Kosmologie: Im Weltraum hört dich niemand knallen

Die kosmische Hintergrundstrahlung wird gerne als das "Echo des Urknalls" bezeichnet. Dabei ist sie weder beim Urknall entstanden noch ist sie ein Echo. Zeit für eine Klarstellung.

Artikel von Helmut Linde veröffentlicht am 6. Juli 2022, 12:00 Uhr

"Echo des Urknalls" weckt wenig wissenschaftliche Assoziationen. (Bild: Helmut Linde)

Die sogenannte kosmische Hintergrundstrahlung ist für die Wissenschaft eine der wichtigsten Informationsquellen über die Entstehung und Entwicklung des Kosmos. Die wahre Natur dieser Strahlung zu verstehen, erfordert allerdings ein wenig mentale Gymnastik - ihr Weg aus dem frühen Universum zur Erde widerspricht nämlich völlig unserer Intuition aus dem Alltag.

Dies dürfte auch dazu geführt haben, dass sich der plakative Markenname "Echo des Urknalls" für die kosmische Hintergrundstrahlung eingebürgert hat - einige Beispiele findet man hier , hier , hier , hier , hier oder hier .

Ähnlich dem berühmten Gummituch, das die Wirkung der Gravitation in der allgemeinen Relativitätstheorie veranschaulichen soll, suggeriert dieser Begriff jedoch Einfachheit und Verständlichkeit auf eine Weise, die letztlich vor allem Verwirrung stiftet (Bild 1).

Manche Assoziationen, die der Begriff "Echo des Urknalls" weckt, sind wissenschaftlich fragwürdig. (Bild: Helmut Linde) [1/4]

Im Plasma wird Licht sofort an freien Ladungen gestreut (links). Im Zuge der Abkühlung verbinden sich Protonen und Elektronen zu Wasserstoffatomen (rechts). Wasserstoffgas aus neutralen Atomen hingegen ist durchsichtig und das Licht kann sich geradlinig fortbewegen. (Bild: Helmut Linde) [2/4]

Die Grafik zeigt den Weg zweier Lichtstrahlen (orangefarben) durch Raum und Zeit aus dem frühen Universum zu uns. Man beachte, dass sich beide Lichtstrahlen stets aufeinander zubewegen. Durch die Raumexpansion vergrößert sich jedoch der Abstand zwischen ihnen zunächst (untere Hälfte und vergrößerter Ausschnitt). (Bild: Helmut Linde) [3/4]

Beim Blick an Sternen und Galaxien vorbei schauen wir in das frühe Universum zurück auf das heiße Gas 380.000 Jahre nach dem Urknall. Die undurchdringliche Wand aus Plasma ist das Äußerste, was wir mit Licht oder Radiowellen beobachten können. (Bild: Helmut Linde) [4/4]

Kein Echo des Urknalls

Das angebliche Echo des Urknalls ist nämlich weder ein Echo noch ist es direkt beim Urknall entstanden. Es handelt sich vielmehr um die Überbleibsel einer Wärmestrahlung heißen Gases, die sich erst rund 380.000 Jahre nach dem Urknall von diesem Gas entkoppelt hat. Und sie hat sich seitdem ohne jede Reflexion in gerader Linie durch den Raum auf uns zubewegt, was für ein Echo eher untypisch ist.

Aber Moment mal! Wenn diese Strahlung in jener frühen Phase des Kosmos vergleichsweise kurz nach dem Urknall entstanden ist, warum hat sie das damals noch relativ kleine Universum nicht längst verlassen? Und geht das überhaupt? Müsste sie nicht doch als eine Art Echo am Rande des Weltalls reflektiert worden sein?

Diese Fragen bringen gleich mehrere verbreitete Missverständnisse über Urknall und Kosmos zum Ausdruck: Mit Sicherheit klein war nämlich nur der beobachtbare (!) Teil des Weltalls. Außerdem kann natürlich weder Strahlung noch sonst etwas das Universum verlassen und einen Rand gibt es in den physikalischen Modellen des Kosmos auch nicht. Klären wir also, was es mit der kosmischen Hintergrundstrahlung wirklich auf sich hat.