BICEP2-Teleskop am Südpol

Weit verbreitete Meinung ist, dass unser Universum vor rund 13.8 Milliarden Jahren mit dem Urknall seinen Anfang nahm und sich Bruchteile einer Sekunde später im Rahmen einer als Inflation bezeichneten Phase rasend schnell ausdehnte.
Gemäß Theorie soll die Inflation dabei auch Gravitationswellen produziert haben, Verzerrungen, Kräuselungen der Raumzeit, die sich durch das Universum mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten.
Beobachtungen mit dem BICEP2-Teleskop könnten nun gezeigt haben, dass Gravitationswellen im Überfluss während dieser frühen Inflationsphase im Universum entstanden sind.

„Dieses Signal zu entdecken, ist eins der wichtigsten Ziele in der Kosmologie heute. Ein Haufen Arbeit einer Menge Leute hat zu diesem Punkt geführt,“ sagte John Kovac vom Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik (CfA) und Leiter der BICEP2 Kollaboration.

Dies sind überwältigende Neuigkeiten, nicht nur weil der Beweis für eine rapide Inflationsphase im frühen Universum bisher noch ausstand.
Gravitationswellen gehören zu den faszinierendsten und erstaunlichsten Phänomenen im Universum. Sie folgen aus Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie, obwohl Einstein selber nicht daran glaubte, dass man sie jemals würde beobachten können.
Der Nachweis für Ihre Existenz gehört zu den größten Herausforderungen der modernen Physik.

Nun sind die Physiker diesem Phänomen und dem Nachweis ihrer Existenz ein Stück näher gekommen. Gleichzeitig stellt die Entdeckung von Signalen primordialer Gravitationswellen, sollte sie sich bestätigen, auch einen Beweis für die kosmische Inflation dar.

Tage zuvor war die Gerüchteküche in vollem Gange gewesen und in diversen Medien, auch den sozialen wie Twitter, wurde angeregt über die mögliche neue Entdeckung, die von Forschern für Montag im Rahmen einer Pressekonferenz des CfA in Cambridge angekündigt worden war, diskutiert.

Worum geht es?

Die bahnbrechenden Ergebnisse stammen vom BICEP2 Teleskop (Abkürzung für „Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization“), einem Experiment in der Antarktis, mit dem die Polarisation der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung untersucht wird, der elektromagnetischen Wellen, die ein Echo des Urknalls darstellen.

Dunkle Materie in der Milchstraße

Der Großteil der Materie unseres Universums kann mit derzeitigen Modellen nicht erklärt werden.
Die normale sichtbare Materie macht nur rund vier Prozent der gesamten Materie unseres Universums aus. Weit über 90 % der Materie ist unsichtbar, besteht aus Dunkler Materie – rund ein Viertel – und aus Dunkler Energie, so die weit verbreitete Forschermeinung.
Doch was diese Dunkle Materie ist, weiß man bis heute nicht. Diese unsichtbare rätselhafte Substanz scheint sich nur durch die Wirkung Ihrer Gravitationskraft zu verraten.
Auf Ihre Existenz schloss man ursprünglich, als Forscher das Rotationsverhalten von Galaxien untersuchten, aus dem sich ergab, dass tatsächlich weitaus mehr Materie im Universum vorhanden sein musste, als man tatsächlich beobachten konnte.
Die Milchstraße rotiert z. B.wesentlich schneller, als es sich mit der vorhandenen sichtbaren Materie erklären läßt.
Zahlreiche Experimente und Studien wurden bislang in Angriff genommen, um diese mysteriöse Dunkle Materie nachzuweisen. Auch mit dem weltgrößten Teilchenbeschleuniger, dem LHC am CERN in der Schweiz wird fieberhaft nach Teilchen gesucht, aus denen die Dunkle Materie bestehen könnte, doch bisher vergeblich.
Gibt es diese mysteriöse Materie überhaupt, oder sind vielleicht die bisherigen Theorien fehlerhaft oder bergen Gedankenfehler? Müssen neue Theorien her?
Es gibt immer mehr Wissenschaftler, die die Existenz von Dunkler Materie anzweifeln.
Eine neue Studie scheint diesen nun Recht zu geben.

