Eine kurze Geschichte von fast allem

Bauanleitung für ein Universum

Wir können uns noch so viel Mühe geben - niemals werden wir begreifen, wiewinzig, wie räumlich bescheiden ein Proton ist. Dazu ist es einfach viel zuklein.
Ein Proton ist ein letzter Baustein eines Atoms, und auch das ist natürlichkein greifbares Gebilde. Protonen sind so klein, dass ein kleiner FleckDruckerschwärze, beispielsweise der Punkt auf diesem i, ungefähr 500000000000von ihnen Platz bietet, das sind mehr als die Sekunden in einer halben MillionJahre.1 Protonen sind also, gelinde gesagt, überaus mikroskopisch.
Nun stellen wir uns vor (was wir natürlich nicht können), eines dieser Protonenwürde auf ein Milliardstel seiner normalen Grösse schrumpfen und einen sokleinen Raum einnehmen, dass ein Proton daneben riesengross wirkt. Und in diesenwinzig kleinen Raum packen wir nun ungefähr 30 Gramm Materie. Ausgezeichnet.Jetzt können wir ein Universum gründen.
Natürlich gehe ich davon aus, dass wir ein inflationäres Universum bauen wollen.Wer stattdessen das altmodische Standard-Urknalluniversum bevorzugt, brauchtzusätzliches Material. Dann müssen wir sogar alles zusammensammeln, was es gibt- jedes kleine Fitzelchen und Teilchen der Materie von hier bis zu den Rändernder Schöpfung -, und alles in einen so unendlich kompakten Punktzusammenpressen, dass er überhaupt keine Dimensionen hat. So etwas bezeichnetman als Singularität.
So oder so müssen wir uns auf einen richtig grossen Knall vorbereiten. Dabeiwürden wir uns natürlich gern an einen sicheren Ort zurückziehen und dasSchauspiel von dort aus beobachten. Leider können wir aber nirgendwo Zufluchtsuchen, denn ausserhalb der Singularität gibt es kein Wo. Wenn die Ausdehnungdes Universums beginnt, füllt sich damit keine grössere Leere. Es existiert nurein einziger Raum: der Raum, der während des Vorganges erschaffen wird.
Sich die Singularität als eine Art schwangeren Punkt vorzustellen, der in einerdunklen, grenzenlosen Leere hängt, ist zwar eine natürliche, aber auch falscheVorstellung. Es gibt weder Raum noch Dunkelheit. Um die Singularität herum istnichts. Dort existiert kein Raum, den sie einnehmen könnte, kein Ort, an demsie sich befindet. Wir können noch nicht einmal fragen, wie lange sie schondort ist - ob sie wie eine gute Idee gerade erst ins Dasein getreten ist oderob sie schon immer da war und in aller Ruhe auf den richtigen Augenblickgewartet hat. Die Zeit existiert nicht. Es gibt keine Vergangenheit, aus dersie hervortreten könnte.
Und so, aus dem Nichts, nimmt unser Universum seinen Anfang.
In einem einzigen blendenden Stoss, in einem Augenblick der Prachtentfaltung,der für jede Beschreibung mit Worten viel zu schnell und umfangreich ist, nimmtdie Singularität himmlische Dimensionen an und wird zu einem unvorstellbargrossen Raum. In der ersten, lebhaften Sekunde (und viele Kosmologen widmen ihregesamte Berufslaufbahn dem Versuch, diese Sekunde in noch dünnere Scheiben zuzerlegen) entstehen die Schwerkraft und die anderen beherrschenden Kräfte derPhysik. Nach noch nicht einmal einer Minute hat das Universum einen Durchmesservon weit mehr als einer Million Milliarden Kilometern, und es wächst schnell.Wärme ist jetzt reichlich vorhanden, zehn Milliarden Grad, genug, damit dieKernreaktionen beginnen und leichte Elemente entstehen lassen - im wesentlichenWasserstoff und Helium mit einem Schuss (ungefähr einem unter hundert MillionenAtomen) Lithium. Nach drei Minuten sind 98 Prozent aller Materie entstanden,die existiert oder jemals existieren wird. Wir haben ein Universum. Es ist einOrt der erstaunlichsten und lohnendsten Möglichkeiten, und wunderschön ist esauch. Und alles ist ungefähr in der Zeit geschehen, die man zur Zubereitungeines Sandwichs braucht.
Wann sich dieser Augenblick ereignet hat, ist noch ein wenig umstritten. DieKosmologen haben lange darüber diskutiert, ob der Augenblick der Schöpfung sichvor zehn Milliarden Jahren abspielte, oder vor doppelt so langer Zeit, oderirgendwo dazwischen. Heute bewegt man sich offenbar auf eine Einigung bei ungefähr13,7 Milliarden Jahren zu, aber die Messung solcher Dinge ist, wie wir nochsehen werden, von berüchtigter Schwierigkeit. Eigentlich kann man nur eines mitSicherheit sagen: An irgendeinem unbestimmten Punkt in der sehr weit entferntenVergangenheit kam aus unbekannten Gründen der Augenblick, der in derWissenschaft als t = 0 bezeichnet wird. Von da an waren wir unterwegs.
