Die Entstehung des Universums

Die Religionen beantworten die Fragen nach dem Urgrund des Seins in allegorischen Bildern – während die Physik ihre Hypothesen in kryptischen Formeln umschreibt. Ebenso wahrscheinlich oder unwahrscheinlich wie das aktuelle kosmologische Standardmodell der Urknalltheorie sind die Schöpfungsmythen der Religionen, deren symbolhaften Bilder den Wissenschaftlern ebenso verschlossen bleiben müssen, wie die Formelsprache der Wissenschaftler den Normalsterblichen.

Es könnten allerdings auch die unterschiedlichen mythologischen Weltbilder der Urvölker als archetypische Sinnbilder durchaus Funken der Wahrheit bergen. Vermutlich hat die uranfängliche Wirklichkeit viele Facetten.

Niemand war an diesem vermuteten Anfang dabei, der die Phantasie der Kulturen schon immer zu den seltsamst anmutenden Schöpfungsgeschichten anregte.

Die Lehrsätze der Astrophysiker von heute, die erklären sollen, wie alles anfing, sind die modernen kosmologischen Mythen. Sie trauen weniger göttlichen Schöpfungsplänen oder Analogien zwischen innerem und äußerem All, sondern bauen vielmehr auf theoretische Annahmen und Hypothesen. Ihre Theorien, die eher einem unfasslichen Zufall die Entstehung des Universums und des Lebens zutrauen – als der planenden Absicht eines höchstgeistgen Schöpfers – ist das derzeit von den meisten Kosmologen akzeptierte Modell. Doch ihre Vorstellung von einem explosiven Anfang und einem implodierenden Ende des Alls ist eben auch nur eine Vermutung.

Das Alter des Universums

 

Schauen wir mit was für Problemen die Astrophysiker in ihrem Bemühen um Bestätigung ihrer Theorien der Welterklärung zu kämpfen haben.

Das Weltall habe sich von einem fiktiven Urknall an, explosiv ausgedehnt, bis es die jetzige Phase der evolutionären Entwicklung erreicht hätte. Nach jahrzehntelangem Streit darüber, wann genau das gewesen sein soll, meint man heute das Alter des Universums auf 13,7 milliarden Jahre rückdatieren zu können. Nun, hier soll es uns auf eine milliarde Jahre mehr oder weniger nicht ankommen.

Der modernen Inflationstheorie zufolge, die eine Erweiterung des Standardmodells der Expansions- bzw. Urknalltheorie ist, sei das Universum in Bruchteilen von Sekunden exponentiell expandiert. In kürzester Zeit habe es sich beim Übergang aus einem energetisch metastabilen in einen stabilen Zustand um einen gewaltigen Faktor (etwa 1050) wie ein Luftballon aufgebläht, was das Universum habe flach werden lassen. Durch die explosive Ausdehnung hätte sich der Kosmos nun in einer Phase der Abkühlung befunden, in der die sogenannte „Nukleosynthese“ ein sukzessives „Ausfrieren“ der Energie zu materiellen Strukturen zur Folge gehabt hätte.

Nur etwa eine zehntausendstel Sekunde nach Beginn dieser explosiven Ausdehnung sollen sich unter Einwirkung von Photonen freie Quarks zu einem Quark-Gluon-Plasma verbunden haben, in dem sich freie Nukleonen (Neutronen und Protonen) und Elektronen gebildet hätten. Bei einer Milliarde Grad Kelvin (etwa eine Sekunde nach dem „Big Bang“) habe die Photonen-Energie so weit abgenommen, dass sich die, durch Fusionsreaktionen erzeugten, leichten Atomkerne stabilisiert hätten. Die Folge wäre die Bildung von Wasserstoff- und Helium-Isotopen gewesen – dem Grundstoff aus dem später die Sterne entstanden seien.