Mit dem MPG/ESO-2,2-Meter-Teleskop der ESO des Observatoriums in La Silla und weiteren Teleskopen hat ein chilenisches Astronomenteam die Bewegung von über 400 Sternen in einer Entfernung von bis zu 13.000 Lichtjahren von der Sonne sehr genau kartiert und daraus die Gesamtmasse aller Materie in der Umgebung der Sonne berechnet.
Dabei ergab sich, dass die Masse der gesamten gefundenen Materie genau der Masse aller sichtbaren Materie entsprach, was also keinerlei Raum für zusätzliche Dunkle Materie läßt.

Laut bisheriger theoretischer Modelle zur Entstehung und Rotation von Galaxien sollen Galaxien und Galaxienhaufen aber von riesigen kugelförmigen Halos aus Dunkler Materie umhüllt sein. Auch die Milchstraße sollte von einem Halo aus Dunkler Materie umgeben sein, und man würde demnach auch in der Sonnenumgebung das Vorhandensein Dunkler Materie erwarten. Doch dies kann die aktuelle Studie nicht verifizieren.

Da bleibt wohl auch nicht viel Hoffnung, dass im Rahmen anderer Experimente auf der Erde die Dunkle Materie durch ihre Wechselwirkungen mit normaler Materie nachgewiesen werden könnte.

Es ist ohnehin kaum begreiflich, warum wir nur einen Bruchteil der gesamten vorhandenen Materie im Universums überhaupt beobachten können, und der Rest im Dunkeln verbleibt.
Begriffe wie „Dunkle Materie“ oder „Dunkle Energie“ scheinen da gar wie Lückenbüßer zu wirken auf dem Weg zu neuen theoretischen Modellen.

So sieht der Leiter des Teams der Studie Christian Moni Bidin vom Departamento de Astronomía der Universidad de Concepción in Chile auf jeden Fall Bedarf für neue Lösungsansätze.:
“Wenn die Dunkle Materie also nicht dort gefunden wird, wo wir sie erwartet hätten, ist eine neue Lösung für das Problem der fehlenden Masse nötig. Unsere Ergebnisse widersprechen den derzeit anerkannten Modellen. Die Dunkle Materie ist damit noch ein Stück geheimnisvoller geworden.”

Im August wurde in unserer direkten kosmischen Nachbarschaft eine Supernova des Typs Ia kurz nach ihrem Ausbruch entdeckt, ein spektakuläres Ereignis, das sogar mit einfachen Ferngläsern und Teleskopen beobachtet werden konnte, nun wurde diesen Sternexplosionen besonderen Typs weitere Aufmerksamkeit zuteil.
Am 4. Oktober wurde es verkündet.: Der diesjährige Nobelpreis für Physik geht an drei Forscher, die durch die Beobachtung von Supernovae des Typs Ia entdeckten, dass sich unser Universum beschleunigt ausdehnt.: Zur Hälfte geht der Preis an Saul Perlmutter von der University of California, Berkeley, USA, die andere Hälfte teilen sich Brian P. Schmidt von der Australian National University, Weston Creek in Australien und Adam G. Riess von der Johns Hopkins University und dem Space Telescope Science Institute in Baltimore in den USA.

Die drei Physik-Nobelpreisträger

Die drei Forscher gehören zwei konkurrierenden Forschungsgruppen an, die beide im Jahr 1998 zu dem gleichen überraschenden Ergebnis kamen, das sich unser Universum beschleunigt ausdehnt. Die Entdeckung kam für sie aus heiterem Himmel. Sie konnten zunächst selbst kaum glauben, was sie beobachtet hatten.
Saul Perlmutter war der Leiter eines der beiden Teams, des „Supernova Cosmology Project“, das bereits 1988 initiiert worden war. Brian Schmidt leitete das zweite Team, das Ende 1994 das „High-z Supernova Search“ Team gründete, in dem Adam Riess eine bedeutende Rolle spielen sollte.
Beide Teams wollten das Universum vermessen, indem sie das Licht weit entfernter Supernovae des Typs Ia lokalisierten und die Helligkeiten und Rotverschiebungen (die kurz mit z bezeichnet werden) der Supernovae maßen.
Sie fanden über 50 Supernovae, deren Licht schwächer war als erwartet, was sie darauf schließen ließ, dass sich das Universum mit zunehmender Geschwindigkeit ausdehnt.

