle: NASA Redaktion: Anna Henschel Frage an die Wissenschaft? Die Online-Redaktion von WiD sucht Experten, die sich mit diesem Thema auskennen, und beantwortet Ihre Frage. Zum Frageformular Zur Übersicht

Wann ist die Urknalltheorie entstanden?

Der Urknall. Mitte des 20. Jahrhunderts entwickelte sich die Theorie, wie das Universum entstanden ist – die Urknall-Theorie. Sie ist bis heute gültig und wissenschaftlich anerkannt.

Wann wurde die Urknalltheorie erfunden?

Forschungsgeschichte – In der Antike hatten vor allem die heute verlorenen vorsokratischen Naturphilosophen Vorstellungen eines Urknalls entwickelt, die in Grundzügen modernen Erkenntnissen bereits nahekamen. Insbesondere die Lehren zur Entstehung des Universums von Anaxagoras im 5.

  1. Jahrhundert v.
  2. Chr., laut denen das Weltall expandiert, werden in der modernen Forschung häufig in Zusammenhang mit dem Big Bang gebracht.
  3. Als Begründer der Urknalltheorie gilt der belgische Theologe und Physiker Georges Lemaître, der 1931 für den heißen Anfangszustand des Universums die Ausdrücke „primordiales Atom » oder „Uratom », später auch „kosmisches Ei » verwendete.
See also:  Vodafone Wo Sehe Ich Wann Ich Ein Neues Handy Bekomme?

Die englische Bezeichnung Big Bang (wörtlich ‚Großer Knall‘) wurde von Fred Hoyle geprägt. Hoyle vertrat die Steady-State-Theorie und wollte mit der Wortwahl Big Bang das Bild eines expandierenden Universums, das scheinbar aus dem Nichts entsteht, unglaubwürdig erscheinen lassen.

Die Steady-State-Theorie verlor in den 1960er Jahren an Zustimmung, als die Urknalltheorie durch astronomische Beobachtungen zunehmend bestätigt wurde. Die Voraussetzung für die moderne Kosmologie und damit auch für die Urknall-Modelle bildet die 1915 von Albert Einstein publizierte allgemeine Relativitätstheorie,1922 legte Alexander Friedmann mit seiner Beschreibung des expandierenden Universums den Grundstein für die Urknall-Modelle.

Obwohl Einstein anerkannte, dass sein Modell mit den Feldgleichungen verträglich war, wurde Friedmanns Arbeit zunächst kaum diskutiert, da keine astronomischen Beobachtungen auf eine Expansion des Universums hindeuteten und daher statische kosmologische Modelle bevorzugt wurden, auch von Einstein selbst.

Lemaître entwickelte 1927 Friedmanns Modell unabhängig von diesem erneut und führte es weiter zu einer ersten Urknalltheorie, der zufolge das Universum aus einem einzigen Teilchen, dem „Uratom » hervorgegangen sei. Er leitete als Folge der Expansion des Universums bereits eine Proportionalität von Entfernung und Fluchtgeschwindigkeit stellarer Objekte her.

Allerdings wurde auch diese Arbeit wenig beachtet.1929 entdeckte Edwin Hubble durch Entfernungsmessungen an Cepheiden in Galaxien außerhalb der Milchstraße, dass die Rotverschiebung der Galaxien zu ihrer Entfernung proportional ist. Diesen Befund, der heute Hubble-Gesetz genannt wird, erklärte er durch den Dopplereffekt als Folge einer Expansion des Universums.

  • Hubble bestätigte damit Lemaîtres Vorhersage, allerdings war ihm diese nicht bekannt und er bezieht sich in seinen Schriften nicht darauf.1935 bewiesen Howard P.
  • Robertson und Arthur Geoffrey Walker schließlich, dass die Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker-Metriken unabhängig vom Materiemodell die einzigen Metriken sind, die mit dem kosmologischen Prinzip verträglich sind.1948 entwickelten Ralph Alpher, George Gamow und Robert Herman eine Theorie von der Entstehung des Kosmos aus einem heißen Anfangszustand.

Im Rahmen dieser Theorie sagten sie sowohl die Häufigkeit von Helium im frühen Universum als auch die Existenz einer kosmischen Hintergrundstrahlung mit Schwarzkörperspektrum vorher. Für die heutige Temperatur der Hintergrundstrahlung gaben sie verschiedene Schätzungen im Bereich von 5 K bis 50 K.

  1. Arno Penzias und Robert Woodrow Wilson entdeckten 1964 unbeabsichtigt die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung,
  2. Da sie nur auf zwei Frequenzen maßen, konnten sie nicht feststellen, dass die Strahlung ein Schwarzkörperspektrum hat.
  3. Dies wurde durch weitere Messungen in den folgenden Jahren bestätigt und die Temperatur wurde mit 3 K gemessen.1967 sagten Rainer K.

Sachs und Arthur M. Wolfe Temperaturfluktuationen der kosmischen Hintergrundstrahlung vorher. Dieser Effekt wird nach ihnen als Sachs-Wolfe-Effekt bezeichnet. Stephen Hawking und Roger Penrose zeigten 1965 bis 1969 mathematisch, dass sich die immer noch bezweifelten ultra-dichten Zustände am Beginn der Zeit unter den Voraussetzungen „Gültigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie » und „expandierendes Universum » zwingend ergeben.

Um den extrem homogenen und isotropen Anfangszustand des beobachtbaren Universums zu erklären, der aus der Isotropie der kosmischen Hintergrundstrahlung gefolgert wird, schlug Roger Penrose 1979 die Weylkrümmungshypothese vor. Diese Hypothese liefert auch eine Erklärung für den Ursprung des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik,

Als konkurrierende Hypothese zur Erklärung der Homogenität und Isotropie des frühen Universums und zur Lösung des Horizont-Problems entwickelte Alan Guth 1981 die Theorie des inflationären Universums, die eine Phase sehr schneller Expansion in der Frühphase des Universums postuliert.

  • Die Theorie des inflationären Universums wurde später von Andrei Linde und anderen weiter entwickelt und konnte sich schließlich als Erklärungsmodell durchsetzen.
  • Valerie de Lapparent, Margaret Geller und John Huchra entdeckten 1986 die Anordnung von Galaxienhaufen in wandartigen Strukturen, die wiederum großskalige, blasenartige Leerräume ( Voids ) umschließen.

Durch die Satelliten COBE (1989–1993), WMAP (2001–2010) und Planck (2009–2013) wurde die kosmische Hintergrundstrahlung mit erheblicher Genauigkeit vermessen. Dabei wurden die Fluktuationen der Hintergrundstrahlung entdeckt und ihr Spektrum vermessen, womit die Vorhersage von Sachs und Wolfe bestätigt wurde.

Ist der Urknall Gott?

– Das Rätsel, was den Urknall oder den „Big Bang » letztendlich wirklich ausgelöst hat und den Stein zur Entstehung des Universums ins Rollen brachte, bleibt bislang ungelöst. Alles in allem muss die Vereinbarkeit von wissenschaftlichem Denken und dem Glauben an Gott bis heute kein Widerspruch sein – sowohl aus der Sicht der Kirche, als auch aus Sicht der Wissenschaft.

Was war vor dem Urknalltheorie?

