Das eindrucksvolle Universum

Was der Urknall erklärt, was nicht

JEDER Morgen ist ein Wunder. Tief im Inneren der Sonne, die man aufgehen sieht, verschmilzt Wasserstoff bei Millionen Grad zu Helium. Röntgenstrahlen und andere Gammastrahlen von unvorstellbarer Intensität treten von dem Kern der Sonne in die ihn umgebenden Hüllen aus. Wäre die Sonne transparent, würden die Strahlen in wenigen Sekunden die Sonnenoberfläche erreichen. Statt dessen prallen sie auf eines der dicht gepackten Atome nach dem anderen, die wie eine „Isolierung“ wirken, und verlieren allmählich an Energie. Tage, Wochen, Jahrhunderte verstreichen. Tausende von Jahren später sendet die Sonnenoberfläche die einst tödliche Strahlung schließlich als sanftes gelbes Licht aus — es stellt keine Bedrohung mehr dar, sondern ist darauf abgestimmt, die Erde zu wärmen.

Auch jede Nacht ist ein Wunder. Andere Sonnen in der riesigen Ausdehnung unserer Galaxis funkeln zu uns herab. Es gibt verwirrend viele Farben, Größen, unterschiedliche Temperaturen und Dichten. Bei einigen Sonnen handelt es sich um Superriesen — wäre das Zentrum eines dieser Riesen dort, wo sich unsere Sonne befindet, würde die Erde von ihm „verschluckt“ werden. Andere Sonnen, winzige weiße Zwerge, sind kleiner als die Erde, haben jedoch die gleiche Masse wie unsere Sonne. Manche ziehen Milliarden von Jahren eintönig ihre Bahn. Andere stehen in der Gefahr zu explodieren, wobei sie stark an Helligkeit zunehmen; während einer solchen Explosion werden ganze Galaxien vorübergehend buchstäblich überstrahlt.

Frühzeitliche Völker brachten das Universum mit Seeungetümen oder kämpfenden Göttern, mit Drachen, Schildkröten oder Elefanten, Lotosblüten oder träumenden Göttern in Verbindung. Später, im sogenannten Zeitalter der Aufklärung, wurden die Götter von „magischen“ Berechnungen und von den Newtonschen Gesetzen verdrängt. Heute leben wir in einer Zeit, in der alte Dichtungen und Legenden keine Bedeutung mehr haben. Die Kinder des heutigen Atomzeitalters haben als Erklärung für die Erschaffung der Welt weder alte Seeungetüme gewählt noch Newtons Modell des Sonnensystems, sondern das dominierende Symbol des 20. Jahrhunderts — die Atombombe. Ihr „Schöpfer“ ist eine Explosion. Ihren kosmischen Feuerball nennen sie Urknall.

Was der Urknall „erklärt“

Die bekannteste Version, die die heutige Generation für die Erschaffung der Welt anführt, besagt folgendes: Vor ungefähr 15 bis 20 Milliarden Jahren gab es weder ein Universum noch leeren Raum. Es gab auch keine Zeit und keine Materie — es gab lediglich einen unendlich kleinen Punkt von unendlich großer Dichte, Singularität genannt, der explodierte, wodurch das uns bekannte Universum entstand. Mit einer viel größeren Geschwindigkeit als der von Licht blähte sich das neugeborene Universum bei dieser Explosion im Frühstadium in einem winzigen Bruchteil einer Sekunde auf.

In den ersten Minuten des Urknalls fand eine Kernfusion großen Ausmaßes statt, wodurch die gegenwärtig im interstellaren Raum gemessenen Konzentrationen an Wasserstoff und Helium sowie zumindest ein Teil der Lithiumkonzentrationen erzeugt wurden. Wahrscheinlich nach 300 000 Jahren kühlte sich der universumgroße Feuerball ein wenig unter die Temperatur der Sonnenoberfläche ab; nun konnten sich Elektronen in Bahnen um Atome sammeln, und ein Photonenblitz oder Licht entstand. Diese Urstrahlung ist heute meßbar — allerdings wesentlich abgekühlt —, und zwar als Mikrowellen-Hintergrundstrahlung mit einer Temperatur von 2,7 Kelvin.a Die Entdeckung eben dieser Hintergrundstrahlung in den Jahren 1964/65 überzeugte die meisten Wissenschaftler davon, daß etwas Wahres an der Urknalltheorie sei. Das Urknallmodell erklärt angeblich auch, warum sich das Universum offenbar nach allen Richtungen ausdehnt, wieso entfernte Galaxien mit hoher Geschwindigkeit voneinander und von der Erde wegstreben.

