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.

Seit gestern, nur wenige Tage, nachdem die Protonenkollisionen im LHC beendet wurden, kreisen nun Bleiionen (Bleiatome, die ihrer Elektronen beraubt wurden) im Beschleuniger.
Der LHC ist in eine neue Phase eingetreten.
Mit der Umstellung auf Blei wird beabsichtigt, Materie in einem Zustand zu erforschen, wie er in den Anfängen unseres Universums kurz nach dem Urknall vorlag. Ein sog. Quark-Gluon-Plasma soll erzeugt werden, um so einen tieferen Einblick in die starke Wechselwirkung, eine der vier fundamentalen Wechselwirkungen der Natur, zu erhalten, die die Quarks in Protonen und Neutronen zusammenhält.

Mit Aufnahme der Bleiionenkollisionen am 7. November wurde nun ein nächster Rekord im LHC aufgestellt, ein Temperatur- und Dichterekord.
Die Forscher erzeugten subatomare, zehn Milliarden Grad heiße “Mikro-Feuerbälle”.
Laut David Evans von der Universität Birmingham, der am ALICE-Detektor des LHC arbeitet, habe man hiermit die “höchsten Temperaturen und größten Dichten, die jemals in einem Experiment erreicht worden sind” erzeugt.
Durch den “Mini-Urknall” erhoffen sich die Wissenschaftler Einblicke in die ersten Mikrosekunden nach dem Urknall.
Bei den erreichten Temperaturen schmelzen sogar Protonen und Neutronen, die Bausteine, aus denen Atome zusammengesetzt sind und die wiederum aus Quarks bestehen. Folge ist ein heißes Plasma aus Quarks und Gluonen, ähnlich wie es im Universum kurz nach dem Urknall vorhanden war.

Voraussichtlich bis zum 6. Dezember werden noch Bleikollisionen stattfinden.
Nach einer Wartungspause des LHC sollen dann ab Februar 2011 wieder Protonenexperimente stattfinden.

[Blogbeitrag von A. Ewers]

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]

Werner Heisenberg und
Niels Bohr

Damit die Physik als Ganzes logisch konsistent ist, muss eine Theorie her, die die Quantentheorie und die Allgemeine Relativitätstheorie zusammenbringt, und darüber hinaus möglichst noch die verschiedenen Teilchen und Kräfte, die wir kennen, beinhaltet.
Aus diesem Grund sind Physiker auf der ganzen Welt schon seit geraumer Zeit fieberhaft dabei, eine Theorie zu entwickeln, die die Erkenntnisse aus beiden Theorien unter einen Hut zu bringen versucht und beide Theorien zu einer einzigen vereinigt, einer sog. Theorie der Quantengravitation.

Wie kann dies indes bewerkstelligt werden?

Quantentheorie versus Allgemeine Relativitätstheorie

Die beiden Theorien unterscheiden sich nicht nur enorm, sie bilden auch in vielerlei Hinsicht Gegensätze und lassen sich in vielen Gesichtspunkten nicht ohne Weiteres zusammenbringen, beschreiben sie doch ganz unterschiedliche Bereiche der Natur.

Die Quantentheorie sagt die Eigenschaften und das Verhalten von Teilchen auf atomarer und subatomarer Ebene voraus, sowie der Kräfte, die diese zusammenhalten, die elektromagnetische, die starke und die schwache Kraft. Sie beinhaltet jedoch nicht die Gravitationskraft, die in der Welt der Atome, Moleküle und Elementarteilchen keine Rolle spielt.
Im Gegensatz zur Quantentheorie ist die Allgemeine Relativitätstheorie eine klassische (nicht quantenphysikalische) Theorie. Sie ist eine Theorie der Gravitation, eine Theorie des Raums, der Zeit und der Kosmologie. Sie beschreibt die Dynamik der Planeten, Sterne und Galaxien sowie die Evolution des gesamten Universums.

Die Allgemeine Relativitätstheorie besitzt einen kontinuierlichen Charakter. In jedem Raumbereich lassen sich Teilbereiche beliebig kleinen Volumens definieren, und jeder Raumbereich lässt sich beliebig oft weiter unterteilen. Es sind auch beliebig kleine Energien möglich. Ganz anders sieht es in der Quantentheorie aus.
So können Energien im atomaren und subatomaren Bereich nur portionsweise, in diskreten Einheiten der Naturkonstante ħ, vorkommen. Man sagt: sie sind gequantelt.
Während die Allgemeine Relativitätstheorie zumindest im Prinzip vollständig deterministisch ist – Objekte besitzen bestimmte Orte und Geschwindigkeiten -, kann die Quantentheorie prinzipiell nur Wahrscheinlichkeiten vorhersagen.

Niels Bohr und Albert Einstein

In der Allgemeinen Relativitätstheorie erhält die Gravitation außerdem eine neue Interpretation. Sie wird nicht mehr als Kraft im herkömmlichen Sinne gemäß Newton verstanden, sondern sie ist als ein Ausdruck der Struktur der Raumzeit – in Einsteins Relativitätstheorie sind Raum und Zeit zu einer Einheit, der vierdimensionalen Raumzeit, verschmolzen – zu verstehen, als eine geometrische Eigenschaft der Raumzeit, eine Krümmung der Raumzeit.
In der Allgemeinen Relativitätstheorie ist jeder Körper eine Quelle von Raumzeitkrümmung. Große Massen oder Konzentrationen von Masse oder Energie, die Quellen der Gravitation darstellen, krümmen die Raumzeit.