Was war vor dem Urknall? Sterngeburten wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall. Doch gab es den wirklich? Oder ging unser Universum aus einem anderen hervor? (Foto: picture-alliance / dpa) Die Frage, die lange Zeit nur Philosophen stellen und erörtern durften, beschäftigt inzwischen Physiker auf der ganzen Welt.

  • Und sie finden Antworten – zumindest theoretischer Natur.
  • Ob Paralleluniversum, Multiversum oder Megaversum – eines wird ganz deutlich: Der Mensch ist weniger als eine Ameise.
  • Nimmt man den Urknall als gegeben an, dann verbietet sich die Frage nach dem Davor.
  • Denn dann war der Urknall der Anfang von allem.

Von Zeit lässt sich – ebenso wie von Raum – erst mit dem Urknall sprechen. Vor dem Urknall gab es weder das eine noch das andere. Vor dem Urknall gab es nichts. Der Urknall ist eine Theorie. Sie besagt, dass das Universum aus einer Singularität entstanden ist, aus einem minimalsten Punkt, einem Punkt mit unglaublich hoher Dichte.

  1. Er enthielt die gesamte Materie und Energie des Universums.
  2. Bei extrem hoher Temperatur begann vor rund 13,7 Milliarden Jahren aus diesem Punkt heraus eine Expansion.
  3. Die Entwicklung des Universums hatte ihren Lauf genommen – und sie hält an.
  4. Um den Punkt Null beschreiben zu können, braucht man eine Theorie der Quantengravitation.

Sie soll die Quantentheorie mit Einsteins Relativitätstheorie unter einen Hut bringen. Die Urknall-Theorie ist etabliert. Mit ihr lassen sich die Ausdehnung und der aktuelle Zustand des Universums gut erklären. Die Formeln der Physik sind mit dem Modell des « Big Bang » vereinbar; allerdings – und das macht Wissenschaftler durchaus stutzig – nur bis zu einem gewissen Punkt: Die klassische Physik greift bereits Sekundenbruchteile nach dem Urknall, doch will man bis zum Urknall selbst zurückgehen, versagt sie.

Die Gleichungen funktionieren nicht mehr. Weder die Allgemeine Relativitätstheorie, die Physik fürs ganz Große also, noch die Quantentheorie, die Physik fürs ganz Kleine, können – eine jede für sich genommen – den Urknall beschreiben. « Die Physik, die wir kennen und die bestätigt ist », sagt Hermann Nicolai, Direktor des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Potsdam-Golm, im Gespräch mit n-tv.de, « geht schon ziemlich nah an diesen Punkt heran, nämlich bis 10 hoch minus 30 Sekunden.

Das ist schon ziemlich gut. » Aber: Eine minimale Lücke bleibt.

Auf welche Fragen antwortet die Urknalltheorie?

Die großen Fragen nach dem Ursprung unseres Universums – mit allgemein verständlichen Antworten für einen leichten Einstieg in die moderne Kosmologie. Woher wissen wir eigentlich, was unmittelbar nach dem Urknall in den ersten Milliardstel Sekunden geschah? Wohin dehnt sich der Weltraum aus? Könnte sich der Urknall jederzeit wiederholen? Die Redaktionspost ist voll von solchen Anfragen – die Leser von bild der wissenschaft sind offensichtlich fasziniert von dem Thema.

  1. Und sie sind auf der Suche nach verständlichen Antworten.
  2. Für sie ist diese Titelgeschichte geschrieben.
  3. Die folgenden Seiten beschreiben, was Kosmologen über den Beginn und die Entwicklung unseres Universums bereits herausgefunden haben.
  4. Aber auch Spekulationen, konkurrierende Modelle und die großen Rätsel werden genannt.

Denn nicht auf jede Frage gibt es eine eindeutige Antwort – oder überhaupt eine. Deshalb werden auch die Grenzen der Wissenschaft besichtigt, wo Stephen Hawking & Co derzeit um Erkenntnisse ringen. Mit dem Begriff Urknall („Big Bang ») bezeichnen Kosmologen die extrem heiße und dichte Phase am Beginn unseres Universums.

  1. Die Bezeichnung stammt vom britischen Astrophysiker Fred Hoyle, der jedoch ein entschiedener Gegner dieser Vorstellung war und ein ewig expandierendes Universum ohne Anfang annahm.
  2. Die Vorstellung von einem heißen und plötzlichen Beginn von allem war in den 1920er-Jahren aufgekommen, als Kosmologen die Allgemeine Relativitätstheorie auf das Universum als Ganzes anwendeten und entdeckten, dass es nicht schon seit jeher existiert haben muss.

Hoyle kritisierte das Szenario vehement und wollte es mit einem abfällig gemeinten Begriff lächerlich machen. Vom „Big Bang » sprach er zuerst in einem Rundfunkvortrag bei der BBC, und zwar am 28. März 1949 in der Sendung „The Nature of Things ». Doch seinen wissenschaftlichen Gegnern gefiel der Name so gut, dass sie ihn kurzerhand übernahmen.

Welche Urknalltheorien gibt es?

Autoren Lehners, Jean-Luc Abteilungen Abteilung Quantengravitation und Vereinheitlichte Theorien (Hermann Nicolai) Zusammenfassung Es gibt derzeit zwei Theorien, die sowohl die Homogenität des Universums wie auch die Temperaturschwankungen in der kosmischen Hintergrundstrahlung (im groben) erklären können: die Inflationstheorie und das zyklische Universum.

  • Die detaillierten Vorhersagen beider Modelle sind jedoch unterschiedlich, so dass bessere Daten in nächster Zukunft zwischen beiden Modellen unterscheiden werden können.
  • Laut String-Theorie koexistieren beide Arten von Universen, was die Frage aufwirft, ob man rein theoretisch schon vorhersagen kann in welchem Universum wir uns befinden müssten.

Summary There are currently two theories that can explain both the homogeneity of the universe and the temperature fluctuations in the cosmic background radiation: inflation and the cyclic universe. Both models however lead to different predictions regarding the fine details of the distributions of these temperature fluctuations, so that upcoming data will be able to distinguish between them.

Ist es möglich den Urknall zu sehen?

Was kann man vom Urknall noch sehen? – Den Theorien zufolge war das Universum zu Beginn eine Art Suppe aus dichtem, ultraheißem Plasma, das alles Licht verschluckt hat. Erst in der Zeit, nachdem sich die Atome gebildet haben, wurde es durchsichtig. Und erst seit dann gibt es Licht, das Astronomen heute beobachten können.

Ist das All unendlich?

Wie kann man sich das vorstellen – die unendliche Ausdehnung? – Das Weltall ist unendlich. Unendlich ist aber keine große Zahl, keine Quantität, wie man so schön sagt, sondern eine Qualität. Wenn Sie unendlich mit 2 multiplizieren, kommt immer noch unendlich raus.

  1. Und wenn Sie davon 50 abziehen, ist es immer noch unendlich.
  2. Unendlich ist also keine Zahl, die irgendwie festzumachen ist.
  3. Das Universum ist schon unendlich groß und dehnt sich in sich selbst aus.
  4. Das ist tatsächlich unvorstellbar, aber es ist kein Rand nötig, wohin sich das ausdehnt.
  5. Es gibt einfach nur das Universum und das kann sich in sich selbst ausdehnen.

: Dehnt sich das Universum unendlich aus?