Warum die Urknalltheorie anzweifeln, wenn sie doch so viele Erklärungen zu liefern scheint? Weil es ebenso vieles gibt, was sie nicht zu erklären weiß. Veranschaulichen wir dies: Der Astronom Ptolemäus vertrat die Theorie, daß die Sonne und die Planeten große kreisförmige Bahnen um die Erde beschreiben, wobei sie selbst einen kleinen Kreis, Epizykel genannt, ziehen. Die Theorie schien die Planetenbewegung zu erklären. In den folgenden Jahrhunderten sammelten die Astronomen mehr und mehr Daten, und die ptolemäischen Kosmologen konnten den bereits bekannten Epizykeln immer neue hinzufügen und so die neuen Erkenntnisse „erklären“. Das heißt aber nicht, daß die Theorie stimmte. Letzten Endes lagen einfach zu viele Beobachtungsdaten vor, als daß man sie mit dieser Theorie hätte erklären können, und andere Theorien, wie die des Kopernikus, gemäß der die Erde um die Sonne kreist, lieferten eine logischere und einfachere Erklärung. Heute gibt es kaum noch einen Astronomen, der für die ptolemäische Kosmologie eintritt.

Professor Fred Hoyle verglich die Bemühungen der Kosmologen, die wankende Theorie des Ptolemäus angesichts neuer Entdeckungen aufrechtzuerhalten, mit den Bestrebungen der Urknallverfechter, ihre Theorie zu retten. Hoyle schrieb in seinem Buch Das intelligente Universum: „Die Anstrengungen vieler Wissenschaftler beschränken sich darauf, Widersprüche innerhalb der Urknall-Theorie zu übertünchen und ‚Auswege‘ zu erdenken, die zu einem immer komplizierteren und schwerfälligeren Modell führten.“ Nachdem er darauf Bezug genommen hatte, daß Ptolemäus seine Theorie ganz umsonst durch die Epizykel zu retten versuchte, erklärte Hoyle weiter: „So fällt es mir nicht schwer zu sagen, daß über der Urknall-Theorie bereits das Leichentuch schwebt. Ich erwähnte bereits, daß eine Theorie, die sich einer Reihe von ihr widersprechenden Fakten gegenübersieht, kaum eine Chance des Überlebens besitzt“ (Seite 186, 187).

In der Zeitschrift New Scientist (22./29. Dezember 1990) wurden ähnliche Gedanken geäußert. Es hieß: „Die Arbeitsweise in Verbindung mit dem ptolemäischen System ... ähnelt der Arbeitsweise in Verbindung mit dem kosmischen Urknallmodell in großem Maß.“ Dann war zu lesen: „Wie läßt sich in der Elementarteilchenphysik und in der Kosmologie echter Fortschritt erzielen? ... Wir müssen die rein spekulative Natur einiger unserer liebsten Vermutungen offener eingestehen.“ Nun ist man zu neuen Beobachtungen gelangt.

Fragen, die das Urknallmodell nicht beantwortet

Ein gewichtiger Einwand gegen die Urknalltheorie wird von Beobachtern erhoben, die mit Hilfe der korrigierten Optik des Hubble-Raumteleskops die Entfernungen zu anderen Galaxien berechnen. Die neuen Daten haben den Theoretikern unter den Urknallverfechtern einen Schrecken eingejagt.

Unlängst haben die Astronomin Wendy Freedman und ihre Mitarbeiter mit dem Hubble-Raumteleskop die Entfernung einer Galaxie im Virgo-Haufen gemessen, und die Messungen lassen vermuten, daß sich das Universum schneller ausdehnt und daher jünger sein muß als bisher angenommen. Tatsächlich sprechen die neuen Daten dafür, daß „der Kosmos gerade einmal acht Milliarden Jahre alt ist“, wie in der Zeitschrift Scientific American (Juni 1995) berichtet wurde. Acht Milliarden Jahre scheinen eine sehr lange Zeit zu sein, dennoch machen sie nur etwa die Hälfte des gegenwärtig geschätzten Weltalters aus. Dadurch entsteht ein besonderes Problem, weil, wie es in dem Bericht weiter hieß, „andere Daten vermuten lassen, daß gewisse Sterne mindestens 14 Milliarden Jahre alt sind“. Sollte sich das von Wendy Freedman ermittelte Weltalter als korrekt herausstellen, müßten diese alten Sterne schon vor dem Urknall existiert haben!