Einer der wichtigsten Aspekte der Allgemeinen Relativitätstheorie ist gerade, dass die Geometrie des Raums oder der Raumzeit nicht fest ist, sondern sich dynamisch entwickelt und sich durch die Bewegung der Materie mit der Zeit verändert. Bis zu Einstein schienen die Gesetze der Euklidischen Geometrie unabänderlich zu sein.
Es schien unmöglich, dass etwa die Winkel eines Dreiecks sich nicht zu 180 Grad aufaddieren. Doch in der Allgemeinen Relativitätstheorie können die Winkel eines Dreiecks plötzlich alle möglichen Summen ergeben, da die Geometrie des Raums sich krümmen kann.

Schwarzes Loch im Zentrum
der Milchstraße

Doch wer versteht wirklich, was es mit diesen bizarren Objekten auf sich hat? Dies hängt wohl auch damit zusammen, dass der Name bereits missverständlich, wenn nicht gar irreführend ist. Bei einem schwarzen Loch handelt es sich nicht um ein Loch im eigentlichen Sinne. Ein solches Objekt ist auch nicht wirklich schwarz. Ein Schwarzes Loch zeichnet sich vielmehr dadurch aus, dass es vor allem eine substanzielle Eigenschaft besitzt, nämlich Masse, und diese ist auf einen unendlich kleinen und dichten Punkt, die Singularität, konzentriert. An der Singularität wird auch die Gravitationskraft unendlich gross. Die Anziehungskraft eines solchen Objekts ist so groß, dass alles, was in seine unmittelbare Nähe innerhalb eines bestimmten Bereichs, des sog. Ereignishorizonts, gerät, derart stark angezogen wird, dass es unwiederbringlich vom Schwarzen Loch verschlungen wird. Da auch Licht, welches diese Grenze überschreitet, nicht mehr entweichen und zum Beobachter gelangen kann, würde uns das Objekt schwarz erscheinen, wenn wir es denn beobachten könnten. Eigentlich können wir es aber überhaupt nicht sehen. Alles, was innerhalb des Horizonts eines Schwarzen Lochs liegt – also auch die Singularität -, wird für uns Menschen für alle Zeiten verborgen bleiben, so stark wir uns auch anstrengen mögen, das Objekt theoretisch zu verstehen. Und trotzdem oder gerade weil sie so geheimnisvoll sind, stellen Schwarze Löcher eine der ultimativen Herausforderungen der modernen Physik dar.

Gekrümmte Raumzeit
um ein Schwarzes Loch

So wie die meisten Physiker und Astronomen glauben, führt der Kollaps eines genügend massereichen Sterns am Ende seines Lebens, wenn all sein nukleares Brennmaterial aufgebraucht ist und kein Gegendruck mehr zur den Stern zusammenziehenden Gravitationskraft besteht, zu der Entstehung eines Schwarzen Lochs. Nach dieser Vorstellung kollabiert der Stern solange, bis alle Masse innerhalb eines unendlich kleinen und somit unendlich dichten Punkts komprimiert ist. Ähnlich wie zum Zeitpunkt des Urknalls das gesamte Universum in einem unendlich kleinen und dichten Punkt konzentriert sein soll, so kann man sich vorstellen, dass auch die gesamte Masse des Schwarzen Lochs in einem unendlich kleinen Punkt konzentriert ist. In dieser Singularität, die ein mathematisches Phänomen darstellt, steckt die gesamte Masse eines Schwarzen Lochs. Und diese stellt auch die Quelle der Gravitation eines Schwarzen Lochs dar.

Struktur eines Schwarzen Lochs

Die Grenze des Schwarzen Lochs zum restlichen Weltall stellt der Ereignishorizont dar, der die Singularität und damit das Innere des Schwarzen Lochs vor der Außenwelt verbirgt, aber nicht als Oberfläche desselben verstanden werden darf, die es nicht hat. Alles, was von außen diesen Horizont überschreitet, selbst Licht, kann das Schwarze Loch nie mehr verlassen. Dieser Ereignishorizont definiert sich über den sog. Schwarzschild-Radius benannt nach dem Astrophysiker Karl Schwarzschild, der ihre Existenz vorhersagte. Dieser Radius ist proportional zur Masse des Schwarzen Lochs. Je größer also die Masse, desto größer ist auch die Ausdehnung des Objekts. Würde man etwa die Sonne zu einem Schwarzen Loch umfunktionieren wollen mit der Masse der Sonne von 2 mal 10³⁰ kg, so müsste man diese soweit komprimieren, dass von dem ursprünglichen Radius der Sonne von 700.000 km nicht mehr viel übrig bliebe. Man erhielte ein Schwarzes Loch mit einem Radius von nur 3 km. Unsere Erde wäre dagegen vergleichsweise noch winziger. Ihr Radius würde gerade einmal 1 cm betragen.

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?