Wann ist die Zeit entstanden?

Alles begann vor 13,8 Milliarden Jahren – Und trotzdem gilt unter Astrophysikern die Standard-Lehrmeinung, dass alles vor 13,8 Milliarden Jahren begann, sagt Prof. Martin Ammon von der Uni Jena: « Die Vorstellung, die man immer hat ist: Es gab schon Raum und Zeit und dort gab es eine große Explosion.

  • So war es definitiv nicht.
  • Denn mit dem Urknall sind nach heutigem Verständnis erst Raum und Zeit entstanden. » Das ist für Kernphysiker Kai Zuber von der TU Dresden so selbstverständlich wie das Amen in der Kirche: « Der Raum war genauso nicht da, wie die Zeit nicht da war.
  • Das ist völlig analog. » Diese Idee vom Anfang von Allem – also auch von der Zeit – sollte man gar nicht versuchen zu begreifen oder sich vorzustellen.

Man kann es nur akzeptieren und sich vielleicht daran gewöhnen.

Wie hört sich der Urknall an?

Rauschen statt Knall – Wenn zwei Schwarze Löcher verschmelzen, ist das Signal ein tiefes Zirpen. Es hört sich den Forschern zufolge ein bisschen wie ein „Wupp » oder „Plopp » an. Der Urknall werde wie ein zufälliges Rauschen klingen – ohne Harmonien, sagt die Astrophysikerin.

  • Das neue Forschungsfeld ermöglicht Erkenntnisse zur Entstehung und Beschaffenheit des Universums.
  • Die Signale aus dem All empfangen die US-amerikanischen LIGO-Observatorien sowie die Detektoren Virgo in Italien und KAGRA in Japan.
  • In der Nähe von Hannover steht der kleinere Detektor GEO 600, in dem Teile der Technik entwickelt wurden.

Die Anlagen messen die Wellen mit Hilfe von Laserlicht in zwei kilometerlangen Röhren, die wie Arme rechtwinklig am Boden liegen. Läuft eine Gravitationswelle hindurch, staucht und streckt sie die Arme minimal – rund 1.000 Mal weniger als der Durchmesser eines Wasserstoffatomkerns.

Wie groß ist der Urknall?

Published at: 8-10-2021 Am Anfang war der Urknall: Aus einem unendlich winzigen Punkt soll vor rund 13,82 Milliarden Jahren unser Universum entstanden sein. Unser Kosmos, aller Raum und alle Zeit existieren erst seit diesem Punkt – oder? Das Universum ist unendlich groß und es war schon immer da? Nein. Obwohl Wissenschaftler zu Beginn es 20. Jahrhunderts tatsächlich von einem solch statischen Universum ausgegangen sind, fanden sie seitdem heraus: Das Universum dehnt sich aus, es expandiert.

Wie lange wird es das Universum noch geben?

Wie lange sind wir noch hier? Forscher berechnen, wann das Universum stirbt – Videos

E-Mail Teilen Mehr Twitter Feedback Fehler melden Sie haben einen Fehler gefunden? Bitte markieren Sie die entsprechenden Wörter im Text. Mit nur zwei Klicks melden Sie den Fehler der Redaktion. Aber keine Sorge: Gentechnish verändert sind die

Wie endet unser Universum, ganz leise, gar nicht, in einem großen Knall? Und wann endet es? Forscher sind dieser Frage jetzt auf Grundlage einer bestimmten Theorie nachgegangen. Heraus kam: Ein beruhigende Zeitspanne, die unser Universum noch mindestens lebt.

  1. Wie lange dürfen wir noch leben, bevor das Universum stirbt? Eine Frage, die Wissenschaftler ernsthaft umtreibt.
  2. Eine neue Studie hat nun eine beruhigende Antwort gefunden: Das Ende des Universum lässt demnach noch 2.8 Milliarden Jahre auf sich warten – mindestens.
  3. Möglicherweise lebt es nämlich für immer.

Die Forscher beschäftigten sich mit dem „Big Rip »-Szenario. Es beschreibt, wie sich unser Universum immer weiter ausdehnt, bis irgendwann die Raumzeit selbst zerreißt. Genauer gesagt: Weil unser Universum sich mit höherer Geschwindigkeit ausdehnt, werden alle Entfernungen irgendwann nahezu unendlich groß – so groß, dass alles, was wir kennen, stirbt.

Wie viele Universum gibt es?

Was gibt es außerhalb des Universums? – Was liegt hinter dem Weltall? Nichts, weil es ein « dahinter » gar nicht gibt. Im Wort « Weltall », wie auch im Wort « Universum », steckt die Bedeutung « alles ». Das Weltall umfasst alles. Es gibt nur ein Universum. Eine Grenze, hinter der etwas anderes beginnen könnte, ist logisch ausgeschlossen! Denn dieses « andere » würde auch wieder zum Weltall gehören.

  1. Wie wir seit Einstein wissen, sind Raum und Zeit unlösbar mit der kosmischen Materie, dem Stoff aus dem das Weltall besteht, verbunden.
  2. Außerhalb gibt es also, physikalisch gesehen, keinen Raum.
  3. Auch wenn das Weltall grenzenlos ist, muss es deswegen nicht unendlich groß sein.
  4. Man stelle sich zur Veranschaulichung eine Kugeloberfläche vor, also etwas Zweidimensionales.

Eine Kugeloberfläche ist unbegrenzt, aber trotzdem endlich. In einer solchen Welt könnte ich immer geradeaus laufen, ich käme irgendwann an den Ausgangspunkt zurück, ohne allerdings unterwegs an eine Grenze gestoßen zu sein. Das Weltall kann endlich sein, muss es aber nicht.

Die astronomischen Beobachtungen sind auch mit der Annahme eines unendlich großen Universum vereinbar. Die Unendlichkeit beweisen kann man nie. Hinzu kommen Grenzen der Beobachtbarkeit. Das Weltall hat vor 13 Milliarden Jahren mit einer extrem dichten und heißen Phase seinen Anfang genommen. Noch Hunderttausende von Jahren nach diesem so genannten « Urknall » war es total undurchsichtig.

Astronomen sind die einzigen Leute, die in die Vergangenheit zurückschauen können. Denn das Licht, das uns jetzt erreicht, war lange unterwegs, zum Teil über Milliarden von Jahren. Da es frühestens vor 13 Milliarden Jahren ausgesendet worden sein kann – nachdem das Weltall durchsichtig geworden war -können wir bislang auch nicht weiter schauen, als es einer Strecke entspricht, die das Licht in dieser Zeit zurückgelegt hat.

Was entstand 380.000 Jahre nach dem Urknall?

Rätsel des Kosmos : Was wir über den Urknall wissen – Das Universum begann mit einem großen Knall. Davor war nichts. Oder doch etwas? Multiversen vielleicht oder die große Langeweile? © iStock / agsandrew (Ausschnitt) Peng! Und es ward Licht. Vor rund 13,8 Milliarden Jahren war auf einmal unser Universum da. Einfach so. Genau genommen war da erst einmal kein Licht, sondern eine unvorstellbare Menge an Energie, zusammengepresst auf kleinstem Raum.

