Anfang und Ende der Welt: Urknall und Feuerwerk

Wie entstand die Welt?

Wissenschaftlich anerkannt ist heute die Theorie vom »Urknall«: Zu seinem Beginn – vor etwa 14 Milliarden Jahren – befand sich die Materie in einem Zustand nahezu unendlich hoher Dichte und Temperatur, die mit heutiger Physik kaum zu erfassen ist. Seitdem dehnt sich das Weltall aus und kühlt dabei fortwährend ab. Nach etwa 10^–35 Sekunden begannen die vier fundamentalen Kräfte aufzutreten. Es wurden Unmengen an Energie frei, wodurch sich der Kosmos blitzartig aufblähte, sein Radius wuchs dabei um das 10³⁰-bis 10⁵⁰-Fache! Dieser Prozess wird als »kosmische Inflation« bezeichnet.

Anschließend bildeten sich die Elementarteilchen (Elektronen, Quarks, …) sowie deren Antiteilchen. Noch in den ersten Minuten vereinten sich zunächst Quarks zu Protonen und Neutronen und dann diese zu Atomkernen. Erst 300 000 Jahre später aber war das All mit »nur noch« 3000 Kelvin so weit abgekühlt, dass die Atomkerne zusammen mit den Elektronen neutrale Atome bilden konnten. Diese absorbieren, anders als die elektrisch geladenen »nackten« Kerne, Licht nicht vollständig – das All wurde schlagartig »durchsichtig«.

Spätestens nach einigen Millionen Jahren hatten sich winzige Schwankungen in der zunächst praktisch gleichförmigen Materieverteilung so verstärkt, dass die ersten Sterne und Galaxien entstanden. Knapp neun Milliarden Jahre später – das heißt fünf Milliarden Jahre vor der Gegenwart – bildete sich schließlich unser Sonnensystem.

Existieren Paralleluniversen?

Möglicherweise ja. Sie könnten bereits vor dem Urknall vorhanden gewesen sein! Beim Urknall begann sich nicht nur das Universum auszudehnen – auch die Zeit selbst nahm ihren Anfang. Ein »Davor« gibt es im kosmologischen Standardmodell nicht: Über Ereignisse außerhalb von Zeit (und Raum) lässt sich wissenschaftlich keine Aussage treffen. Allerdings: Moderne kosmologische Theorien wagen es, über den Urknall hinaus zurückzublicken. So sieht man den sich seit dem Urknall aufblähenden Raumbereich nur als eine Blase in einer größeren Struktur, denkt sich den Urknall als Zusammenstoß von höherdimensionalen Objekten, über deren Eigenschaften noch nichts bekannt ist, oder spekuliert, dass unendlich viele Universen mit anderen Naturgesetzen parallel existieren.

Wird das Ende der Welt der Kältetod oder ein Feuerwerk sein?

Darauf sind prinzipiell zwei Antworten möglich: Entweder setzt sich die Expansion des Weltalls bis in alle Zeiten fort, oder sie kehrt sich eines Tages um. Falls Ersteres passiert, stirbt die Welt einen Kältetod, denn je weiter die Sternsysteme voneinander entfernt sind, um so kälter wird es. Im zweiten Fall wäre ein spektakulärer »Big Crunch«, eine allumfassende Implosion quasi als Spiegelbild des Urknalls, in ferner Zukunft zu erwarten. Dies käme in der Tat einem Feuerwerk gleich. Ein Punkt ist für das Schicksal der Welt sehr wichtig: Wie viel Masse enthält das Universum als Ganzes? Überschreitet diese nämlich einen gewissen Wert, dann reicht die Massenanziehung aus, um die Expansion zu stoppen, andernfalls nicht.

Was ist »Dunkle Materie«?

Die Frage lässt sich nicht genau beantworten. Die Existenz Dunkler Materie wurde postuliert, weil Vieles dafür spricht, dass das Universum mehr Masse enthält als sichtbar ist. Die Bewegung von einigen Spiralgalaxien und Galaxienhaufen lässt sich z. B. nur erklären, wenn man annimmt, das gesamte Universum sei mit dieser Dunklen Materie erfüllt. Diese sendet kein sichtbares Licht aus, sondern verrät sich nur über ihre Schwerkraft. Ein ähnliches Ergebnis liefern Galaxienhaufen: Auch bei diesen reicht die Masse der sichtbaren Bestandteile nicht aus, um die Bewegung der Galaxien umeinander zu erklären. Die Dunkle Materie besteht wahrscheinlich aus exotischen, noch unentdeckten Elementarteilchen, die im Standardmodell der Teilchenphysik gar nicht vorgesehen sind.

Dennoch ist sie nicht das größte Rätsel der modernen Kosmologie. Es gibt nämlich noch einen verblüffenderen Befund: Das Weltall dehnt sich nicht gleichmäßig, sondern immer schneller aus! Dies lässt sich nur mit einer weiteren, noch seltsameren Substanz erklären: der »Dunklen Energie«.

Die Dunkle Energie ist eine Eigenschaft des leeren Raums, also eine »Vakuumenergie«. Ihr Wert ist negativ, das bedeutet, dass sie alle Raumpunkte gleichmäßig auseinander treibt. Das aber könnte beim Ende der Welt von entscheidender Bedeutung sein. Der »Big Rip« ist ein Szenarium, in dem die Dunkle Energie in 22 Milliarden Jahren so stark wird, dass sie Sterne, Planeten, Steine, Moleküle und schließlich alle Teilchen zerreißt.