Ein weiteres Problem in Verbindung mit dem Urknall ergibt sich aus den zunehmenden Beweisen für „Blasen“ im All mit einem Durchmesser von 100 Millionen Lichtjahren — an ihren Randzonen befinden sich Galaxien, das Innere ist leerer Raum. Margaret Geller, John Huchra und ihre Kollegen am Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik haben am Nordhimmel einen Galaxienhaufen mit einer Länge von etwa 500 Millionen Lichtjahren entdeckt, den sie die Große Mauer nennen. Eine weitere Gruppe Astronomen, die als die Sieben Samurai bekannt wurde, fand Anhaltspunkte für eine andere kosmische Ansammlung in der Nähe der am Südhimmel erscheinenden Sternbilder Hydra und Kentaur — sie wird Großer Attraktor genannt. Die Astronomen Marc Postman und Tod Lauer vermuten, daß jenseits des Sternbilds Orion eine noch stärkere kosmische Anziehungskraft liegt, die Hunderte von Galaxien, darunter unsere Galaxis, wie Flöße auf einer Art „kosmischem Fluß“ in jene Richtung treiben läßt.

All diese Strukturen geben Rätsel auf. Nach Aussage von Kosmologen läßt sich von der Hintergrundstrahlung, dem angeblichen Relikt des Urknalls, ableiten, daß sich bei der Urexplosion die Materie äußerst geordnet und gleichförmig verteilte. Wie aber konnten sich nach einem solch geordneten Start diese gewaltigen und komplexen Strukturen bilden? „Die neusten Entdeckungen von Mauern und Anziehungskräften lassen die Lösung des Rätsels, wie sich innerhalb von nur 15 Milliarden Jahren — dem Weltalter — dermaßen viele Strukturen formen konnten, noch weiter in die Ferne rücken“ wird in der Zeitschrift Scientific American eingeräumt. Dieses Problem wird dadurch verschlimmert, daß Wendy Freedman und andere den Kosmos für jünger halten als bisher angenommen.

„Wir übersehen ... irgendeinen grundlegenden Faktor“

Die von Margaret Geller erstellten dreidimensionalen Karten von Tausenden von Galaxien in Form von Anhäufungen, Knäueln und Blasen haben unter Wissenschaftlern zu einem ganz anderen Bild des Universums geführt. Sie behauptet nicht, daß sie versteht, was sie sieht. Die Große Mauer allein durch die Schwerkraft erklären zu können scheint unwahrscheinlich zu sein. „Ich habe oft das Gefühl, wir übersehen bei unseren Versuchen, derartige Strukturen zu erklären, irgendeinen grundlegenden Faktor“, räumte sie ein.

Margaret Geller sagte außerdem über ihre Befürchtungen: „Wir sind ganz eindeutig nicht in der Lage, die weitläufigen Strukturen mit dem Urknall in Einklang zu bringen.“ Interpretationen der kosmischen Strukturen, die auf der aktuellen Kartographie des Himmels basieren, sind alles andere als definitiv — es ist eher so, als wolle man die ganze Welt, ausgehend von einer Karte von Rhode Island, dem kleinsten Staat der USA, kartographieren. Margaret Geller erklärte außerdem: „Womöglich stellen wir eines Tages fest, daß wir die Teile unseres Bildes nicht richtig zusammengesetzt haben, und das wird so offensichtlich sein, daß wir uns fragen werden, warum wir nicht schon früher daran gedacht haben.“

Das führt zu der entscheidendsten Frage überhaupt: Was soll den Urknall ausgelöst haben? Kein Geringerer als Andrei Linde, einer der Begründer der sehr beliebten Version der inflationären Urknalltheorie, gibt offen zu, daß das Standardmodell diese grundlegende Frage nicht beantwortet. „Das erste — und wichtigste — Problem ist der Urknall selbst“, sagt er. „Wenn mit ihm Raum und Zeit ihren Anfang nahmen, wie konnte alles aus dem Nichts entstehen? Gab es vielleicht doch etwas davor? ... Eine solche anfängliche Singularität zu erklären, wie der Urknall sie darstellt, ist noch immer das widerspenstigste Problem der modernen Kosmologie.“

In einem Artikel der Zeitschrift Discover kam man kürzlich zu der Schlußfolgerung, daß „kein vernünftiger Kosmologe behaupten würde, der Urknall sei die endgültig letzte Theorie“.

Machen wir uns jetzt auf, um die Schönheit und die Geheimnisse des Sternengewölbes zu betrachten.

[Fußnote]

[Kasten auf Seite 5]

Das Lichtjahr — ein kosmisches Entfernungsmass

Das Universum ist so gewaltig, daß ein Kilometermaß zum Messen so unpraktisch wäre wie eine Mikrometerschraube zum Abmessen der Entfernung zwischen London und Tokio. Eine praktischere Maßeinheit ist das Lichtjahr — die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt, oder anders ausgedrückt etwa 9 460 000 000 000 Kilometer. Da es im Universum nichts Schnelleres als Licht gibt — in nur 1,3 Sekunden erreicht Licht den Mond, in etwa 8 Minuten die Sonne —, ist ein Lichtjahr ein wirklich enormes Entfernungsmaß.