  1. Innerhalb winzigster Sekundenbruchteile – Milliardstel von Milliardstel von Milliardstel von Milliardstel von Sekunden – explodierte dieser Raum dann geradezu.
  2. Diese blitzartige Ausdehnung des Kosmos nennen Astrophysiker auch »Inflation« oder »inflationäre Phase«,
  3. In dem damals extrem heißen und dichten expandierenden Plasma entstanden zunächst vermutlich viele Teilchen, die wir heute nicht mehr im Universum finden.

Diese schweren, instabilen Vorväter aller Partikel zerfielen dann in die uns heute bekannte Materie – und vermutlich auch in die rätselhafte Dunkle Materie, die deutlich häufiger vorhanden ist als die gewöhnliche. Die normale Materie war noch immer extrem heiß – zu heiß, um stabile Atome zu bilden.

  1. Erst nach fast 400 000 Jahren der fortwährenden, immer langsamer verlaufenden Expansion und Abkühlung des Universums konnten sich aus dem heißen, undurchsichtigen Plasma Atome bilden.
  2. Auf einmal wurde das Universum durchsichtig.
  3. Gasmassen schlossen sich zu Galaxien zusammen.
  4. Sterne begannen zu leuchten.

Diese ersten Sterne waren enorm groß, hitzig und kurzlebig. Sie verbrannten in ihrem Inneren Wasserstoff und Helium, die nach dem Urknall praktisch die gesamte Materie im Universum stellten. Dabei bildeten sie schwerere Elemente, die sie bei gigantischen Supernova-Explosionen wieder ins Weltall bliesen.

  1. Aus diesen Stoffen bildeten sich schließlich jüngere Sterne wie unsere Sonne und Planeten wie unsere Erde mitsamt allem, was auf solchen Planeten herumwuselt.
  2. © ESA / Planck Collaboration (Ausschnitt) Finale Wand nach Urknall | Rund 380 000 Jahre nach dem Urknall war das Universum im Zuge seiner Expansion so weit abgekühlt, dass sich die Elektronen und die Atomkerne der Ursuppe zu Atomen verbanden.

Es wurde damit durchsichtig. Von da an konnten Photonen ungehindert das Weltall durchfliegen. Sie zeigen nun, 13,8 Milliarden Jahre später, die ursprünglich 3000 Kelvin heiße Entkopplungsphase, wegen der fortschreitenden Expansion des Weltalls abgekühlt auf 2,7 Kelvin.

  • Dieser Zustand erscheint uns als so genannte finale Wand.
  • Sie ist hier in einer Gesamtansicht des Himmels dargestellt, die vom europäischen Durchmusterungssatelliten Planck aufgenommen wurde.
  • Dies ist die etablierte Theorie des Urknalls und passt so weit zu allen bekannten Beobachtungen.
  • Sie weist aber auch auf die enormen Lücken in unserem physikalischen Wissen hin.

Denn wir sind heute nicht in der Lage, die enormen Energien kurz nach dem Ereignis zu reproduzieren, um herauszufinden, welche Teilchen es damals gab. Auch der weltstärkste Teilchenbeschleuniger, der Large Hadron Collider bei Genf, hat nur einen winzigen Bruchteil der Energie, die damals vorlag.

Wie viele Galaxy gibt es?

Wie viele Galaxien wie die Milchstraße gibt es im Universum? Die Milchstraße ist eine Spiralgalaxie, in der sich Gaswolken und helle Sterne in mehreren Spiralarmen konzentrieren. Es gibt Galaxien aber auch in anderen Formen – Balkengalaxien, elliptische Galaxien und unregelmäßig geformte Systeme.

Beispiele für solche irregulären Galaxien sind die beiden am Südhimmel sichtbaren Magellanschen Wolken – kleine Begleiter unserer Milchstraße. Auf Grundlage sehr lang belichteter Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble haben Forschende abgeschätzt, dass es im gesamten sichtbaren Universum etwa 200 Milliarden Galaxien gibt.

Ausgehend von unserer kosmischen Nachbarschaft könnten Spiralgalaxien bis zu 70 Prozent davon ausmachen. Allerdings lassen Computersimulationen der kosmischen Entwicklung vermuten, dass es sehr viele kleine, schwach leuchtende Galaxien gibt, die bislang der Entdeckung entgangen sind.

Wer war vor Gott da?

Am Anfang schuf Gott bekanntlich Himmel und Erde. Davor herrschten ‘ Irrsal und Wirrsal ‘ und Finsternis. So steht es bekanntlich im Buch Genesis des Alten Testaments.

Welche Urknalltheorien gibt es?

Autoren Lehners, Jean-Luc Abteilungen Abteilung Quantengravitation und Vereinheitlichte Theorien (Hermann Nicolai) Zusammenfassung Es gibt derzeit zwei Theorien, die sowohl die Homogenität des Universums wie auch die Temperaturschwankungen in der kosmischen Hintergrundstrahlung (im groben) erklären können: die Inflationstheorie und das zyklische Universum.

  • Die detaillierten Vorhersagen beider Modelle sind jedoch unterschiedlich, so dass bessere Daten in nächster Zukunft zwischen beiden Modellen unterscheiden werden können.
  • Laut String-Theorie koexistieren beide Arten von Universen, was die Frage aufwirft, ob man rein theoretisch schon vorhersagen kann in welchem Universum wir uns befinden müssten.

Summary There are currently two theories that can explain both the homogeneity of the universe and the temperature fluctuations in the cosmic background radiation: inflation and the cyclic universe. Both models however lead to different predictions regarding the fine details of the distributions of these temperature fluctuations, so that upcoming data will be able to distinguish between them.

Ist es möglich den Urknall zu sehen?

Was kann man vom Urknall noch sehen? – Den Theorien zufolge war das Universum zu Beginn eine Art Suppe aus dichtem, ultraheißem Plasma, das alles Licht verschluckt hat. Erst in der Zeit, nachdem sich die Atome gebildet haben, wurde es durchsichtig. Und erst seit dann gibt es Licht, das Astronomen heute beobachten können.

Wo befindet sich das Universum?

Masseberechnung über Geschwindigkeit – Im Detail sind solche Messungen schwierig, sagt Prof. Matthias Steinmetz, wissenschaftlicher Vorstand am Leibniz-Institut für Astrophysik in Potsdam, aber wenn man größere Systeme messe, bekomme man die Gesamtmassen sehr gut ausgerechnet: « Das wissen wir genau, wie wir die relativ schnell bekommen. » Steinmetz zufolge werden unter anderem die Monde beobachtet.

  • So würde etwa die Geschwindigkeit, mit der die Monde den Jupiter umkreisen, etwas über die Massen aussagen.
  • Auch die Geschwindigkeit, mit der die Erde um die Sonne kreise, sei bekannt.
  • Auf diese Weise könne man « Massen im Universum von einzelnen Objekten – Sterne, Planeten, Galaxien, Galaxienhaufen – noch ganz gut bestimmen.

Aber die Gesamtmasse – das wird knifflig. » Knifflig schon, aber eben nicht unmöglich. Denn da gibt es einen Trick, sagt der Astrophysiker Hendrik Hildebrandt, Professor an der Ruhr-Universität Bochum. Er beschäftigt sich vor allem damit, wie die Materie in dem uns bekannten Teil des Universums verteilt ist.

