Nach dem mir beim Ansehen einer TV-Sendung klar wurde, wie wenig zwischen Astronomie und Astrologie unterschieden wird, hier gleich eine Klarstellung, was auf dieser
Seite nicht zu finden ist:
Astrologie ist die psychisch behinderte - um nicht zu sagen hirnlose - Schwester der Astronomie. Trotzdem (oder deswegen) hat sie Unmengen von Kinder, die Astrologen. Deren einziges Produkt
wiederum ist das Horoskop und deren einzige Eigenschaft ist, nur das Beste ihrer Kunden zu wollen, nämlich ihr Geld. Es gibt nichts Unsinnigeres, als zu glauben, dass die Position der Himmelskörper zur Geburtszeit eines
Menschen (die sogenannte Nativität) dessen Leben bestimmt. Dennoch erscheinen in den meisten Zeitungen Horoskope, die offensichtlich auch vom Publikum gelesen werden. Natürlich gibt es extraterrestrische Erscheinungen,
die Einfluss auf unser Leben haben können. Z. B. die in erster Linie die Strahlung der Sonne, aber auch deren Korpuskularstrahlung (der Sonnenwind). Oder man denke an einen Einschlag größerer Materiebrocken, die
dem Leben auf der Erde durchaus ein Ende setzen können. Diese physikalisch wohlbegründeten Einflüsse sind aber nicht Gegenstand der Astrologie.
Ich will nur zwei Gründe anführen (neben vielen anderen, die es gibt),
woraus ersichtlich wird, dass Astrologie qualifizierter Humbug ist:
- Das Horoskop unterscheidet nicht zwischen eineiigen und zweieiigen Zwillingen. Beide Arten
von Zwillingen müssten also jeweils gleichen Charakter und gleiches Schicksal haben, was den Tatsachen offensichtlich widerspricht
- Bei Naturkatastrophen, Flugzeugabstürzen oder kriegerischen Auseinandersetzungen kommen manchmal tragischerweise tausende Menschen um. Sie alle hatten höchst unterschiedliche Lebenprognosen aus ihren Horoskopen
ableiten können, dennoch teilten sie das gleiche Schicksal
Nun zum eigentlichen Thema
Es gibt wohl nichts faszinierenderes, als über die Enstehung, die Entwicklung und Zukunft des Universums als Ganzes nachzudenken. Das ist Forschungsgegenstand der Kosmologie, sie
bedient sich dabei notwendigerweise der Erkenntnisse ganz unterschiedlicher wissenschaftlicher Disziplinen der Physik, der Mathematik und der Philosophie. Nirgendwo sonst in der Wissenschaft forscht man soweit am
Grenzbereich der menschlichen Erkenntnis, um so spannender sind die Ergebnisse. Nirgendwo sonst treffen Erscheinungen, die man mit “gesundem Menschverstand” nicht erfassen kann (wie die Aussagen der Quantenmechanik) auf
ganz unbegreifliche, zahlenmäßige Größenordnungen.
Um letzteres zu demonstrieren, gibt es einige Veranschaulichungen:
- Beispielsweise den “Zauberofen” in [9], der die Auswirkungen von Temperaturen zwischen dem absoluten Nullpunkt bei -273°C und der Grenze unserer jetzigen theoretischen Physik, bei etwa 10
32 Grad. Welchen Zustand die Materie ab dieser Temperatur hat, ist völlig unbekannt.
- Bekannt ist vielleicht auch der Briggs’sche Fahrstuhl aus [4], von dem es mittlerweile eine tolle Flash-animierte
Web-Version gibt:
Hier betrachtet man eine alltägliche Szene, z. B. eine Person, die am Strand liegt, aus 1 Meter (100
m) Entfernung. Anschließend entfernt man sich jeweils um eine Zehnerpotenz davon und beschreibt was man sieht. Aus 10 Metern (101
m) Höhe hat man einen Überblick über die übrigen Besucher des Seeufers. Bei 100 Metern (102 m) sieht man den ganzen Strand, bei 1000 (103
m) den ganzen See und das Umland. Fährt man immer weiter in die Höhe, erscheint das ganze Land, der Kontinent, die Erde, das Sonnensystem. Kurz nach 1016
m (ca. 40 Billionen km = 4,3 Lichtjahre) erreicht man den sonnennächsten Stern, Proxima Centauri. Vorbei an unserer Milchstraße, der lokalen Gruppe (unserem Galaxienhaufen), findet man sich bei 1026
m (ca. 1000 Milliarden Lichtjahre) schließlich an der Grenze des uns bekannten Weltalls. Niemand weiß bislang, ob und wie es weiter gehen kann.
Der Brigg’sche Fahrstuhl kann aber noch mehr.