Mit zunehmender Abkühlung des expandierenden Alls wären bei Temperaturen von etwa 10 Milliarden Grad K keine Elektronen-Positronen-Paare mehr erzeugt worden und der Prozess des Ausfrierens der schwachen Wechselwirkung sei somit abgeschlossen gewesen. In der inflationären Expansion wären – in einem Zeitraum zwischen einer Sekunde und drei Minuten – die ursprünglich kausal gekoppelten Bereiche auseinandergerissen und die Dichtefluktuationen der Energie zu Dichtefluktuationen der Materie geworden. Nach dieser Inflationsphase dehne das Universum sich nicht mehr inflationär, sondern bis heute evolutionär aus, wie es das „Friedmann-Modell“ beschreibt: nach einer strahlungs-dominierten Ära folge eine materiedominierte Ära. (Obwohl diese Schilderung des physikalischen Weltentstehungs-Modells zunächst nur unkritisch die bloße Lehrmeinung darstellen will, drängt sich an dieser Stelle die Frage auf: Wieso denn plötzlich der Webstuhl den Weber dominieren soll?)

Dieser Vorgang der Entkopplung von Licht und Materie habe etwa 30.000 Jahre gedauert, währenddessen sich Quarks Nukleonen gebildet und zu freien Atomkernen verbunden hätten. Unterhalb der Temperaturschwelle von 3.000 Grad K sei die Wechselwirkung der Photonen mit der Materie in weiteren 350.000 Jahren “ausgefroren”. Die Photonen-Energie habe währenddessen in chemischen Reaktionen die Bindung von Elektronen in der Elektronenhülle der Atome bewirkt. Dieserart sei zunehmend schwerere Materie entstanden, die man baryonisch nennt. Zur Teilchenklasse der Baryonen (griechisch: barys = schwer) gehören etwa die Kernteilchen Protonen und Neutronen, die den größten Teil der Masse sichtbarer Materie bilden. Durch gravitative Anziehung hätte die Dichtefluktuation der Materie dann zugenommen und die ersten Strukturen gebildet:

Freie Nukleonen (Protonen und Neutronen) und Elektronen seien unter der Einwirkung der Photonen-Energie zu Wasserstoff- und Helium-Atomen geworden. Im Folgenden habe die Gravitation aus der entstandenen Materie Gaswolken und Sterne entstehen lassen, die sich in Haufen zu Galaxien geballt hätten.

Heute, nach den kalkulierten 13,7 Milliarden Jahren, die sich das Universum bei weiterer Expansion auf eine Temperatur von -270 Grad Celsius (2.73 Kelvin) abgekühlt habe, ließe sich die Photonenenergie noch als Strahlung im Raum messen. Darauf wird gleich ausführlicher zu kommen sein.

Inzwischen ist die moderne Astro- und Teilchenphysik so weit, dass sie auf ihrer Suche nach dem Verständnis der Entstehung des Universums meint, den Urknall in Teilchenbeschleunigern experimentell simulieren zu können.

Obwohl man das Modell des inflationären Universums derzeit als Standardmodell der Kosmologie handelt, wird es jedoch von vielen Forschern hinterfragt und von manchen auch ganz in Frage gestellt. Andere Interpretationen bestätigen zwar, dass die Bildung von Materie extrem hohen Druck und extrem hohe Temperaturen voraussetze, aber bezweifeln, dass dazu ein Urknall notwendig gewesen sei.

Einige Physiker sehen die Urknalltheorie auch im Widerspruch mit dem anerkannten Kosmologischen Prinzip der Homogenität des Alls, weil es von allen Punkten des Raumes gleich aussähe und nicht wie nach einer Supernova-Explosion.

Eine andere Meinung besagt, dass es möglicherweise nicht nur eine – sondern eine Vielzahl inflationärer Expansionen gegeben habe – die jede zu einem neuen Universum geführt habe, so dass ein unendliches Geflecht ineinander geschachtelter kosmischer Räume entstanden sei: das so genannte „Multiversum“.

Aus diesem Streit der Gelehrten ist zu ersehen, dass es keine wirklich gesicherte Erkenntnis der Physik darüber gibt, wie das All entstanden ist – und noch weniger warum.

Wenn auch viele Dozenten so tun, als verkündeten sie unumstößliche Wahrheiten, so müssen ihre Überzeugungen doch letztlich Glaubensthesen bleiben.

Es kann alles auch völlig anders gewesen sein.

Plausibler als die Urknalltheorie scheint mir (nicht nur wegen des Energie-Erhaltungsgesetzes) die vedische Anschauung, die mich ein Brahmane in Indien lehrte:

 

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