Dass das Universum sich ausdehnt, nachdem es vor etwa 13.7 Milliarden Jahren im Urknall seinen Anfang nahm, ist spätestens bekannt, seit Edwin Hubble in den 1920er eine Rotverschiebung in den Spektren des Lichts ferner Galaxien entdeckte. Doch dass sich das Universum beschleunigt ausdehnt, war eine überraschende Neuheit, die nicht nur die Kosmologie umwälzen sollte. Die Entdeckung hat gezeigt, dass sich womöglich nur ein Bruchteil der Welt von uns überhaupt beobachten lässt.

Saul Perlmutter

Ursache der beschleunigten Expansion nahezu unverstanden

Was ist es, was die beschleunigte Expansion des Universums auslöst? Das Mysterium wird Dunkle Energie genannt und stellt ein Phänomen dar, welches die gesamte Physik vor große Herausforderungen stellt, ein Rätsel, das bis heute nicht gelöst ist. Dabei ist die Erklärung der beschleunigten Expansion durch die Dunkle Energie nicht unumstritten.
Sie wirft mehr Fragen auf, als sie zu beantworten vermag. Denn die Dunkle Energie führt dazu, dass wir rund 95 % der Materie im Universum nicht erklären können.
Etwa 73 % der Materie des Universums soll aus Dunkler Energie bestehen. (Man beachte, dass gemäß Einsteins berühmter Formel E=mc² Energie gleich Masse ist und umgekehrt.)
Nur 4 % bestehen aus der uns bekannten sichtbaren Materie. Auch der Rest – rund ein Viertel der Materie des Universums – bleibt im Dunkeln, soll aus Dunkler Materie bestehen, einem weiteren großen Mysterium der Physik.

Albert Einsteins kosmologische Konstante

Albert Einstein wollte die Vorstellung eines sich expandierenden Universums nicht akzeptieren. Er glaubte an ein statisches Universum und fügte hierzu in seine Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie eine Konstante ein, die er kosmologische Konstante nannte.
Als dann in den 1920/1930er Jahren klar wurde, dass das Universum eben nicht statisch ist, sondern expandiert, bezeichnete Einstein die kosmologische Konstante als größte Eselei seines Lebens. Heute scheint die kosmologische Konstante doch wieder eine Rolle zu spielen, indem sie die Dunkle Energie beschreiben kann und damit der Beschleunigung der Expansion des Universums Rechnung trägt.

Ende im Eis

Dehnt sich unser Universum bis in alle Ewigkeit mit immer größerer Geschwindigkeit aus, so wird irgendwann diese Expansion jedwede Materiezusammenballung verhindern. Keine neuen Sterne werden mehr entstehen können, keine neuen Planeten, kein neues Leben.
Das Universum würde dann in einem kalten, dunklen Zustand enden.
„Es wird im Eis enden, wenn wir den diesjährigen Nobelpreisträgern in Physik glauben schenken.“ So die Worte der Royal Swedish Academy of Sciences.

Die Nobelpreisverleihung findet am 10. Dezember in Stockholm statt, dem Todestag des Stifters Alfred Nobel.

Supernova PTF 11kly

Am 22. August war von der Supernova PTF 11kly, so ihr Name, noch nichts am Nachthimmel zu sehen, berichteten die beteiligten Forscher.
Aber am 24. August entdeckte Peter Nugent, Astrophysiker am Lawrence Berkeley National Laboratory, als erster die Supernova, als er Aufnahmen im Rahmen einer automatisierten großräumigen Durchmusterung des Nachthimmels, dem sogenannten Palomar Transient Factory, auswertete.
Es handelt sich dabei um eine Himmelsdurchmusterung, die nach neuen Objekten am Nachthimmel sucht, mit einem Teleskop am kalifornischen Palomar Observatorium.
Aufgrund des frühen Nachweises konnten bereits wenige Stunden nach dem Ausbruch zahlreiche Teleskope rund um den Globus das Ereignis verfolgen, darunter auch das Weltraumteleskop Hubble.

