Folge 1

Es ist die Frage nach der Wiege allen Seins: Wie wurde das Universum geboren? Die moderne Kosmologie gibt eine verblüffende Antwort: schlagartig – quasi aus dem Nichts.

Vor der Geburt

Vor der Geburt des Universums gibt es keinen Raum, keine Ausdehnung, keine Materie. Höhe, Länge, Breite und Volumen sind nicht existent. Es tickt auch keine Uhr, es bewegt sich kein Zeitpfeil. Nichts altert, strahlt oder blitzt. Dem belgischen Priester und Physiker Georges Lemaitre zufolge soll das Einzige, was existiert, ein „schwangerer“ Punkt gewesen sein: unmessbar klein, grenzenlos heiß, unendlich massereich und außerhalb von Jenseits und Diesseits. Lemaitre nennt es ein „primordiales Atom“ (1927), er ist der erste, der die „Hypothese des Uratoms“ äußert. Allgemein spricht man heute von der Singularität.

Vom Vater des „Urknalls“

Woher aber kam dieses winzige Kontinuum? Und was hat es dazu gebracht, sich plötzlich ungeheuer auszudehnen? Verfolgt man die Entwicklung des Universums zurück bis zu dessen Anfang, bekommt die klassische Physik ein Problem: Die Krümmung der Raumzeit wird irgendwann unendlich und nähert sich dem Nullpunkt des Universums. Sowohl Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, die Raum und Zeit im Großen beschreibt, als auch die Quantenmechanik für die Welt im Kleinsten brechen an diesem Punkt zusammen. Eine Theorie besagt, dass die Singularität Überrest eines früheren, zusammengebrochenen Universums gewesen sei. Demnach wären wir Teil eines ewigen Kreislaufes, worin nach dem Prinzip eines Blasebalgs Welten entstehen und vergehen – durch Ausdehnung und Zusammensturz. Andere Physiker vermuten, dass unser Universum nur Teil größerer Universen ist – in anderen Dimensionen. Dort könnten sich ständig Urknalle ereignen. Auch ist denkbar, dass Raum und Zeit eine völlig andere Form hatten – und der „Big Bang“ nur eine Form des Übergangs war.

Die Geburt der Welt

Hätte es eine Möglichkeit gegeben, die erste Szene des ersten Aktes der Weltentstehung zu beobachten, wäre man Zeuge einer gewaltigen und sehr kurzen Ouvertüre gewesen. In einem licht- und lautlosen „Urknall“ beginnen vor geschätzten 13,7 Milliarden Jahren Raum und Zeit. In der ersten Sekunde entstehen alle beherrschenden Kräfte der Physik. Das heißt: Nach ungefähr einem Zehnmillionstel einer billonstel billionstel billionstel Sekunde gibt es die Schwerkraft. Kurz danach kommen Elektromagnetismus und die starken und schwachen Kernkräfte hinzu. Einen weiteren Augenblick später folgen Schwärme von Elementarteilchen. Nach noch nicht einmal einer Minute hat das Universum bereits einen Durchmesser von weit mehr als einer Million Milliarden Kilometer. Die Hitze – zu diesem Zeitpunkt etwa zehn Milliarden Grad – lässt Kernreaktionen beginnen und leichte Elemente entstehen: Wasserstoff, Helium und dann auch Lithium. Nach drei Minuten sind 98 Prozent aller Materie entstanden. Doch das Universum dehnt sich weiter aus. Physiker nennen dieses Modell daher auch „inflationär“.

Die Schwerkraft als Regisseur

Je weiter das Universum wächst, desto kühler wird es. Bei 3723 Grad verbinden sich freie Elektronen und Protonen zu neutralem Wasserstoff. Dann übernimmt die Gravitation eine fast romantische Regie. Sie verkuppelt und verbindet winzige Partikel, die sich vorher fremd waren. Gaswolken ziehen sich an, stoßen zusammen, kommen in Rotation. Im Tanz der Teilchen entstehen erste Galaxien. Stürzen verdichtete Gaswolken zusammen, schmelzen Atomkerne und setzen Strahlung frei. Rund 100 Millionen Jahre nach dem Urknall leuchten die ersten Sonnen. Aufgrund ihrer großen Masse und Strahlkraft ist ihr Leben kurz. Sie stürzen in sich zusammen und reißen „schwarze Löcher“.

Die Wiege der Planeten

In der Nähe der Sonnen trennen sich schwere chemische Elemente vom Gas. Durch viele Zusammenstöße dieser Staubteile wachsen große „Brocken“, die mit ihrer Masse weitere Teilchen anziehen. Diese jungen Planeten befinden sich wiederum im Bann der Sonnen und umkreisen sie auf elliptischen Bahnen in unterschiedlichen Entfernungen. Ein Planet unseres Sonnensystems bewegt sich in einem Abstand, der mit entscheidet über den Beginn des Lebens. Der Planet wird den Namen „Erde“ bekommen.

Echo des Urknalls

Was deutet daraufhin, dass es einen „Urknall“ gegeben hat? Ein wichtigstes Indiz ist die kosmische Hintergrundstrahlung. Entdeckt wurde sie 1964 - zufällig von den beiden US-amerikanischen Radioastronomen Arno Penzias und Robert W. Wilson. Bei Messungen an einer Antenne hörten sie ungewöhnliches „Rauschen“. Als Ursache wurde elektromagnetische Strahlung identifiziert. Diese gemessene Hintergrundstrahlung besteht aus Photonen. Die Temperatur und somit auch die Energie dieser Austauschteilchen muss durch die Ausdehnung des Universums seit dem Urknall gesunken sein. Ab einer Temperatur von 4.500 Kelvin nach 300.000 Jahren waren die Photonen nicht mehr energiereich genug, um Atome in Elektronen und Atomkerne zu zerlegen. Als sich die Elektronen mit den Atomkernen endgültig zu stabilen Atomen verbanden, wurde dabei Energie in Form von Photonen frei. Von diesem Zeitpunkt an konnten die Photonen sich ungehindert durch Materie ausbreiten. Das Universum wurde für sie durchsichtig.

Streckbank des Lichtes

Was spricht für die Theorie der universellen Inflation? Wenn uns Licht von Sternen erreicht, hat es bestimmte Muster. Diese Muster sind sehr charakteristisch, wie Edwin Hubble bereits 1929 entdeckt hat. Die roten Wellen sind länger als die blauen, das nennt man „Rotverschiebung“. Sie entsteht durch die Ausdehnung des Universums. Die ursprünglich „normal“ langen, vom Stern ausgesandten Wellen werden auf dem Weg zu uns durch den sich ausdehnenden Raum lang gezogen. So ist die „Rotverschiebung“ ein Beleg für die anhaltende Expansion des Universums.