  • Das sei nämlich ziemlich gleichmäßig, erklärt Hildebrandt: « Das Universum ist glücklicherweise hochsymmetrisch.
  • Hat diese Eigenschaften gleichförmigen Anfüllung mit Materie und schaut in alle Richtungen ziemlich gleich aus. » Nur aufgrund dieser hohen Symmetrie könne man überhaupt Kosmologie betreiben und die Methode anwenden, dass man sich einzelne Abschnitte als Stichproben des Universums anschaue, deren Dichte messe und das Ergebnis auf die gesamte Masse des beobachtbaren Universums hochrechne, so der Astrophysiker.
See also:  Wie Kann Ich Bei Google Sehen Wo Ich War?

In dem uns bekannten Universum können wir in alle Richtungen knapp 13,8 Milliarden Lichtjahre weit schauen. In diesen 13,8 Milliarden Lichtjahren hat sich das Universum rasant ausgedehnt. Die Astronomen gehen davon aus, dass es durch sein ständiges Auseinandertreiben jetzt knapp viermal größer ist als der erwähnte für uns sichtbare Teil.

Wie ist der erste Stern entstanden?

Astrophysik: Die ersten Sterne im Universum

Magazin01.02.2002Lesedauer ca.14 Minuten

Neuen Modellrechnungen zufolge waren die frühesten Himmelskörper außergewöhnlich massereich und hell, aber auch kurzlebig. Mit ihrer Entstehung nahm die Geschichte des Kosmos eine dramatische Wendung. Wir leben in einem Universum voll strahlender Himmelskörper.

  1. In klaren Nächten vermag das bloße Auge Tausende von Sternen wahrzunehmen.
  2. Sie alle bevölkern nur einen kleinen Ausschnitt der Milchstraße, unserer Heimatgalaxie; Teleskope enthüllen einen viel größeren Bereich, den das Licht von Milliarden Galaxien erhellt.
  3. Hingegen war das urtümliche Universum nach heutigem Kenntnisstand lange Zeit strukturlos und dunkel.

Die ersten Sterne erschienen wohl erst 100 Millionen Jahre nach dem Urknall, und nahezu eine Milliarde Jahre verging, bevor Galaxien den Kosmos übersäten. Die Astronomen haben sich lange gefragt: Wie kam dieser dramatische Wandel vom Dunkel zum Licht zu Stande? Nach jahrzehntelanger Forschung ist die Wissenschaft erst kürzlich der Antwort einen großen Schritt näher gerückt.

  1. Mit ausgeklügelten Computersimulationen haben die Kosmologen Modelle dafür entwickelt, wie aus den Dichtefluktuationen, die der Urknall hinterließ, die ersten Sterne hervorgingen.
  2. Zusätzlich haben Beobachtungen ferner Quasare – der lichtstärksten Objekte im All – ein Fenster weit zurück in die Zeit eröffnet und einen Blick auf die letzten Tage des kosmischen « dunklen Zeitalters » ermöglicht.

Die neuen Modelle besagen, dass die ersten Sterne ungemein massereich und leuchtkräftig waren – und dass ihre Entstehung das Universum und seine weitere Evolution fundamental veränderte. Indem diese Sterne die umgebenden Gase aufheizten und ionisierten, wandelte sich die Dynamik des Kosmos.

Die frühesten Sterne erzeugten außerdem die ersten schweren Elemente und ebneten so den Weg zur späteren Bildung von Planetensystemen wie dem unsrigen. Zudem könnte der Kollaps einiger urtümlicher Sterne das Wachstum massereicher Schwarzer Löcher eingeleitet haben, die in den Herzen der Galaxien entstanden und zu den geradezu unerschöpflichen Energiequellen der Quasare wurden.

Kurz gesagt, die ersten Sterne haben das Universum möglich gemacht, wie wir es heute sehen – von Galaxien und Quasaren bis zu Planeten und menschlichem Leben.

Das dunkle Zeitalter Das All ohne Metall Von Klumpen zu frühen Sternen Spuren der Renaissance Rätsel der Vergangenheit Literaturhinweise

Die Erforschung des frühen Universums wird durch das Fehlen direkter Beobachtungen erschwert. Einen Großteil der Geschichte des Alls konnten die Astronomen untersuchen, indem sie ihre Teleskope auf ferne Galaxien und Quasare richteten, die ihr Licht vor Milliarden Jahren aussandten.

  • Das Alter jedes Objekts lässt sich durch die Rotverschiebung seines Lichts bestimmen; sie zeigt, um wie viel sich das All seit der Aussendung dieser Strahlung ausgedehnt hat.
  • Die ältesten bisher beobachteten Galaxien und Quasare sind demnach – wenn man ein heutiges Weltalter von 12 bis 14 Milliarden Jahren annimmt – auf etwa eine Milliarde Jahre nach dem Urknall zu datieren.

Nur mit noch besseren Teleskopen werden noch fernere Objekte aus noch früheren Zeiten zu erkennen sein. Die Kosmologen können jedoch Aussagen über das frühe Universum aus der kosmischen Hintergrundstrahlung ableiten, die etwa 400000 Jahre nach dem Urknall ausgestrahlt wurde.

  1. Die Gleichförmigkeit dieser Strahlung zeigt an, dass die Materie damals sehr gleichmäßig verteilt war.
  2. Weil es keine großen leuchtkräftigen Objekte gab, welche die kosmische Ursuppe in Wallung bringen konnten, muss sie Millionen Jahre lang gleichmäßig und strukturlos geblieben sein.
  3. Mit der Expansion des Kosmos verschob sich die Hintergrundstrahlung zu größeren Wellenlängen, und das Universum wurde immer kühler und dunkler.

Diese dunkle Ära ist der astronomischen Beobachtung nicht zugänglich. Aber eine Milliarde Jahre nach dem Urknall existierten bereits einige helle Galaxien und Quasare – mithin müssen die ersten Sterne schon etwas eher entstanden sein. Aber wann und wie? Viele Astronomen haben zur Klärung dieses Rätsels wichtige Beiträge geleistet, unter anderem Martin Rees von der Universität Cambridge und Abraham Loeb von der Harvard-Universität.

  • Die aktuellen Untersuchungen gehen vom kosmologischen Standardmodell für die Entwicklung des Universums nach dem Urknall aus.
  • Obwohl das junge Universum erstaunlich homogen war, sind in der Hintergrundstrahlung doch kleinräumige Dichteschwankungen zu erkennen – sozusagen Klumpen in der Ursuppe.
  • Den kosmologischen Modellen zufolge entwickeln sich diese Klumpen allmählich zu durch Schwerkraft gebundenen Strukturen.

Zuerst entstehen kleinere Systeme und verschmelzen dann zu größeren Gebilden. Die dichteren Regionen nehmen die Gestalt eines Netzwerks aus Filamenten an, und die ersten sternbildenden Systeme – kleine Protogalaxien – kondensieren in den Knoten dieses Netzwerks.

  • Auf ähnliche Weise verschmelzen die Protogalaxien dann zu Galaxien, und diese wiederum finden sich zu Galaxienhaufen zusammen.
  • Dieser Prozess dauert noch heute an: Obwohl die Galaxienbildung weit gehend abgeschlossen ist, sammeln sich die Galaxien zu Haufen, die ihrerseits zu einem gigantischen Filament-Netzwerk gerinnen, das sich durch das ganze Universum zieht.