Laut Andy Howell von der University of California, der zum Team der Entdecker der Supernova gehört, wurde diese „früher als alle bisherigen Supernovae ihres Typs entdeckt“.

Supernovae des beobachteten Typs Ia erreichen in den ersten drei Wochen nach ihrem Ausbruch eine Helligkeit von mehr als einer Milliarde Sonnen.
Es sei trotzdem schwierig, Sie wenige Stunden nach der Explosion aufzuspüren, so Howell. In diesem Fall machte die relative Nähe von PTF 11kly dies möglich.
Das letzte Mal ereignete sich eine Supernova des Typs Ia im Jahr 1986. Vorher wurden weitere dieses Typs nur 1972, 1937 und 1572 beobachtet.

Laut Nugent finden die Wissenschaftler bei ihrer Suche in der Regel eine oder zwei Supernovae pro Nacht, welche jedoch ungefähr ein bis vier Milliarden Lichtjahre entfernt sind, manche sogar acht Milliarden Lichtjahre. 21 Millionen Lichtjahre ist da kosmisch gesehen praktisch direkt um die Ecke, auch wenn das Licht 21 Millionen Jahre brauchte, um bei uns auf der Erde anzukommen.

Der Urknall wird oft als Anfang von allem gesehen, was unser Universum ausmacht.
Alle Materie, alle Energie, alles, was wir kennen, entstand erst mit dem Urknall.
Doch war der Urknall wirklich der Beginn des Universums? Theorien zur Quantengravitation sagen etwas anderes!

Der Urknall bzw. die Urknallsingularität, ein Punkt unendlich hoher Dichte, Temperatur und Raumzeitkrümmung ergibt sich aus der Allgemeinen Relativitätstheorie, andererseits bricht aber die Allgemeine Relativitätstheorie bei Unendlichkeiten zusammen, sie stößt dort an ihre Grenzen.
Wenn eine Theorie Singularitäten vorhersagt, ist dies gleichzeitig ein Zeichen dafür, dass die Theorie modifiziert werden muss.
Die Allgemeine Relativitätstheorie ist demnach eine nur unvollständige Theorie, die alleine den Beginn unserer Welt nicht erklären kann.

Wenn es um mikroskopische Größenskalen geht und extrem große Massen oder Energien, machen sich Quanteneffekte bemerkbar, die die Allgemeine Relativitätstheorie jedoch völlig unberücksichtigt lässt.

Ewiges Universum

Aus den beiden wichtigsten Ansätzen für eine Theorie der Quantengravitation, der Stringtheorie sowie der Schleifenquantengravitation, ergibt sich, dass der Urknall nicht mehr der Anfang des Universums ist, sondern nur ein Übergang von einer Welt in eine andere in einem quasi ewig existierenden Universum.

In der Stringtheorie und der Schleifenquantengravitation besitzt der Raum keinen kontinuierlichen Charakter mehr wie in der Allgemeinen Relativitätstheorie, sondern einen diskreten wie in der Quantentheorie. D. h., der Raum ist nicht beliebig oft unterteilbar. Stattdessen existiert ein kleinstmögliches Raum- und Volumenelement. Die Existenz einer Singularität, eines unendlich kleinen Punkts, wäre somit unmöglich.

Ein von der Schleifenquantengravitation vorgeschlagenes Szenario geht davon aus, dass der anfängliche Zustand hoher Dichte, den wir als Urknall und Beginn dieser Welt begreifen, entstand, als ein zuvor bereits existierendes Universum zunächst unter der Anziehungskraft der Gravitation kollabierte.
Im kontinuierlichen Raum der Allgemeinen Relativitätstheorie kann beliebig viel Energie gespeichert werden, in einem Raum gemäß Schleifenquantengravitation lässt sich wegen seiner diskreten Struktur aber nur eine endliche Menge Energie unterbringen, was dazu führt, dass niemals ein Zustand unendlicher Dichte, also eine Singularität, entstehen kann.
Die diskrete Struktur der Raumzeit führt hier vielmehr dazu, dass bei sehr großen Energiedichten Abstoßungskräfte ins Spiel kommen. Die Gravitationskraft, die wir nur als anziehende Kraft kennen, wird abstoßend. Als Folge expandiert dann das Universum wieder.
Dieser Vorgang wird auch Rückprall, von dem englischen Begriff “bounce”, genannt. Die Singularität des Urknalls wird also durch einen “großen Rückprall” oder Sprung ersetzt, wie es der Physiker Martin Bojowald, einer der Verfechter dieser Theorie, formuliert hat.
In diesem Szenario existiert das Universum ewig. Es implodierte, erreichte die maximal zulässige Dichte beim Rückprall und explodierte wieder.

