Kosmologie

Willkommen zurück. Heute wirst du in die Lehre der Kosmologie eingeführt. Das ist die Lehre, die die Entstehung bzw. den Ursprung des Universums erklärt. Auch lehrt die Kosmologie wie das Universum aufgebaut ist (z.B. welche chemische Stoffe im Universum herumschwirren), doch darauf kommen wir heute nicht zu sprechen.

Die meisten Physiker glauben an die Entstehung des Universums durch das Urknallmodell/Urknallstheorie, da diese viele kosmische Phänomene richtig beschreibt. Dies bekommst du jetzt genauer erklärt.

• Das Urknallmodell:

Unser Universum soll vor 13,8 Milliarden Jahren mit einem Knall auf einmal da gewesen sein. Was davor war, ist noch unklar. Wissenschaftler wissen, dass man wahrscheinlich nie fähig sein wird, die Entstehung des Universums komplett zu erforschen. Trotz Allem, versuchen sie den Ursprung näher zu kommen und forschen an der Urknallstheorie, auch Big Bang Theorie genannt, weiter.

Die Urknallstheorie beschreibt, dass eine immense Menge an Energie in einem unglaublich winzigen Raum vorhanden war. In einem unvorstellbar winzigem Bruchteil von Milliardstel einer Milliardstel (und so fort) von Sekunden, explodierte diese Masse, die auch Plasma zu nennen ist. Von da an expandierte, das heisst dehnte sich schnell aus, das Universum sich mit dem Raum. Es ist wichtig zu betonen, dass sich das Universum nicht in einem Raum expandierte, was aber schwer vorstellbar ist. Ich habe noch eine Skizze gemacht, die es vielleicht etwas einfacher macht, die Expansion zu erklären.

• Die Expansion des Universums:

Das Plasma war nach der Explosion vermutlich noch viel zu heiss, weshalb daraus Teilchen entstanden, die jedoch heutzutage nicht auffindbar sind. Diese Teilchen zerfielen dann in die normale und Dunkle Materie. Erst nach 380’000 Jahren verlangsamter Expansion und der Abkühlung des Universums, konnte das zuvor zu heisse Plasma Atome bilden und somit wurde das Universum durchsichtig. Gasmassen verbanden sich zu Galaxien und Sterne bildeten sich bzw. fingen an zu leuchten.

(vgl. Dirk Eidemüller, 06.12.2016, spektrum.de: Rätsel des Kosmos: Was wir über den Urknall wissen – Spektrum der Wissenschaft)

Die Theorie des expandierenden Universums wurde von Albert Einstein aufgestellt, jedoch erst von Hubble beobachtet und so bewiesen.

• Beweise:

Für den Urknall haben wir bisher zwei grundlegende Beweise: Die kosmische Hintergrundstrahlung, dass das thermische Gleichgewicht beschreibt, und die Expansion des Universums. Das thermische Gleichgewicht beschreibt die für längere Zeit konstant bleibenden Zustandsgrössen. (Hier vor allem die Temperatur und Energiedichte)

Edwin Powell Hubble entdeckte die stärkere Rotverschiebung der Spektren der verschiedenen Galaxien verglichen mit denen im Labor und konnte so 1929 die Expansion des Universums beweisen. Rotverschiebungen finden statt, wenn die Wellenlänge des Lichts sich in den roten Bereich des Spektrums begibt, also länger wird, indem sich die Lichtquelle vom Betrachter weiter entfernt. Dieses Phänomen, der immer länger werdenden Lichtwellen begründete Hubble damit, dass die Galaxien sich immer weiter von der Milchstrasse entfernen müssten. Auch stellte er die Theorie, dass die Geschwindigkeit, der sich entfernenden Galaxien, sich bei der grösser werdenden Distanz immer höher werden müsste. Die Expansion jedoch sieht man nicht von einer spezifischen Galaxie aus, sondern von jeder Galaxie. Das heisst, dass sich alle Galaxien von allen Galaxien entfernen. Mark Weimar und Dominik Mayer erklären es den Lesern vereinfacht, «Würde die Zeit rückwärts laufen, so würde sich alle Materie zusammen ziehen. Die Temperatur und die Dichte des Universums würden immer weiter ansteigen bis sich die gesamte Materie an einem Punkt von unendlicher Temperatur und Dichte vereinigen würde: Dem Urknall.» Somit erklären sie wie sich das Universum vom Zeitpunkt des Urknalls bis jetzt weiterentwickelt hat, und zwar ganz einfach und rückwärts.

(vgl. Mark Weimar & Dominik Mayer, 11.05.2002, raumfahrer.net: Der Urknall und die Expansion des Universums (raumfahrer.net))

• Was geschah vor dem Urknall?

Kurz vor dem Tod Stephen Hawkings, fragte man ihn diese Frage direkt. Er meinte dazu, dass es vor dem Urknall keine Zeit und auch sonst nichts gab. «Die Grenzbedingung des Universums ist, dass es keine Grenze hat» […] «Die Euklidische Raum-Zeit ist eine geschlossene Oberfläche ohne Ende, wie die Oberfläche der Erde. Man kann imaginäre und reale Zeit so sehen, dass sie ihren Beginn am Südpol hat. Das ist ein ebener Punkt der Raum-Zeit, an dem die normalen Gesetze der Physik bestehen. Es gibt nichts südlich vom Südpol, also existierte nichts vor dem Urknall.», so berichtete Hawking dem Reporter.

Nach dieser unglaublichen Erkenntnis von Stephen Hawking haben so manche Physiker versucht die Zeitlosigkeit wiederherzustellen, in dem man den Urknall auslässt, respektive nicht als einen Startpunkt sieht. «Man kann die Uhr bis an die Ränder dieser ersten Momente der Existenz zurückdrehen. Aber zu fragen, was davor kam, wäre, als würde man fragen, warum man weiter nach Norden laufen kann, wenn man am Nordpol angekommen ist. Die Zeit, wie wir sie definieren, verliert ihre Bedeutung, während das Universum zusammenschrumpft», so erklärt der Feltman seinen Versuch. Das heisst, dass die Zeit vor dem Urknall keine Bedeutung hatte.

(vgl. Stefanie Kemmer, 25.10.2019, businessinsider.de: Stephen Hawking hatte eine absolut erstaunliche Theorie darüber, was vor dem Urknall war – Business Insider)

• Die Zukunft unseres Universums:

Es gibt hauptsächlich zwei Theorien, wie sich unser Universum in Zukunft entwickeln wird:

Die erste Theorie ist die unendliche und immer schneller werdende Expansion des Universums. Wissenschaftler vermuten aber, dass die ganze Masse im Universum, die sichtbare sowie die unsichtbare/dunkle Materie, nicht ausreichen wird, damit sich das Universum bis in alle Ewigkeit ausdehnen kann. Dafür experimentierten einige Wissenschaftler mit einem Vakuum, worauf sie auf die geheimnisvolle Kraft, die sich die «kosmologische Konstante» nennt, gekommen. Jedoch kann es nicht bewiesen werden, dass diese Kraft tatsächlich existiert.

Die zweite Theorie beruht darauf, dass wenn die ganze Masse nicht für eine unendliche Expansion genügen würde, das Universum eines Tages zum Stillstand käme und es so zu einem Zusammensturz bzw. Endknall käme.

(vgl. diezukunftdesuniversums.pdf (dpg-physik.de)) Ich hoffe dir hat dieses Thema genauso interessiert wie mir. Im nächsten Eintrag blicken wir in die bereits erwähnten Galaxien und unser Milchstrassensystem hinein. 😊