Gemäß den kosmologischen Modellen sollten die ersten Systeme, in denen sich Sterne bilden konnten, 100 bis 250 Millionen Jahre nach dem Urknall aufgetaucht sein. Diese Protogalaxien hatten demnach 100000 bis eine Million Sonnenmassen und waren 30 bis 100 Lichtjahre groß.

Insofern gleichen sie den Wolken aus molekularem Gas, in denen auch gegenwärtig in der Milchstraße Sterne entstehen, doch es gibt markante Unterschiede. Zum einen bestanden die Protogalaxien größtenteils aus so genannter dunkler Materie – aus hypothetischen Elementarteilchen, die vermutlich rund 90 Prozent der Masse des Universums ausmachen.

In heutigen Galaxien ist die dunkle Materie von der gewöhnlichen entkoppelt: Letztere hat sich im Laufe der Zeit in den inneren Regionen konzentriert, während die dunkle Materie über einen enormen Halo verteilt bleibt. In den Protogalaxien hingegen waren gewöhnliche und dunkle Materie noch miteinander vermengt.

  1. Der zweite große Unterschied ist, dass die Protogalaxien außer den beiden leichtesten Elementen Wasserstoff und Helium, die noch vom Urknall stammten, kaum andere chemische Elemente enthielten.
  2. Da die meisten schwereren Elemente nur durch thermonukleare Fusion in Sternen entstehen, konnten sie vor der Bildung der ersten Sterne noch gar nicht existieren.

Die Astronomen pflegen all diese schwereren Elemente « Metalle » zu nennen. Die jungen metallreichen Sterne in der Milchstraße werden zur Population I gezählt, die alten metallarmen Sterne zur Population II. Sterne, die überhaupt keine Metalle enthalten – die allererste Generation –, heißen manchmal Sterne der Population III.

Weil es anfangs noch gar keine Metalle gab, war die Physik der ersten sternbildenden Systeme viel einfacher als die heutiger Molekülwolken. Die kosmologischen Modelle liefern im Prinzip eine komplette Beschreibung der Anfangsbedingungen vor der ersten Sterngeneration; hingegen entstehen die Sterne, die aus Molekülwolken hervorgehen, in einer komplexen Umwelt, die von früherer Sternbildung geprägt ist.

Darum ist die Entstehung der ersten Sterne ein theoretisch attraktives Problem, das sich gut für Computersimulationen eignet. Die realistischsten Simulationen haben Tom Abel von der Pennsylvania State University, Greg Bryan vom Massachusetts Institute of Technology und Michael L.

Norman von der Universität von Kalifornien in San Diego gemeinsam durchgeführt. In Zusammenarbeit mit Paolo Coppi von der Yale-Universität haben wir Simulationen berechnet, die von einfacheren Annahmen ausgehen, dafür aber flexibler anwendbar sind. In Japan hat Toru Tsuribe, jetzt an der Universität von Osaka, ähnliche Rechnungen mit leistungsfähigeren Computern durchgeführt; Fumitaka Nakamura und Masayuki Umemura (jetzt an den Universitäten Niigata beziehungsweise Tsukuba) haben idealisiertere und dennoch aussagekräftige Simulationen präsentiert.

Obwohl all diese Studien sich in verschiedenen Details unterscheiden, stimmen die Resultate im Prinzip gut überein. Wie die Modellrechnungen zeigen, bilden sich die primordialen Gaswolken meist in den Knoten eines kleinräumigen Filament-Netzwerks und beginnen sich dann durch ihre eigene Schwerkraft zusammenzuziehen.

  • Die Kompression erhitzt das Gas auf über 1000 Kelvin (Grad über dem absoluten Nullpunkt, der bei -273,15 Grad Celsius liegt).
  • Manche Wasserstoffatome bilden im dichten heißen Gas Paare und somit Spuren molekularen Wasserstoffs.
  • Diese Moleküle beginnen dann die dichtesten Bereiche des Gases abzukühlen, indem sie – nach der Kollision mit Wasserstoffatomen – Infrarotstrahlung emittieren.

In den dichtesten Zonen fällt die Temperatur auf 200 bis 300 Kelvin, wodurch dort der Gasdruck sinkt und sich Klumpen bilden, die durch die Gravitation zusammengehalten werden. Diese Abkühlung spielt eine entscheidende Rolle für die Trennung von gewöhnlicher und dunkler Materie.

  1. Der Wasserstoff bildet mit sinkender Temperatur ein flaches rotierendes Gebilde von klumpiger und scheibenförmiger Gestalt.
  2. Doch da die Teilchen der dunklen Materie nicht strahlen, verlieren sie keine Energie und bleiben über die ursprüngliche Wolke verstreut.
  3. Das sternbildende System ähnelt darum einer Mini-Galaxie, deren Scheibe aus gewöhnlicher Materie besteht und von einem Halo aus dunkler Materie umgeben ist.

Innerhalb der Scheibe ziehen sich die dichtesten Klumpen immer weiter zusammen, bis einige von ihnen kollabieren und zu Sternen werden. Die ersten sternbildenden Klumpen waren viel wärmer als die Molekülwolken, in denen sich gegenwärtig die meisten Sterne bilden.

  1. Staubkörnchen und Moleküle mit schweren Elementen kühlen die heutigen Wolken viel effizienter – bis auf Temperaturen von nur 10 Kelvin.
  2. Die Masse, die ein Gasklumpen wenigstens haben muss, um unter seiner eigenen Schwerkraft zu kollabieren, heißt Jeans-Masse nach dem englischen Astrophysiker Sir James Jeans (1877-1946); sie ist proportional zum Quadrat der Temperatur und umgekehrt proportional zur Quadratwurzel des Drucks.

In den ersten sternbildenden Systemen herrschten ähnliche Drücke wie in heutigen Molekülwolken, aber fast 30-mal höhere Temperaturen. Darum war ihre Jeans-Masse fast 1000-mal größer. In den Molekülwolken in unserem Bereich der Milchstraße entspricht die Jeans-Masse ungefähr derjenigen der Sonne, und ähnliche Massen haben auch die prästellaren Klumpen, die man in diesen Wolken findet.

  1. Extrapoliert man um einen Faktor von fast 1000, dann müssten die ersten sternbildenden Klumpen 500 bis 1000 Sonnenmassen gehabt haben – und tatsächlich entstehen in all den oben erwähnten Computersimulationen stets Klumpen mit mehreren hundert oder noch mehr Sonnenmassen.
  2. Nach den Berechnungen unserer Gruppe sind die Massen der ersten sternbildenden Klumpen relativ unabhängig von den angenommenen kosmologischen Bedingungen, etwa von der Art der ursprünglichen Dichtefluktuationen.

Viel wichtiger als das kosmologische Modell oder die Simulationstechnik ist die Physik des Wasserstoffmoleküls. So liefert die Tatsache, dass molekularer Wasserstoff das Gas nicht unter 200 Kelvin zu kühlen vermag, eine Untergrenze für die Temperatur der ersten sternbildenden Klumpen.

  1. Außerdem versagt die Kühlung durch molekularen Wasserstoff bei den höheren Dichten, die beim Kollaps der Klumpen auftreten.
  2. Die Wasserstoffmoleküle kollidieren dann mit anderen Atomen, bevor sie Zeit haben, ein Infrarot-Photon auszustrahlen; dies erhöht die Gastemperatur und verlangsamt die Kontraktion so lange, bis die Klumpen auf wenigstens einige hundert Sonnenmassen angeschwollen sind.