Der Urknall wäre demnach nicht mehr der Beginn unserer Welt im eigentlichen Sinne, der Beginn des Universums, sondern nur ein Übergang aus einem vorhergehenden Zustand des Universums in einen anderen.

Ein ewiges Universum, in dem der Urknall nur einen Übergang in der Entwicklung des Kosmos darstellt, kann ein durchaus beruhigendes Gefühl vermitteln, sind doch Fragen wie etwa “Was war vor dem Urknall?” nur sehr unbefriedigend zu beantworten und eher im Philosophischen angesiedelt.
Ebenso konnte bisher in der Physik nicht erklärt werden, wie denn der Übergang von dem NICHTS vor dem Urknall, wo es weder Zeit noch Raum noch Materie oder Energie gab, zu ETWAS stattgefunden haben könnte.

[Blogbeitrag von A. Ewers]

Edwin Powell Hubble revolutionierte unser Bild vom Universum grundlegend. So wie zuvor schon sein Kollege Vesto Slipher beobachtete Hubble in den 1920er Jahren eine Rotverschiebung in den Spektren des Lichts ferner Galaxien. Aus dieser Rotverschiebung schloss er, dass sich die Galaxien mit einer Fluchtgeschwindigkeit von uns weg bewegen.

Edwin P. Hubble

1929 verkündete er das nach ihm benannte Hubble-Gesetz v = H*d, welches besagt, dass die Fluchtgeschwindigkeit v einer Galaxie proportional zu ihrem Abstand d von uns ist, d. h. je größer der Abstand, desto schneller bewegen sich die Galaxien von uns weg. Dabei wird die Proportionalitätskonstante in dieser Gleichung H als sog. Hubble-Konstante bezeichnet. Mit der Entdeckung dieser linearen Beziehung hatte Hubble gleichzeitig die bahnbrechende Entdeckung gemacht, dass sich das Universum ausdehnt.

Wenn es um die Erklärung der Rotverschiebung des Galaxienlichts geht, wird oft der sog. Dopplereffekt herangezogen. Hubble ging damals davon aus, dass die Rotverschiebung durch die sich von der Erde mit einer Fluchtgeschwindigkeit entfernenden Galaxien verursacht wird. Dies ist jedoch irreführend. Denn tatsächlich ist es nicht der Dopplereffekt, der die wirkliche Erklärung für diese Rotverschiebung liefert.

Gemäß dem Dopplereffekt verschiebt sich die Wellenlänge der Strahlung, die von einem Objekt ausgesandt wird, das sich auf den Beobachter zubewegt, zu einer höheren Frequenz, d. h. kleineren Wellenlänge, während die Wellenlänge der emittierten Strahlung eines Objekts, das sich vom Beobachter wegbewegt, zu einer niedrigeren Frequenz und höheren Wellenlänge und damit in den roten Bereich des Spektrums verschoben ist. Das Phänomen gilt auch für Schallwellen und lässt sich so anschaulich verdeutlichen: Der Sirenenton eines Krankenwagens etwa, der auf uns zufährt, ist höher – d. h. zu einer höheren Frequenz und kleineren Wellenlänge verschoben -, während der Ton tiefer ist, wenn der Wagen sich von uns entfernt. Die Wellenlänge der Schallwellen ist in letzterem Fall zu einer niedrigeren Frequenz, aber größeren Wellenlänge verschoben.

