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Wie ist das Weltall entstanden?

29. März 2022

  • D Naturwissenschaften und Mathematik
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Quelle: Russ Seidl “Alone in Space” via Flickr

Jeden Abend, wenn die Dämmerung einsetzt, die Wolken sich verziehen und ein sternenklarer Himmel erscheint, können wir einen Blick in die nahezu unendlichen Weiten des Weltalls werfen. Schon mit dem bloßen Auge können wir tausende Sterne am Nachthimmel sehen. Noch viel mehr sind es, wenn wir mit Teleskopen ins Weltall schauen. Aber wie alt sind diese Sterne? Wie sind sie – und wie ist das Weltall entstanden?

Quelle: NASA

Die beste Erklärung für die Entstehung des Universums liefert die Theorie vom Urknall. Sie besagt, dass das Universum zu Beginn, vor unvorstellbaren 13.8 Milliarden Jahren, ein winzig kleiner heißer Punkt war, der sich nach einer riesigen Explosion, dem Urknall, extrem schnell ausgedehnt hat, und dabei abkühlte. Spuren dieser extremen Hitze, die in der Zwischenzeit durch die Ausdehnung des Weltalls stark nachgelassen hat, kann man heute noch messen. Forschende nennen das die kosmische Hintergrundstrahlung. Sie unterstreicht die Theorie des Urknalls.  

Ein weiterer konkreter Anhaltspunkt für die Urknalltheorie ist, dass wir immer noch beobachten können, wie sich das Universum ausdehnt. Ähnlich wie Rosinen in einem aufgehenden Hefeteig bewegen sich Galaxien im Universum voneinander weg. 

Diese Indizien helfen uns zu erklären, was sich in dem Zeitraum von ungefähr 300 Millionen Jahren nach dem Urknall bis heute abgespielt hat, also wie sich die unvorstellbar kleinen Elementarteilchen zu Elementen und schließlich im Laufe der Zeit zu Sternen, Planeten und Galaxien entwickelt haben. Aber darüber, was sich am Zeitpunkt 0 und ganz kurz nach dem Urknall abgespielt hat, rätseln Physikerinnen und Physiker bis heute. Es ist eine der großen Fragen unserer Zeit, die viele kluge Köpfe beschäftigt.

Eine Theorie, erklärt die Physikerin Prof. Dr. Astrid Eichhorn, ist die des „Großen Rückpralls”. Spulen wir also mal kurz im Schnelldurchgang zurück: Wir sehen im Zeitraffer Großraumbüros, Bäume, Kühe, Autobahnen, Dinosaurier, und schließlich Sterne und Galaxien an uns vorbeifliegen. Am Urknall angekommen, werden wir langsamer und sehen, dass das Universum beim Weiterspulen nicht in einem Punkt verbleibt, sondern sich wieder ausdehnt! Die Theorie des „Großen Rückpralls” geht davon aus, dass vor unserem ein weiteres Universum existiert hat, welches sich über lange Zeit zu dem kleinen heißen Punkt zusammenzog, in dem sich genügend Druck aufbaute, was dann den Urknall auslöste. 

Ein weiterer Erklärungsansatz besagt, dass es vor unserem Universum ein „Nichts” gab, und die Entstehung des Universums in einer zufälligen Schwankung in der Energie des Nichts begründet ist. Diese sogenannten Quantenfluktuationen lassen aus dem Nichts Teilchen und Anti-Teilchen entstehen, die kurz darauf wieder zerfallen. Dabei konnten zufällig die Teilchen kurz die Oberhand über die Anti-Teilchen gewinnen, und so war die Bahn frei für die Entstehung des Universums. Sich dieses Nichts vorzustellen fällt schwer. Sogar Expertinnen und Experten gelingt das nicht ohne weiteres, sagt Prof. Dr. Eichhorn. 

Bei ihren Überlegungen zu den Ursprüngen des Universums benutzen Physikerinnen und Physiker eine hochspezialisierte Sprache: die Mathematik. Mit deren Hilfe können Theorien über das Universum in Gleichungen aufgeschrieben werden. Die Theorien können mit Computern getestet werden und nach deren Hinweisen kann man in unserem heutigen Universum suchen. Noch gibt es die perfekte Gleichung nicht, weil selbst die besten Theorien an diesem frühen Punkt der Entstehung unseres Universums zusammenbrechen. Aber das ist es schließlich, was diese Arbeit so spannend macht, sagt Prof. Dr. Eichhorn – dass es noch so unglaublich viel zu entdecken gibt!

Um noch tiefer in das All zu blicken haben Forscherinnen und Forscher nun ein neues Weltraumteleskop auf die Reise geschickt. Mit dem James-Webb-Space-Teleskop können wir aufgrund modernster Technologien noch mehr über den Ursprung des Universums erfahren. Es ist tief ins Weltall gereist, um mit Hilfe einer Art großen Spiegels Bilder von uralten Galaxien und Objekten zu machen und so wertvolle Indizien vom Anbeginn der Zeit zu liefern.

Bis wir aber alle Geheimnisse des Universums gelüftet haben, lohnt es sich immer mal wieder in den Nachthimmel zu blicken und sich daran zu erinnern, sagt Frau Prof. Dr. Eichhorn, dass da ganz viel Spannendes auf uns wartet.”

Das James-Webb-Space-Teleskop in 3D. Weitere spannende Informationen zum Teleskop kann man bei Spektrum entdecken. Quelle: NASA

Bei der Beantwortung der Frage hat uns Prof. Dr. Astrid Eichhorn unterstützt. Sie forscht an der University of Southern Denmark zur theoretischen Hochenergiephysik und Quantengravitation. Sie ist außerdem die Sprecherin der Jungen Akademie (2021/ 2022) und macht sich Gedanken zur Nachhaltigkeit in der Wissenschaft.

Redaktion: Anna Henschel

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