Auch
die Fahrt nach “unten” ist möglich. Das bedeutet aber keine Reise in die Erde hinein, sondern die Benutzung es immer stärker vergrößernden Mikroskops. Wieder ausgehend von der Enfernung 1m, sieht man bei 0,1
Meter (10-1 m) nur noch die Hand des Liegenden, bei 1 cm (10-2 m) die Hautfältchen. Später werden die Zellen des Körpers sichtbar, dann die Bakterien. Daraufhin erscheinen bei 1µm (10-6
m) die Viren, nach nochmaliger, tausendfacher Vergrößerung einzelne Atome. Bei 10-18
m könnte man in diesem Gedankenexperiment die zurzeit kleinsten bekannten Materiebausteine, die Quarks, “betrachten”. Dringt man jetzt um nochmal soviele Größenordnungen in die Mikrowelt vor, so gelangt man bei etwa 10
-35
m an die Grenzen dessen, was man momentan mit einiger Sicherheit theoretisch voraussagen kann. Hier im “Raum-Zeit-Meer” erscheinen selbst einzelne Quarks so groß wie uns eine ganze Galaxis, der Raum beginnt sich aufzulösen. Ebenso wie bei den obersten Etagen von Briggs’ Fahrstuhl ist nicht bekannt, ob man das Ende der möglichen Verkleinerung erreicht hat.
Die phantastischste Reise aber steht uns bevor, wenn man sich in der Zeit vor und zurück bewegt. Von der Ursprüngen unseres Universums vor vielleicht 15 Milliarden Jahren bis in die ferne Zukunft des Weltalls
führt ein Trip. Dieser umfasst nach [9] acht Stufen vom Urknall bis heute und führt, angelehnt an [4], in eine unvorstellbar ferne Zukunft . Ein Zeitraum, der sich selbst in Potenzschreibweise kaum noch
zahlenmäßig vernünftig ausdrücken lässt. Dennoch wollen wir im nächsten Kapitel diese Reise unternehmen.
Die Reise in die Zeit: Vom Urknall bis ans Ende aller Zeiten
Starten wir zu einem Zeitpunkt, der als frühestmöglicher der heutigen Wissenschaft bekannt ist, am Punkt des “Big Bang”, des Urknalls. Nach
allem, was einigermaßen sicher aus Theorie und Beobachtung abzuleiten ist, begann die Existenz des Universums mit einer Explosion eines unendlich kleinen Punktes unendlich großer Temperatur, der sogenannten
Singularität. Man darf sich diesen Urknall nicht wie die Explosion eines Silvesterknallers vorstellen, nur ein “bisschen” doller, sondern außerhalb der Singularität gab es nichts - weder Raum noch Zeit. Die Frage nach
dem, was außerhalb der Singularität existierte, ist ebenso sinnlos wie die Frage danach, was außerhalb unseres jetzigen Universums existiert. Man kann es mit der Frage vergleichen, was sich nördlicher des Nordpols
befindet. Es gibt einfach keinen Ort, nachdem man fragen kann. Alle angegebenen Zeiten beziehen auf den Zeitpunkt des Beginns der Explosion.
- Epoche
Urknall heißt auch Urexplosion und damit Expansion, also Ausdehnung von unendlich kleinen Maßstäben. Expansion bedeutet auch Abkühlung und so unglaublich es klingt, man kann berechnen, wie lange es
dauert, bis die unendlich hohe Temperatur auf einen Wert abgesunken ist, dass die Zustände mit heutiger Physik beschreibbar sind (ca. 1032 Grad, s. oben). Dieser Zeitraum umfasst unvorstellbar kurze 10-43
Sekunden. Bei aller Fantasie fehlt eine Vergleichsmöglichkeit, um diese kurze Zeitspanne zu beschreiben. Da über diese Zeit ohnehin nichts bekannt ist, setzen wir einfach mit der nächsten Epoche fort.
Epoche, von 10-43 s bis 10-33 s
Der Kosmos ist angefüllt mit Elementarteilchen unterschiedlichster Art: Es tummeln sich sowohl Quarks, Elektronen, Neutrinos und Photonen, als auch
Gluonen (Träger der Wechselwirkung zwischen den Quarks) und die hypothetischen X-Teilchen. Die Temperatur sinkt schnell auf 1028
Grad. Am Ende dieser Zeitspanne besteht ein - winzig kleiner - zahlenmäßiger Überschuss von Quarks gegenüber von Antiquarks (1:1.000.000.000). Am Ende dieser Epoche vermutet man die sogenannte Inflation des Weltalls. Inflation des Weltalls bedeutet hier eine so schnelle Ausdehnung, dass das Wort Explosion die Zustände nur unzureichen beschreibt. Vor der Inflation hat das gesamte Weltall einen Durchmesser von 10
-28 cm (viel kleiner als ein Proton), nach nur 10-32 s hatte es einen Durchmesser von 10 cm erreicht. Die Inflation vollzieht sich also mit 1022-facher Lichtgeschwindigkeit, kann
das sein? Ja, denn das bezieht sich auf die Expansion der Raumzeit an sich. Hier liegt kein Verstoß gegen das Postulat der speziellen Relativitätstheorie vor, nach der die Lichtgeschwindigkeit die höchste
Signalgeschwindigkeit ist [15].