Die tatsächliche Erklärung für die Rotverschiebung des Lichts weit entfernter Galaxien liegt jedoch ganz woanders: Diese Rotverschiebung ist ein Effekt der Allgemeinen Relativitätstheorie.
Denn die Galaxien selber bewegen sich nicht wirklich durch den Raum von uns weg. Zwar bewegen sich die einzelnen Galaxien innerhalb ihres Galaxienhaufens, dem sie angehören. Doch die Galaxienhaufen selbst befinden sich insgesamt in Ruhe. Die beobachtete Fluchtgeschwindigkeit bzw. Rotverschiebung wird vielmehr durch die Expansion des Raums bewirkt. Es ist der Raum zwischen uns und den Galaxien, der expandiert, und zwar um jeden Ort an einer beliebigen Stelle im Universum herum.
Durch die Expansion des Raums werden auch die Wellenzüge des ausgesandten Lichts, die sich im Raum ausbreiten, gedehnt und sind somit rotverschoben.

Wenn sich der Raum und damit das Universum also immer weiter ausdehnte, so musste es irgendwann mal unendlich klein gewesen sein komprimiert in einem unendlich kleinen, dichten und heißen Punkt. Dementsprechend schloss man aus der Expansion, dass das Universum auch einen Anfang gehabt haben musste, einen Anfang im Urknall.

Diese Fragen, die über viele Generationen hinweg Astronomen und Philosophen gleichsam faszinierten und verwirrten, sind untrennbar miteinander verknüpft. Schon der Astronom Johannes Kepler zerbrach sich vor etwa 400 Jahren hierüber den Kopf, wie auch der Arzt und Astronom Heinrich Wilhelm Olbers im 19. Jahrhundert.
Zu seiner Zeit, sogar bis ins 20. Jahrhundert hinein glaubte man noch an ein unendliches und ewig existierendes Universum ohne Anfang.
Ist das Universum aber unendlich groß und alt mit allen Sternen in ihm gleichmäßig verteilt, dann müsste sich von der Erde aus gesehen an jedem noch so kleinen Punkt des Himmels ein Stern befinden. Entlang unserer Sichtlinie in den Himmel stünde sogar an jedem Punkt eine unendlich große Anzahl von Sternen hintereinander.
In einem unendlich alten Universum hätte das Licht selbst von weit entfernten Sternen unendlich lange Zeit gehabt, um zu uns zu gelangen.
(Man beachte, dass die Geschwindigkeit des Lichts eine absolute Größe darstellt – etwa 300.000 km/s – und daher auch als Naturkonstante betrachtet wird.)
Folge wäre ein vollständig mit Sternenlicht ausgefüllter, unendlich heller Nachthimmel.
Zwar nimmt die scheinbare Helligkeit von Sternen mit ihrer Entfernung ab, die hohe Konzentration von Sternen an jedem Ort des Himmels würde die Helligkeitsabnahme jedoch wieder ausgleichen.

Warum ist dann aber der Nachthimmel nicht „weiß”, sondern „schwarz”?
Dass der Nachthimmel unter den angenommenen Voraussetzungen eben nicht dunkel ist, wird Olbers Paradoxon genannt und wurde von Heinrich Wilhelm Olbers in den 20er Jahren des 19. Jahrhunderts formuliert.

Es gab viele Erklärungsansätze für dieses vermeintlich so verzwickte Problem.
Olbers bot, nachdem er das Paradoxon formuliert hatte, selber eine Lösung an. Er glaubte, dass Wolken aus Staub in den Weiten des Universums das Licht der Sterne auf ihrem Weg zu uns absorbierten. Doch dies konnte keine plausible Erklärung sein. In einem unendlich alten und großen Universum würden die Staubwolken über einen unendlich langen Zeitraum Licht von unendlich vielen Sternen absorbieren, wodurch sie sich unweigerlich aufheizen würden und selber anfangen würden zu glühen. Der Nachthimmel würde wiederum so hell erscheinen wie die Oberfläche eines Sterns.

Zur wirklichen Lösung des Problems musste man bis ins 20. Jahrhundert warten, in dem die Idee sich manifestierte, an einen Beginn der Welt im Urknall zu glauben und damit an ein nur endlich lange existierendes Universum.
Wenn das Universum nur endlich alt ist, dann existiert eine Grenze, ab der uns Sternenlicht erreichen kann. Das Licht der entferntesten Sterne, das in Frühzeiten des Universums ausgesandt wurde, hat uns bis heute noch nicht erreicht.
Wird für das Universum ein bestimmtes Alter angenommen und die endliche Lichtgeschwindigkeit, resultiert ein Nachthimmel mit auch nur einer begrenzten endlichen Menge an Sternenlicht, so wie wir es beobachten.

