Hat es beim Urknall geknallt und was war eigentlich davor?

Wenn wir den Begriff „Urknall" hören, denken wir unweigerlich an eine Explosion mit lautem Knall und viel freiwerdender Energie, und an eine Schallwelle, die sich danach im Universum ausbreitet. Doch dieses Bild ist falsch. Das Universum war vor 13,8 Milliarden Jahren in einem unheimlich dichten und kleinen Zustand. Etwa so als wären sämtliche heute bekannten Galaxien auf die Größe einer Orange zusammengepresst.

Beim Urknall, wie wir ihn als Physiker verstehen, hat sich dieses komprimierte Universum schlagartig ausgedehnt - und zwar nicht von einem Punkt ausgehend, sondern von unendlich vielen. Vielleicht lässt es sich mit dem Bild eines Hefeteigs beschreiben, der gleichzeitig in alle Richtungen aufquillt. Mit einem entscheidenden Unterschied: Das Universum hat keinen Rand und dehnte sich nicht in einen Raum hinein aus. Denn diesen gibt es nicht. Anders ausgedrückt: Der Raum selbst dehnt sich aus, aber in ein physikalisch-unbeschreibbares Nichts hinein. An dieser Stelle stoßen wir an die Grenzen der menschlichen Vorstellungskraft. Das geht übrigens nicht nur Laien so, sondern manchmal auch uns Forschenden.

Ein Echo des Urknalls

Noch ein Satz zum Knall: Ein Knall war unter diesen Bedingungen gar nicht möglich. Es gab zu diesem Zeitpunkt keine Luft, über die sich ein akustisches Geräusch hätte verbreiten können. In den ersten Sekunden des Urknalls herrschte vielmehr Hitze jenseits unserer Vorstellungskraft. Erst beim Auslaufen der ersten Ausdehnungsphase, wenige Minuten nach dem eigentlichen Urknall entstanden heute bekannte chemische Elemente wie Wasserstoff und Helium.

Solche Details kennen wir dank hochauflösender Weltraumteleskope wie dem James Webb Teleskop. Mit ihnen können wir bis zu den Anfängen des Universums zurückblicken und uns ein Bild vom Urknall machen. Außerdem können wir immer noch die Restwärme des Urknalls messen, und zwar in Form des sogenannten Kosmischen Mikrowellenhintergrunds. Diese Wärmestrahlung wurde ungefähr 380.000 Jahre nach dem Urknall freigesetzt und ist so etwas wie sein Echo. Inzwischen ist sie stark abgekühlt und liegt nur knapp drei Grad über dem absoluten Nullpunkt. Trotzdem hilft sie uns dabei zu berechnen, wie viel Energie und Hitze beim Urknall freigesetzt wurde.

Außerdem haben wir Sterne entdeckt, die über 13 Milliarden Jahre alt sind. Dank dieser ältesten Himmelskörper bekommen wir einen Eindruck vom Anfang des Universums. Die Galaxien waren zum Beispiel noch deutlich kleiner und nicht so wunderschön verästelt wie heute. Auch die Ausdehnung des Universums lässt sich beschreiben. Anfangs war sie noch ziemlich schnell. Die Schwerkraft der Himmelskörper bremste sie mit der Zeit aus, gestoppt ist die Ausdehnung bis heute nicht. Dank solcher Daten lassen sich viele Parameter des Urknalls berechnen und beschreiben - egal wie abstrakt uns das Ereignis erscheinen mag.

Protokoll: Birk Grüling

Deutlich schwieriger ist die Frage nach einem Davor. Sie setzt die Existenz von Raum und Zeit voraus. Aber genau das beginnt in der Physik erst mit dem Urknall. Er ist der Ausgangspunkt unserer Realität und damit kann es auch kein Davor geben. Auch die Frage nach einem Auslöser für den Urknall können wir nicht befriedend beantworten. Es gibt dazu einige Theorien, die zugegebenermaßen so abstrakt sind, dass sie selbst von vielen Forschenden kaum vollends durchdrungen werden.

Es geht um multidimensionale Quantenobjekte, die kollidiert sein könnten und so den Urknall auslösten. Solche Theorien basieren auf komplexen und sehr theoretischen mathematischen Berechnungen und Gedankenspielen. Durch handfeste Daten lassen sie sich aber noch nicht belegen. Zum Beispiel besagt eine dieser Theorien, dass nicht nur ein Universum entstanden sein könnte, sondern gleich mehrere, mit denen wir aber in keinem kausalen Kontakt stehen. Das klingt so nach Science-Fiction, dass selbst Marvel die Multiversum-Idee in seinen Superheldencomics aufgegriffen hat.

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