Grundkonzept 3: Der Urknall

Das Licht von entfernten astronomischen Objekten verrät durch sein Farbspektrum, ob sich diese Objekte auf uns zu oder von uns weg bewegen. Messungen zeigen, dass das Licht der meisten Galaxien in den langwelligen roten Bereich verschoben ist.

Daraus kann man ableiten, dass sich die Galaxien im Universum von unserer eigenen Milchstraße entfernen - und zwar um so schneller, je größer die Distanz zu ihnen ist. Und auch die Abstände zwischen den fernen Galaxien untereinander nehmen ständig zu. Um dieses Bewegungsmuster zu veranschaulichen, werden die Galaxien manchmal mit Rosinen verglichen, die in einem aufgehenden Hefeteig verteilt sind und von diesem auseinandergedrückt werden.

Spulen wir nun diesen Film gedanklich zurück, um die Entwicklung des Universums nachzuvollziehen: Je weiter wir den heutigen Zustand in die Vergangenheit extrapolieren, um so näher kommen sich die Galaxien. Drehen wir das Rad immer weiter zurück, dann erreichen wir schließlich einen Zeitpunkt, zu dem die gesamte Materie des Weltalls auf einem sehr kleinen Raum versammelt gewesen sein muss.

Dieses Ereignis, bei dem das heute beobachtbare Universum aus einem Zustand extremer Hitze und Kompression entstanden ist, bezeichnen wir als Urknall. Aus astronomischen Daten lässt sich errechnen, dass er vor etwa 13,8 Milliarden Jahren stattgefunden hat.

Das Universum entsteht

Direkt nach dem Urknall bestand das Universum aus einem extrem heißen und dichten Gas. Wie wir aus unserer Alltagserfahrung wissen, kann Hitze dazu führen, dass kleinste Teilchen den Zusammenhalt verlieren: Dies passiert zum Beispiel, wenn Wasser beim Kochen verdampft und Wassermoleküle voneinander getrennt werden. Kurz nach dem Urknall waren die Bedingungen so extrem, dass keine Atome oder gar Moleküle existieren konnten, ohne sofort in Elektronen und andere Elementarteilchen zerrissen zu werden. Ein solches Gas aus elektrisch geladenen Teilchen bezeichnen Physiker als Plasma.

Aufgrund der Expansion des Raumes (siehe unten) konnte sich dieses Plasma zunehmend räumlich ausdehnen, obwohl es von Anfang an das gesamte Volumen des Weltalls ausfüllte. Durch seine Expansion kühlte das Plasma ab, so dass sich Atome - vor allem Wasserstoff und Helium - bilden konnten. Durch die Wirkung der Schwerkraft sammelte sich dieses Gas mit der Zeit an manchen Stellen zu Klumpen, aus denen sich dann die ersten Sterne und Galaxien entwickelten.

Die ältesten Galaxien, die wir heute beobachten können, haben sich schon einige Hundert Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet und sind damit über 13 Milliarden Jahre alt. Rekordhalter ist eine Galaxie mit dem wenig poetischen Namen GN-z11, deren Entdeckung durch das Hubble-Weltraumteleskop im Jahr 2016 bekannt gegeben wurde und die bereits 400 Millionen Jahre nach dem Urknall existierte.

Gemäß unserem Grundkonzept 1 - dem Blick in die Vergangenheit - müssten wir nun also davon ausgehen, dass diese Galaxie schon damals, 400 Millionen Jahre nach dem Urknall, über 13 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt war. Doch dies wäre ein schwerer Irrtum! Denn hier kommt die Expansion des Raumes ins Spiel.