Der Nachthimmel ist dunkel, weil wir annehmen, dass das Universum eben nicht unendlich groß und alt ist.

Wenn sich der aufmerksame Leser jetzt fragt, was der Urknall als solches ist, kann man ihn beruhigen. Die Urknalltheorie beschreibt nicht den Urknall als solches, sondern vielmehr die Ereignisse, die unmittelbar nach dem eigentlichen “Knall” stattgefunden haben.
Gänzlich unvorstellbar ist dabei die Antwort auf die Fragen, worin denn der Urknall stattfand oder was vor dem Urknall war. Derlei Fragen bleiben in der Urknalltheorie völlig im Dunkeln und sind wohl eher im philosophischen Bereich anzusiedeln.
Das erscheint insofern sinnvoll, da sich unser Vorstellungsvermögen durch das bestimmt, was wir wahrnehmen oder beobachten können.
Unsere gesamte Wahrnehmungswelt bezieht sich vollständig auf das uns bekannte Universum, und da vor dem Urknall quasi nichts existierte, ist alles, was mit und vor dem Urknall existierte und stattgefunden hat, somit für uns gänzlich unvorstellbar.

Urknall sah anders aus.

Vor dem Urknall existierte nichts – nichts von dem, was das heutige Universum ausmacht oder was sich für uns in irgendeiner Form mit einer vorstellbaren Welt in Verbindung bringen ließe: Kein Raum, keine Zeit, keine Materie, keine Energie, keine physikalischen Gesetze. Derlei Begriffe hatten vor dem Urknall keinerlei Bedeutung oder Existenz.
Alles, was wir heute mit dem uns bekannten Universum in Verbindung bringen, entstand erst mit dem Urknall.

Der Begriff “Urknall” bzw. sein engl. Pendant “Big Bang” – 1949 von Fred Hoyle, einem der zu jener Zeit größten Gegner der Urknalltheorie, rein zufällig in einer BBC-Sendung erschaffen – ist eher missverständlich.
Der Urknall ist nicht als Knall im eigentlichen Sinne zu verstehen. Hierfür wäre das Vorhandensein von Luft, von Materie, notwendig.
Das Phänomen, welches eigentlich durch die „Explosion“ oder den Begriff “Knall” angedeutet werden soll, ist die bis heute andauernde und messbare Expansion des Universums. Man stellt sich hierbei vor, dass das Universum seit dem Urknall aus einem unendlich kleinen, unendlich dichten und heißen Punkt heraus, den Physiker Singularität nennen, immer weiter expandiert. Diese Expansion und damit einhergehende Abkühlung des Universums dauert bis heute an.

Wie muss man sich aber den Urknall vorstellen?

Hat man eine Explosion vor Augen, so denkt man in der Regel an einen Vorgang, bei dem sich alles von einem bestimmten Punkt im Raum aus und zu einem bestimmten Zeitpunkt explosionsartig in alle Richtungen ausbreitet, wie etwa bei der Explosion einer Bombe.
Bei dem Urknall gab es jedoch kein Zentrum der Explosion. Der Urknall fand auch nicht an einem bestimmten Ort im Raum statt, es gab keinen den Urknall umgebenden Raum, denn beide Phänomene sind erst mit der Explosion entstanden.
So wie Steven Weinberg es in seinem berühmten Buch “Die ersten drei Minuten” formuliert und so unvorstellbar das klingt, fand die Explosion gleichzeitig überall statt,
gleichzeitig von Beginn an den gesamten Raum ausfüllend, der erst mit ihr entstanden ist.:

“Am Anfang gab es eine Explosion. Nicht eine Explosion, wie wir sie auf der Erde kennen, die von einem bestimmten Zentrum ausgeht und sich ausbreitet, indem sie mehr und mehr der sie umgebenden Luft einnimmt, aber eine Explosion, die sich gleichzeitig überall ereignete, den gesamten Raum von Anfang an ausfüllend, während sich jedes Materieteilchen von jedem anderen Teilchen wegbewegt.”

Doch wie kam man überhaupt auf die Idee, dass das Universum einen Anfang (im Urknall) hatte?