Epoche, von 10-33 s bis 10-6 s
Das Universum besteht aus heißem Plasma, dessen Temperatur von 1028 Grad auf 1013 Grad am Ende der Epoche absinkt.
Epoche, von 10-6 s bis 10-3 s
Die Temperatur ist niedrig genug, dass die Paarvernichtung einsetzen kann. Quarks und Antiquarks vernichten sich, wobei Photonen und weitere
Elementarteilchen entstehen. Wäre seit der 2. Epoche das Verhältnis zwischen Quarks und Antiquarks genau gleich groß, bliebe keine Materie übrig - und es gäbe heute niemanden, der sich darüber Gedanken machen
müsste. Zum Schluss dieser Epoche haben sich die verbliebenen Quarks zu uns geläufigen Elementarteilchen verbunden.
Epoche, 10-3 s bis 100 s
Für die Neutrinos wird das Universum durchsichtig, sie führen ab jetzt bis heute ihr eigenes Leben. Elektronen und Positronen vernichten sich wie oben Quarks und
Antiquarks, es bleiben so viele Elektronen übrig, dass für jedes vorhandene Proton eins existiert - die elektrische Ladung des Universums ist Null.
Epoche, 100 s bis 30 Minuten
Die Temperatur sinkt unter 100 Millionen Grad, Atomkerne entstehen. Am Ende besteht das Weltall aus etwa 3/4 Wasserstoff und 1/4 Helium.
Epoche, 30 Minuten bis 1 Million Jahre
Atome entstehen, das All wird für Licht durchsichtig. Alle Strahlung existiert nun bis heute neben der Materie. Sie verliert im Laufe der Zeit an Energie, heute
entspricht die sogenannte Reststrahlung der Strahlung eines Schwarzen Körpers mit einer Temperatur von rund 3 Kelvin.
Epoche, 1 Million Jahre bis heute (15 Milliarden Jahre)
Die vorhandene Materie kondensiert und bildet Sterne, diese wiederum gruppieren sich zu Galaxien. Die ersten Sterne haben hohe Massen, sie leben nicht
lang und beenden ihre Existenz mit einer gigantischen Supernovaexplosion. Dabei entstehen erstmals im Universum wesentliche Mengen anderer Elemente als Wasserstoff und Helium. Aus den Resten dieser Explosionen
bilden sich zusammen mit weiterem Urwasserstoff und -helium neue Sterne. Werden und Vergehen ist an der Tagesordnung, auch wenn diese immer einige Milliarde Jahre dauert. Auch unsere Sonne ensteht - als Stern
der vielleicht zweiten oder dritten Generation. In ihrer Folge bildet sich das Sonnensystem, wie wir es heute kennen, auch die Erde. Praktisch die gesamte Materie unserer Erde entstammt der “Asche” früherer
Sternexplosionen.
Wie sieht die Zukunft des Weltalls aus?
Wie es mit der Entwicklung des Universums im Großen weiter geht, hängt von der sogenannten mittleren Materiedichte im Weltall ab. Liegt sie über einem kritischen
Wert, wird sich eines fernen Tages die Expansion des Weltalls in eine Kontraktion verwandeln. Die oben beschriebene Entwicklung wird genau rückwärts verlaufen. Alles endet dann bei unendlich großen physikalischen Werten
wiederum in der unendlich kleinen Singularität. Vielleicht beginnt danach alles wieder von vorn? Leider lässt sich der Wert der tatsächliche vorhandenen mittleren Materiedichte im Weltall nur ganz grob abschätzen und
hängt zu dem von einer ganzen Reihe Annahmen ab, über deren Zulässigkeit sich die Fachwelt uneins ist. Welchen Zahlenwert die kritische Materiedichte überhaupt aufweisen muss, um zwischen ewig fortdauernder Expansion
und den Umschlag in die Kontraktion zu unterscheiden zu können, hängt ebenfalls von Unsicherheitsfaktoren ab. Allgemein spricht man der kritischen Dichte einen Zahlenwert von 5*10-30 g/cm3
zu. Die Abschätzungen für die vorhandene mittlere Dichte ergeben 10-31 g/cm3. Trifft das zu, wird sich das Weltall ewig weiter ausdehnen. Es gibt aber Anzeichen dafür, dass die tatsächliche
Materiedichte doch weit höher liegen könnte. Eine Vermutung ist, dass Neutrinos entgegen bisheriger Annahmen doch eine - winzige - Masse tragen könnten. Auf Grund ihrer riesigen Anzahl könnten sie dann erheblich zur
Gesamtmasse des Weltalls beitragen. Heute ist jedoch noch keine sichere Entscheidung zwischen den beiden Schicksalsvarianten möglich. Denkbar ist zudem noch eine dritte Variante, in der die vorhandene Materiedichte
genau der kritischen entspricht. Dann wird sich das Weltall ebenfalls unendlich lang ausdehnen, aber mit der Zeit immer langsamer, ohne jemals ganz zum Stillstand zu kommen. Das Szenario, was passiert, wenn das
Weltall ewig expandiert, wollen wir in Anlehnung an [9] und [4] kurz skizzieren: Kurz ist gut, denn gemessen am uns liegenden Zeitraum, sind die zurückliegenden 15 Milliarden Jahren nicht mal ein Wimpernschlag in
der Geschichte.