Was wurde aus den ersten kollabierenden Klumpen? Bildeten sie Sterne mit ähnlich großen Massen oder zerfielen sie in viele kleinere Fragmente, aus denen dann entsprechend kleinere Sterne entstanden? Die Forschergruppen haben ihre Berechnungen bis zu dem Punkt getrieben, an dem die Klumpen drauf und dran sind, Sterne zu bilden – und keine Simulation lässt eine Tendenz zum Zerfall der Klumpen erkennen.

Das passt zu unserem aus Beobachtungen und Simulationen gewonnenen Wissen über heutige Sterngeburten: Die Fragmentierung sternbildender Klumpen beschränkt sich meist auf die Bildung von Doppelsternsystemen. Die primordialen Klumpen dürften noch viel seltener zerfallen sein, denn die wenig wirksame Kühlung durch den molekularen Wasserstoff hielt die Jeans-Masse hoch.

Die Simulationen konnten allerdings das Endergebnis des Kollapses noch nicht mit Sicherheit bestimmen, und die Entstehung von Doppelsternen lässt sich nicht ausschließen. Die Forscherteams kommen zu etwas unterschiedlichen Abschätzungen für die Massen der ersten Sterne.

Abel, Bryan und Norman meinen, diese Sterne hätten nicht mehr als 300 – nach ihrer neuesten Simulation sogar nur 100 – Sonnenmassen gehabt. Unsere eigenen Arbeiten legen bis zu 1000 Sonnenmassen nahe. Möglicherweise treffen beide Voraussagen für unterschiedliche Bedingungen zu: Die allerersten Sterne hatten vielleicht nicht mehr als 300 Sonnenmassen, während die höhere Abschätzung für Sterne zutreffen könnte, die ein wenig später aus dem Kollaps größerer Protogalaxien hervorgingen.

Quantitative Vo-raussagen werden durch Rückkopplungseffekte erschwert; wenn sich ein massereicher Stern bildet, erzeugt er starke Strahlung und Materieströme, die einen Teil des Gases aus dem kollabierenden Klumpen treiben können. Doch da solche Effekte stark von der Anwesenheit schwerer Elemente im Gas abhängen, dürften sie für die ersten Sterne keine große Rolle gespielt haben.

  • Darum spricht alles dafür, dass die ersten Himmelskörper im Universum viel massereicher und leuchtkräftiger waren als die Sonne.
  • Wie wirkten sich diese auf den Rest des Universums aus? Eine wichtige Eigenschaft von Sternen ohne Metalle ist ihre höhere Oberflächentemperatur: Ohne Metalle ist die Erzeugung von Fusionsenergie im Sterninneren weniger effizient, und der Stern muss heißer und kompakter sein, damit seine Energie ausreicht, der Schwerkraft zu widerstehen.

Wegen der kompakteren Struktur sind auch die Oberflächenschichten heißer. Zusammen mit Rolf-Peter Kudritzki von der Universität von Hawaii und Abraham Loeb von Harvard hat einer von uns (Bromm) theoretische Modelle solcher Sterne mit 100 bis 1000 Sonnenmassen entwickelt.

  • Demnach herrschen Oberflächentemperaturen von etwa 100000 Kelvin – rund 17-mal höher als auf der Sonne.
  • Das erste Sternenlicht im Universum dürfte also überwiegend die Ultraviolettstrahlung sehr heißer Himmelsobjekte gewesen sein.
  • Bald nach ihrer Entstehung müssen sie begonnen haben, das neutrale Wasserstoff- und Heliumgas in ihrer Umgebung aufzuheizen und zu ionisieren.

Dieses Ereignis nennen wir die kosmische Renaissance. Zwar können wir noch nicht abschätzen, wie viel Gas in Form der ersten Sterne kondensiert wurde, doch schon ein Hunderttausendstel der Gasmenge im Universum hätte ausgereicht, um mit den daraus entstandenen Sternen praktisch den gesamten Rest zu ionisieren.

Sobald ein Stern zu leuchten begann, wuchs um ihn eine Blase aus ionisiertem Gas. Als im Lauf von hunderten Millionen Jahren immer mehr Sterne entstanden, verschmolzen die Blasen schließlich, und das intergalaktische Gas wurde komplett ionisiert. Wissenschaftler vom California Institute of Technology und vom Sloan Digital Sky Survey haben kürzlich Indizien für die letzte Phase dieses Ionisationsprozesses gefunden: Sie beobachteten starke Ultraviolett-Absorption in den Spektren von Quasaren, die ihr Licht nur 900 Millionen Jahre nach dem Urknall abstrahlten.

Demzufolge wurden zu jener Zeit die letzten Zonen neutralen Wasserstoffs ionisiert. Helium braucht zwar zur Ionisation mehr Energie als Wasserstoff, aber wenn die ersten Sterne so massereich waren wie von uns berechnet, haben sie das Helium zur selben Zeit ionisiert.

  1. Falls sie hingegen weniger Masse hatten, dann wurde das Helium später durch energiereiche Strahlung ionisiert, etwa von Quasaren.
  2. Ünftige Beobachtungen ferner Objekte könnten klären, wann das kosmische Helium tatsächlich ionisiert wurde.
  3. Wenn die ersten Sterne wirklich sehr große Massen hatten, war ihre Lebensdauer eher gering – nur ein paar Millionen Jahre.

Einige wären am Ende als Supernovae explodiert und hätten die durch Fusionsreaktionen in ihrem Inneren erzeugten Metalle abgestoßen. Sterne mit 100 bis 250 Sonnenmassen sollten durch energiereiche Explosionen komplett zerstört werden, und einige der ersten Sterne hatten wahrscheinlich Massen in diesem Bereich.

Weil Metalle die sternbildenden Wolken viel wirksamer kühlen und zu Sternen kollabieren lassen als Wasserstoff, hätte schon das Erzeugen und Verteilen relativ kleiner Metallmengen enorme Auswirkungen auf die nachfolgende Sternbildung gehabt. In Zusammenarbeit mit Andrea Ferrara von der Universität Florenz haben wir herausgefunden, dass schon eine Metallhäufigkeit von nur einem Tausendstel des solaren Werts ausgereicht hätte, das Gas der sternbildenden Wolken rasch auf die damalige Temperatur der kosmischen Hintergrundstrahlung zu kühlen; diese Temperatur ist mit der kosmischen Expansion ständig gesunken – von 19 Kelvin eine Milliarde Jahre nach dem Urknall auf gegenwärtig 2,7 Kelvin.

Die effiziente Kühlung ermöglichte die Bildung von Sternen kleinerer Masse und erhöhte vermutlich die gesamte Sternbildungsrate beträchtlich. Vielleicht hat sich das Tempo der Sternentstehung überhaupt erst beschleunigt, nachdem die ersten Metalle erzeugt worden waren.

In diesem Fall war eher die zweite Sterngeneration dafür verantwortlich, das Weltall zu erhellen und die kosmische Renaissance einzuleiten. Zu Beginn dieser aktiven Periode der Sternentstehung war die Temperatur des kosmischen Hintergrunds höher als die in heutigen Molekülwolken, wo sie bei 10 Kelvin liegt.