Natürlich wissen wir vieles noch nicht, und von dem, was wir zu wissen glauben,wussten wir vieles vor kurzem ebenfalls noch nicht, oder wir glaubten nochnicht, es zu wissen. Selbst die Vorstellung vom Urknall ist noch relativ neu.Die Idee als solche geisterte schon seit den zwanziger Jahren des 20.Jahrhunderts herum, als der belgische Priester und Gelehrte Georges Lemâitresie erstmals vorsichtig äusserte, aber in der Kosmologie spielt sie erst seitMitte der sechziger Jahre eine grössere Rolle. Damals machten zwei jungeRadioastronomen eine aussergewöhnliche, unerwartete Entdeckung.
Die beiden - sie hiessen Arno Penzias und Robert Wilson - wollten 1965 mit einergrossen Funkantenne arbeiten, die den Bell Laboratories gehörte und in Holmdel,New Jersey, stand. Dabei störte sie aber ein ständiges Hintergrundgeräusch -ein ununterbrochenes Zischen, das jede experimentelle Arbeit unmöglich machte.Es war ein erbarmungsloser, unbestimmter Lärm, der Tag und Nacht, zu allenJahreszeiten, von allen Stellen des Himmels kam. Ein Jahr lang versuchten diejungen Astronomen alles, was ihnen in den Sinn kam, um die Ursachen desGeräusches ausfindig zumachen und zu beseitigen. Sie überprüften sämtlicheelektrischen Geräte. Sie bauten Instrumente um, prüften Stromkreise, spieltenmit Kabeln herum, staubten Stecker ab. Sie kletterten in die Antennenschüsselund brachten Klebeband auf allen Schweissnähten und Nieten an. Sie klettertennoch einmal in die Schüssel, dieses Mal mit Besen und Bürsten, und schrubbtenalles ab, was sie in einem späteren Fachaufsatz als »weisses dielektrischesMaterial« bezeichneten - normalerweise nennt man es Vogelscheisse. Aber was sieauch versuchten, es nützte nichts.
Was sie nicht wussten: Nur 50 Kilometer entfernt, an der Princeton University,suchte ein Wissenschaftlerteam unter Leitung von Robert Dicke genau nach dem,was die beiden mit so viel Mühe loszuwerden versuchten. Die Forscher inPrinceton waren von einem Gedanken ausgegangen, den der in Russland geboreneAstrophysiker George Gamow schon in den vierziger Jahren geäussert hatte: Danachmusste man nur weit genug in den Weltraum blicken, dann würde man einekosmische Hintergrundstrahlung finden, die vom Urknall übrig geblieben war.Nachdem diese Strahlung die Weiten des Universums durchquert hatte, sollte sienach Gamows Berechnungen in Form von Mikrowellen auf die Erde treffen. In einemspäteren Fachaufsatz hatte er sogar ein Instrument genannt, das sich für ihrenNachweis eignete: die Bell-Antenne in Holmdel. Leider hatten weder Penzias undWilson noch irgendjemand aus der Arbeitsgruppe in Princeton diesen späterenArtikel gelesen.
Natürlich hatten Penzias und Wilson genau das Geräusch gehört, das Gamowpostuliert hatte. Sie hatten den Rand des Universums gefunden, oder zumindestden Rand seines sichtbaren Teils, der 150 Milliarden Billionen Kilometerentfernt ist. Sie »sahen« die ersten Photonen, das älteste Licht des Universums,das allerdings über Zeit und Entfernung hinweg zu Mikrowellen geworden war,genau wie Gamow es vorausgesagt hatte. Wenn wir diese Entdeckung im richtigenLicht betrachten wollen, hilft uns ein Vergleich, den Alan Guth in seinem BuchDie Geburt des Kosmos aus dem Nichts anstellte: Wenn man sich den Blick in dieTiefen des Universums als Blick vom 100. Stock des Empire State Buildingvorstellt (wobei der 100. Stock die Gegenwart und die Strasse den Augenblick desUrknalls darstellt), befanden sich die am weitesten entfernten Galaxien zurZeit von Wilsons und Penzias' Entdeckung ungefähr im 60. Stock, und die amweitesten entfernten Objekte überhaupt - die Quasare - lagen ungefähr in Höhedes 20. Geschosses. Mit ihrer Entdeckung erweiterten die beiden unsereKenntnisse über das sichtbare Universum bis auf einen Zentimeter über demBürgersteig. (...)

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Übersetzung: Sebastian Vogel