Die Sonne wird noch einige Milliarden Jahre strahlen, von der Seite droht uns keine Gefahr. Später wird sie sich aufblähen und alle inneren Planeten - wahrscheinlich auch die Erde - verschlingen. Wer
mag sich vorstellen, wie die Erde und die Menschheit zu diesem Zeitpunkt aussieht? Wird sie andere Zivilisationen im Kosmos finden? Existiert sie überhaupt noch? Auf jeden Fall sind die inneren Probleme der Menschheit
größer als die Gefahren, die ihr von außen drohen. Im Universum aber geht es weiter, ob mit oder ohne Menschheit. Es gibt noch genügend Materie im Weltall, aus der sich neue Sterne bilden können, wenn auch weniger als
heute. Das Werden und Vergehen hält vielleicht noch eine Billion (1012) Jahre an. In tausend Billiarden Jahren wird das Universum mit erloschenen Sternen angefüllt sein, die Galaxien lösen sich auf. Trotzdem
gibt es noch Objekte, die aktiv sind: die Schwarzen Löcher. Supermassive Sterne, die so eine hohe Gravitation haben, dass nicht einmal Licht ihnen entkommen kann. Aber auch ihr Leben ist begrenzt: je nach Masse auf
vielleicht 10100
Jahre. Aber auch dieser gigantische Zeitraum ist winzig gegenüber den Voraussagen der Quantenmechanik. Nach 10 hoch 10 hoch 26 Jahren zerfallen selbst die stabilsten Elemente wie Eisenatome, dann ist das Universum leer und wir im wahrsten Sinne am Ende...
Empfehlenswerte Literatur, nach Erscheinungsjahr geordnet
(Bücher eines v. Däniken oder v. Buttlar sind nur etwas für Märchenliebhaber!)
[1] Davies: Sind wir allein im Universum?, 2001, Bertelsmann-Club Taschenbuch
[2] Zimmermann/Weigert: Lexikon der Astronomie, Spektrum Akademischer Verlag, 2000
[3] Klein/Lachièze-Rey: Die Entwirrung des Universums, Klett-Cotta, 1999
[4] Matthews: Und Gott hat doch gewürfelt, Droemer Knaur, 1994
[5] Stephen W. Hawking: Eine kurze Geschichte der Zeit, Rowohlt 1991
[6] Spickermann: Urknall, Quarks, Kernfusion, Urania, 1986
[7] Nowikow: Schwarze Löcher im All, MIR/BSB B.G.Teubner, 1986
[8] Jefremow: In den Teifen des Weltalls, MIR/BSB B.G.Teubner, 1984
[9] Fritzsch: Vom Urknall zum Zerfall, Piper, 1983
[10] Nowikow: Evolution des Universums, MIR/BSB B.G.Teubner, 1982
[11] Woronzow-Weljaminow: Das Weltall, Urania, 1978
[12] Komarow: Neue unterhaltsame Astronomie, MIR/BSB B.G.Teubner, 1977
[13] Dautcourt: Was sind Quasare?, BSB B.G.Teubner, 1976
[14] Ambarzumjan: Probleme der modernen Kosmogonie, Akademie-Verlag, 1976
[15] Melcher: Relativitätstheorie, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, 1976
[16] Tomilin: Im Banne des Alls, MIR, 1974
[17] Friedemann: Das Weltall, Urania, 1969
[18] Ahnerts Kalender für Sternfreunde, Burkhardt/Schmadel (Hrsg), J.A.Barth, Jahrbuch |
