Der Urknall: Wie unser Universum begann

Der Urknall ist die beste Erklärung dafür, wie unser Universum entstand. Vor etwa 13,8 Milliarden Jahren war alles, was wir heute sehen, auf einen winzigen, unvorstellbar heißen Punkt konzentriert. Seitdem dehnt sich der Raum aus und kühlt ab.

Was der Urknall wirklich war

Viele stellen sich den Urknall als Explosion im leeren Raum vor. Dieses Bild führt in die Irre. Mit dem Urknall begannen Raum und Zeit selbst. Es gab kein Außen, in das hinein etwas explodierte, und keinen Ort, an dem es geschah.

Kein Knall an einem Ort, sondern überall

Der Urknall fand nicht an einem Punkt statt, sondern im gesamten Raum gleichzeitig. Jeder Ort im heutigen Universum war damals Teil desselben heißen, dichten Zustands. Deshalb gibt es kein Zentrum, von dem aus sich alles entfernt.

Ein hilfreiches Bild ist ein Hefeteig mit Rosinen. Beim Aufgehen entfernen sich alle Rosinen voneinander, ohne dass eine das Zentrum wäre. Genauso wächst der Raum zwischen den Galaxien.

Der Raum dehnt sich aus, nicht die Materie hinein

Galaxien fliegen nicht durch den Raum auseinander. Vielmehr wächst der Raum zwischen ihnen. Je mehr Raum zwischen zwei Galaxien liegt, desto schneller wächst der Abstand. Dieses Verhalten erklärt auch die kosmische Inflation kurz nach dem Anfang.

Die Zeitleiste: von der ersten Sekunde bis heute

Die Geschichte des Universums lässt sich in klare Etappen gliedern. Jede dauerte unterschiedlich lang, doch zusammen ergeben sie 13,8 Milliarden Jahre.

Die erste Sekunde

In den ersten Sekundenbruchteilen war das Universum unvorstellbar heiß. In dieser Zeit entstanden die kleinsten Bausteine der Materie wie Quarks und Elektronen. Kurz darauf bildeten sich Protonen und Neutronen.

Die ersten Atomkerne

Nach wenigen Minuten war es kühl genug, dass sich Protonen und Neutronen zu einfachen Atomkernen verbanden. So entstanden vor allem Wasserstoff und Helium. Bis heute bestehen rund drei Viertel der normalen Materie aus Wasserstoff.

Das erste Licht nach 380.000 Jahren

Noch lange war das Universum undurchsichtig, weil Licht ständig an freien Teilchen abprallte. Erst nach etwa 380.000 Jahren fingen Kerne und Elektronen die ersten Atome ein. Plötzlich konnte Licht frei fliegen. Dieses Licht sehen wir heute als kosmische Hintergrundstrahlung.

Die ersten Sterne und Galaxien

Rund 200 Millionen Jahre später verdichteten sich Gaswolken so stark, dass die ersten Sterne zündeten. Ihre Strahlung beendete das kosmische Dunkel. Was davor lag, behandelt der Spoke was vor dem Urknall war.

Wie wir wissen, dass es den Urknall gab

Der Urknall ist kein Glaube, sondern die beste Erklärung für mehrere unabhängige Beobachtungen. Drei davon sind besonders stark.

Die kosmische Hintergrundstrahlung

Der wichtigste Beleg ist das älteste Licht im Universum. Es erfüllt den ganzen Himmel und hat heute eine Temperatur von 2,725 Kelvin, also fast den absoluten Nullpunkt. Die Satelliten COBE, WMAP und Planck haben es immer genauer vermessen.

Die Expansion des Raums

Edwin Hubble zeigte schon 1929, dass sich ferne Galaxien von uns entfernen. Je weiter sie entfernt sind, desto schneller bewegen sie sich weg. Rechnet man diese Bewegung zurück, lag alles einst dicht beieinander.

Die Häufigkeit der Elemente

Die gemessene Menge an Wasserstoff und Helium passt genau zu den Vorhersagen für die ersten Minuten. Kein anderes Modell erklärt dieses Verhältnis so gut. Drei unabhängige Befunde ergeben dasselbe Bild.

Was die kosmische Inflation erklärt

Direkt nach dem Anfang dehnte sich der Raum für einen winzigen Augenblick extrem schnell aus. Diese Phase heißt Inflation. Sie erklärt, warum das Universum in alle Richtungen fast gleich aussieht.

Ohne Inflation wäre das schwer verständlich, denn weit entfernte Bereiche hatten nie Kontakt. Die schnelle Ausdehnung glättete den Raum und legte zugleich winzige Dichteschwankungen an, aus denen später Galaxien wuchsen.

Dunkle Materie und Dunkle Energie

Die sichtbare Materie macht nur einen kleinen Teil des Universums aus. Etwa 95 Prozent bestehen aus Dunkler Materie und Dunkler Energie. Wir kennen ihre Wirkung, aber nicht ihre Natur.

Dunkle Materie hält Galaxien durch ihre Schwerkraft zusammen. Dunkle Energie treibt die Ausdehnung des Raums an und beschleunigt sie sogar. Beide sind offene Rätsel, die eng mit der Frage nach Information als Realität verbunden sind.

Wie schnell dehnt sich das Universum aus?

Die Ausdehnungsrate heißt Hubble-Konstante. Verschiedene Messmethoden liefern leicht unterschiedliche Werte. Diese Lücke nennen Forscher die Hubble-Spannung.

Misst man die Rate über die Hintergrundstrahlung, ergibt sich ein etwas kleinerer Wert als bei der Messung über nahe Galaxien. Vielleicht steckt darin nur ein Messfehler. Vielleicht aber auch ein Hinweis auf neue Physik.

Was war vor dem Urknall?

Diese Frage klingt einfach, ist aber tückisch. Wenn mit dem Urknall die Zeit selbst begann, gibt es vielleicht gar kein Davor. Unsere Theorien beschreiben das Universum erst ab einem winzigen Bruchteil der ersten Sekunde.

Einige Modelle schlagen dennoch ein Davor vor, etwa die ewige Inflation oder zyklische Universen. Bewiesen ist keines davon. Mehr dazu im Spoke was vor dem Urknall war.

Häufige Missverständnisse

Drei Irrtümer halten sich besonders hartnäckig. Wer sie kennt, versteht den Urknall klarer.

Erstens war der Urknall keine Explosion von Materie in einen leeren Raum. Zweitens gibt es kein Zentrum der Ausdehnung. Drittens ist das Universum nicht zwangsläufig endlich, nur weil es einen Anfang in der Zeit hatte.

Was die Forschung als Nächstes klären will

Neue Teleskope wie das James-Webb-Teleskop liefern ständig frische Daten. Sie zeigen Galaxien, die früher entstanden als gedacht, und schärfen unser Bild vom jungen Kosmos.

Die großen offenen Fragen bleiben die Natur der Dunklen Energie, die genaue Ausdehnungsrate und der allererste Moment. Genau hier treffen Schwerkraft und Quantenmechanik aufeinander, und genau hier entscheidet sich, wie vollständig wir den Anfang verstehen.