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Urknall: Universum beginnt - mit einer irreführenden Bezeichnung

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BIG BANG THEORY
Der Urknall soll den Beginn unseres Universums bezeichnen | ALFRED PASIEKA/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images
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  • "Urknall" bezeichnet eigentlich ein erstes Geräusch - eine missverständliche Bezeichnung
  • Wir erklären euch die theoretischen Grundlagen hinter dem "Big Bang"
  • Und es gibt auch Beweise, die die Theorie bestätigen

Der Urknall ist der Anfang von allem, was uns bekannt ist. Was man sich darunter vorzustellen hat, führt tief hinein in theoretische Grundannahmen der Physik und Astronomie.

Am Anfang steht ein großer Knall

Betrachtet man den Begriff Urknall, setzt er sich aus zwei Teilen zusammen. Der Präfix "ur" hat bei Adjektiven zumeist eine verstärkende Bedeutung, zum Beispiel urkomisch oder uralt.

In Verbindung mit Substantiven kennzeichnet es etwas als Erstes, beispielsweise Uraufführung oder Urdruck. In Verbindung mit dem Wort Knall, wäre also ein erstes, lautes akustisches Geräusch zu verstehen. Insofern führt der Begriff eventuell zu Missverständnissen.

Denn physikalisch versteht man unter dem Urknall, den Beginn des Universums aus einem vorherigen Zustand der Singularität. Aus diesem unendlich dichten, heißen und kleinen Zustand entstehen Raum, Materie und Zeit zugleich. Da es also keinen Raum in unserem Sinne gegeben hat, kann es auch keine akustischen Schallwellen gegeben haben, geschweige denn jemanden, der diese hätte wahrnehmen können.

Knall scheint demnach nicht unbedingt den Kern dieses Prozesses widerzuspiegeln. Das vermag nicht zu wundern, wurde doch der Begriff Urknall von einem Gegner dieser Theorie eingeführt.

Der britische Astronom Fred Hoyle führte den Begriff big bang ein, um durch diese Wortwahl die Urknalltheorie lächerlich erscheinen zu lassen. Er selbst war nämlich Vertreter der konkurrierenden Steady-State-Theorie. Alternativ zur Urknalltheorie geht man in dieser zwar auch von einer Ausdehnung des Universums aus, doch solle sich dabei die Dichte nicht verändert haben.

Da der von Hoyle geprägte Ausdruck aber griffiger ist, als beispielsweise die trefflichere Bezeichnung Erste Ausdehnung hat er sich in der Wissenschaft etabliert.

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Das ist die theoretische Basis für den Urknall

Um die Entstehung unseres Universums mit dem Urknall zu erklären, sind zwei Grundannahmen die Voraussetzung: die Universalität der Naturgesetze und das kosmologische Prinzip. Bisher bestätigen die Beobachtungen, dass die Naturgesetze universell gelten. Zum Beispiel Newtons Gravitationsgesetz oder die Ausbreitung von Licht mit universeller Geschwindigkeit im Vakuum.

Aus dieser Universalität lässt sich die Entstehung des Universums durch die Allgemeine Relativitätstheorie erklären und die darin ablaufenden Prozesse mit der Quantenfeldtheorie. Das Problem dabei ist, dass Theorien versuchen unterschiedliche Gesetze einheitlich und widerspruchsfrei zusammenzufassen.

Relativitäts- und Quantenfeldtheorie sind allerdings nicht vereinbar. Während die Relativitätstheorie Raum und Zeit beschreibt, beschäftigt sich die Quantenmechanik mit den kleinsten Materieeinheiten der Wirklichkeit. Da Quanteneffekte erst bei einer großen Materiedichte und Raumzeitkrümmung relevant werden und diese im frühen Stadium des Universums nicht gegeben war, ist derzeit eine Beschreibung dieser frühen Zeit physikalisch nicht eindeutig möglich.

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Der Begriff Urknall kann als der Entstehungspunkt und das frühe Stadium von mehr als einer Planck-Zeit verstanden werden. Die zweite Voraussetzung ist das kosmologische Prinzip. Darunter versteht man zwei naturwissenschaftliche Grundannahmen über das Universum:
  • Zum einen sei das Weltall homogen, das heißt es stellt sich dem Beobachter an jedem Punkt immer gleich dar.
  • Zum anderen ist es isotrop, das heißt es stellt sich unabhängig der Beobachtungsrichtung immer gleich dar.

Das sind die Zeugen für den Urknall

Warum sollte man diese beiden Grundannahmen vertreten und von einem Urknall ausgehen? Im "Lexikon der Astronomie" hat Andreas Müller fünf Zeugen des Urknalls aufgeführt.

Namentlich handelt es sich bei diesen Zeugen um die Galaxienbewegungen, die kosmische Hintergrundstrahlung, weit entfernte Sternenexplosionen, die Häufigkeit der primordialen Elemente im Kosmos und die Verteilung und Anzahl der Galaxien.

Das klassische Urknall-Modell steht vor dem Problem, dass es eigentlich alles erklärt, was nach diesem Urknall passiert. Verstanden als Singularität, kann es keine erste Erklärung des Urknalls selbst geben.

Als Ergänzung der Urknalltheorie gibt es deswegen das kosmologische Modell des Zyklischen Universums. In Anlehnung an den Weltenbrand in der stoischen Lehre wird es auch Ekpyrotisches Szenario genannt. Die Antwort auf die Frage nach dem Anfang von Allem, wäre dann ein dynamisches System. Was allerdings der Anfang dieser Dynamik sein soll, bliebe dennoch ungeklärt.

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(cho)