Bis die Temperatur auf letzteren Wert fiel – das geschah etwa zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall –, dürfte der Prozess der Sternentstehung noch immer massereiche Sterne favorisiert haben. Eine große Zahl solcher Sterne entstand während der ersten Stadien der Galaxienbildung durch sukzessives Verschmelzen von Protogalaxien; ein ähnlicher Vorgang ereignet sich im heutigen Universum bei einem so genannten Starburst – einem plötzlichen Anstieg der Sternbildungsrate, der durch die Kollision von zwei Galaxien ausgelöst wird.

  1. Zwar sind solche Ereignisse heutzutage eine Seltenheit, doch dabei scheint eine relativ große Zahl massereicher Sterne zu entstehen (siehe « Sternentstehung in Spiralgalaxien » von Jordi Cepa Nogué, SdW 9/2000, S.46, und « Starbursts in Zwerggalaxien » von Sara C.
  2. Beck, SdW 10/2000, S.30).
  3. Diese Hypothese über die frühe Sternbildung könnte nebenbei einige seltsame Eigenschaften des heutigen Universums erklären.

Ein ungelöstes Problem ist zum Beispiel, dass die Galaxien weniger metallarme Sterne enthalten, als man erwarten würde, wenn die Metalle proportional zur Sternbildungsrate produziert worden wären. Diese Diskrepanz lässt sich erklären, wenn bei der frühen Sternbildung relativ mehr massereiche Sterne entstanden sind: Bei ihrem explosiven Ende haben sie große Metallmengen im Raum verstreut, die dann in die meisten massearmen Sterne eingebaut wurden, die wir heute sehen.

Ein anderes Rätsel ist der hohe Metallgehalt des heißen intergalaktischen Gases in Galaxienhaufen, das sich durch seine energiereiche Röntgenstrahlung bemerkbar macht. Sein Metallreichtum ließe sich am einfachsten durch eine frühe Periode rapider Sternbildung erklären, mit entsprechend vielen Supernovae, die das Gas zwischen den Galaxien chemisch anreicherten.

Eine hohe Supernova-Rate in früher Zeit passt auch zu neuen Indizien dafür, dass die normale Materie sowie die Metalle des Universums größtenteils nicht in den Galaxien stecken, sondern im diffusen intergalaktischen Medium: Die Galaxienbildung muss ein dramatischer Vorgang gewesen sein, mit intensiver Produktion massereicher Sterne und einem regelrechten Feuerwerk von Supernovae, die den Großteil des Gases und der Metalle aus den Galaxien hinaustrieben.

  1. Sterne mit mehr als 250 Sonnenmassen kollabieren schließlich und endlich zu ähnlich massereichen Schwarzen Löchern.
  2. Mehrere Computersimulationen besagen, dass einige der ersten Sterne tatsächlich derart große Massen hatten.
  3. Da die frühen Sterne in den dichtesten Regionen des Universums entstanden, wurden die aus ihrem Kollaps hervorgehenden Schwarzen Löcher durch sukzessive Verschmelzungen in immer größere Systeme integriert.

Möglicherweise konzentrierten sich einige dieser Schwarzen Löcher im inneren Bereich großer Galaxien und lösten dort die Entstehung der extrem massereicher Schwarzen Löcher aus – mit Millionen Sonnenmassen –, die man jetzt in galaktischen Kernen vermutet.

Auch glauben die Astronomen, dass die Energiequellen der Quasare gigantische Gaswirbel sind, die in die Schwarzen Löcher im Zentrum großer Galaxien stürzen. Wenn es einst im Zentrum einiger Protogalaxien kleinere Schwarze Löcher gab, dann könnte die Akkretion von Materie um diese Löcher « Mini-Quasare » produziert haben.

Da diese Objekte schon kurz nach den ersten Sternen auftauchten, bildeten sie vielleicht in früher Zeit eine zusätzliche Quelle von Licht und ionisierender Strahlung. Auf diese Weise entsteht ein insgesamt schlüssiges – wenn auch in Teilen noch spekulatives – Bild von der Frühgeschichte des Universums.

Die Bildung der ersten Sterne und Protogalaxien setzte eine lebhafte kosmische Evolution in Gang. Vieles spricht dafür, dass es einige Jahrmilliarden nach dem Urknall eine Phase intensivster Sternentstehung, Galaxienbildung und Quasar-Aktivität gab; all diese Prozesse sind seither weitergegangen, freilich mit abnehmender Intensität, je älter das Universum wurde.

Das He-rausbilden kosmischer Strukturen hat sich seither zu größeren Maßstäben verschoben, indem die Galaxien sich zu Haufen und Superhaufen gruppieren. In den kommenden Jahren werden die Forscher vermutlich mehr über die kosmische Frühgeschichte erfahren, in der die Strukturbildung in kleinstem Maßstab begann.

Da die ersten Sterne offenbar sehr massereich und hell waren, könnte das Next Generation Space Telescope – der geplante Nachfolger des Hubble Space Telescope – einige dieser uralten Himmelskörper aufspüren. Dann würden die Astronomen direkt beobachten, wie ein dunkler, strukturloser Kosmos sich zu dem strahlenden Sternenhimmel entfaltet hat, der uns Licht und Leben schenkt.Vor dem Anfang.

Eine Geschichte des Universums. Von Martin J. Rees. Fischer, Frankfurt am Main 1999. In the Beginning: The First Sources of Light and the Reionization of the Universe. Von R. Barkana und A. Loeb in: Physics Reports, Bd.349, S.125 (2001). The Formation of the First Stars.

  1. Von Richard B.
  2. Larson in: Star Formation from the Small to the Large Scale. Von F.
  3. Favata, A.A.
  4. Aas und A.
  5. Wilson (Hg.).
  6. ESA Publications, 2000.
  7. Steckbrief – Die ersten Sterne entstanden vermutlich 100 bis 250 Millionen Jahre nach dem Urknall, und zwar in kleinen Protogalaxien, die ihrerseits aus Dichtefluktuationen im frühen Universum hervorgingen.

– Weil die Protogalaxien außer Wasserstoff und Helium praktisch keine chemischen Elemente enthielten, führte die Physik der Sternentstehung vorzugsweise zur Bildung von Himmelskörpern, die viel massereicher und leuchtkräftiger waren als die Sonne. – Einige dieser frühesten Sterne explodierten als Super-novae und verstreuten schwere Elemente im Universum. Volker Bromm und Richard B. Larson In dieser Woche geht es um Pestizide in Deutschland, um den Golfstrom und ein ebenso cooles wie heißes Thema: Supraleitung bei 21 Grad. Celsius wohlgemerkt. Die biologische Uhr tickt, aber geht sie auch richtig? Forschung zu spätem Kinderwunsch kommt zu ganz anderen Ergebnissen, als der simple Blick aufs Alter vermuten lässt.

  1. Außerdem reisen wir in die Zeit der Hethiter und einer außerordentlich mächtigen Frau.
  2. Seit Monaten wird darüber diskutiert, wie sich Engpässe in der Energieversorgung für den bevorstehenden Winter vermeiden lassen.
  3. Die Auseinandersetzung macht auch deutlich, wie wichtig und wie dringend Maßnahmen für den Klimaschutz sind.

: Astrophysik: Die ersten Sterne im Universum