Urknall
Der Urknall (englisch: Big Bang) ist eine Theorie zur Entstehung des Universums. Dieser soll sich vor 13,8 Mrd. Jahren ereignet haben. Vor dem Urknall, so die Theorie, war die Welt unendlich klein. Doch dann breitete sich das unendlich Kleine sprunghaft bzw. explosionsartig aus, wodurch Raum, Materie, Zeit und Energie erschaffen wurden. Seitdem breitet sich das Universum unendlich aus. Mit dem Urknall sind die Naturgesetze zu Raum, Zeit und Energie erschaffen wurden. Demnach findet die Physik zu diesem Zeitpunkt ihren Ursprung.
Inhalt
Kam es beim Urknall zu einer Explosion?
Eine Explosion ist ein Ereignis. Per Definition findet ein Ereignis immer zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort statt. Vor dem Urknall existierten weder Raum noch Zeit. Demnach kann auch kein Ereignis stattgefunden haben, welches einer Explosion gleicht.
Was geschah beim Urknall?
Auslöser des Urknalls war eine Zustandsänderung, wodurch das unendliche kleine Universum damit begann, sich unendlich auszudehnen. Direkt nach dem Urknall war das Universum unendlich heiß, da unendlich viel Energie freigesetzt wurde. Doch innerhalb der ersten Sekunden kühlte sich das Universum von unendlich heiß auf zehn Milliarden Grad ab.
Was geschah nach dem Urknall?
Der Urknall, welcher vor rund 14 Mrd. Jahren das Universum erschuf, wurde zur Grundlage für sämtlichen anderen Entwicklungen seitdem. Der Urknall ist demnach die Grundlage von allem, was danach geschah. Mit diesem ersten Urknall wurde die Physik geboren. Auf den Grundfesten der Physik entstanden die chemischen Elemente, welche wiederum die Grundlage für den biologischen Urknall werden sollten. Als sich die Menschheit vom Tierreich absetzte, kam es zum kulturellen Urknall – welcher ebenfalls bis heute nachhallt.
Chemischer Urknall
Etwa 300.000 Jahre nach dem eigentlichen Urknall entstanden aus der einheitlichen Materie komplexere Teilchen. Dies war nur durch die Einwirkung von Energie möglich. Zu den Urelementen gehören Wasserstoff, Lithium, Helium, sowie verschiedene Isotope auf Basis dieser drei Elemente. Dieser Zeitpunkt war der Urknall bzw. Ursprung der Chemie.
Aus jeweils einem Proton und einem Elektron entstand erstmals nur Wasserstoff. Dies ist das einfachste Element und gleichzeitig das häufigste Element im Universum. Helium und Lithium entstanden erst später.
Urknall der Sterne
Die ersten Sterne entstanden zu einem Zeitpunkt als das Universum noch ziemlich jung war. Man geht davon aus, dass dies etwa 100 Mio. Jahre nach dem eigentlichen Urknall geschah. Zu diesem Zeitpunkt gab es keine Sterne oder Galaxien. Das Universum war dunkel.
In der Epoche der kosmischen Dunkelheit kam es zu Dichteschwankungen. Denn manche Regionen hatten einfach mehr Masse als andere. Durch Gravitation zogen die massigeren Regionen immer mehr Gas an. Es bildeten sich Wasserstoff-Gaswolken, welche unter ihrer eigenen Gravitationskraft, kollabierten. In der Folge schrumpfte die Gaswolke. Jene Schrumpfung bewirkte, dass die Dichte zunahm. Gleichzeitig stieg durch die Verdichtung die Temperatur und der Druck im Inneren an.
In den Wasserstoff-Gaskugeln kamen sich die Atomkerne des Wasserstoffs, aufgrund der Verdichtung, so nahe – dass sie zu Heliumkernen verschmolzen. Dies setzte enorme Energiemengen frei, welche die ersten Sterne zum Funkeln brachte. Das Mengenverhältnis zwischen Wasserstoff und Helium im Kern einer Gaswolke betrug 3:1. An anderen Stellen der Region überstieg der Wasserstoff das Helium bei weitem.
Durch die Wasserstoff-Helium-Fusion entstand deren Leuchten. Gleichzeitig entstanden neuere Elemente, welche schwerer waren. Dazu gehören Eisen, Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff.
Diese Elemente sind wichtig für das heutige Leben auf der Erde. Aber auch der Brennvorrat der älteren Sterne ging irgendwann zu Ende. Diese verabschiedeten sich mit einer gewaltigen Explosion, welche als Supernova bezeichnet wird.
Urknall des Sonnensystems
Das Sonnensystem entstand vor etwa 4,57 Mrd. Jahren – also etwa 9 Mrd. Jahre nach dem eigentlichen Urknall.
Ausgangsmaterial für Sonne, Planeten und Sonnensystem war der Sternenstaub, welchen die sterbenden Sterne zurückließen. Dieser Staub formierte sich zu einer neuen Gas- und Staubwolke. Diese Wolke dehnte sich zuerst aus und wurde dann – genauso wie die alten Sterne – gepresst.
Das Zusammenpressen bewirkte eine Rotation der Wolke. Einzelne Atome verschmolzen im Inneren. Irgendwann wurden Helium und Wasserstoffatome zusammengepresst und im Zentrum der Wolke entstand Hitze. So entstand aus den Ausgangsmaterialien der älteren Sterne ein neuer Stern, unsere Sonne.
An den Rändern der Wolke, welche in diesem Stadium als Akkretionsscheibe bezeichnet wird, kühlte sich die Materie ab. Die Teilchen kollidierten untereinander und verbanden sich zu Planetesimale. Jene kilometerlangen Gesteinsbrocken sind die Bausteine der Protoplaneten.
Diese Planetesimale verbanden sich mit anderen Bausteinen in ihrer Umlaufbahn, wodurch die Protoplaneten entstanden. So entstand vor 4,57 Mrd. Jahren die Protoerde.
Sobald ein Protoplanet das dominierende Objekt seiner Umlaufbahn ist und alle anderen Himmelskörper auf seiner Bahn ansaugt bzw. aufnimmt, spricht man von einem Planeten. Diese Größe erreichte die Erde vor etwa 4,45 Mrd. Jahren.
Biologischer Urknall
Auf dem Planeten Erde kam es vor 3,8 Mrd. Jahren zur chemischen Evolution, welche die Vorstufe der biologischen Evolution ist. Mit der biologischen Evolution vor etwa 3,5 Mrd. Jahren begann das Leben. Die Entstehung des Lebens war der Urknall der Biologie.
Kultureller Urknall
Vor etwa 5 Mio. Jahren traten die ersten näheren Verwandten des Menschen in Erscheinung. Vor etwa 2,5 Mio. tauchen in Afrika die ersten Steinwerkzeuge auf. Genutzt wurden dies von den Urmenschen. Dies gilt als Geburtsstunde der Kultur.
Der Urknall der Kultur führt zur Kulturellen Evolution, aus der menschliche Arbeit, Arbeitsteilung, Kunst usw. hervorgeht. In der Stammesgeschichte des Menschen vollzieht sich vor etwa 120.000 Jahren ein weiterer Sprung, welcher als kognitive Evolution bezeichnet wird. Dieser Sprung bringt die Sprache beim Menschen hervor.
Die Paarung zwischen Kognition und Kultur führt letztlich dazu, dass sich der Mensch kaum noch evolutionär entwickelt, aber kulturell immer wieder Quantensprünge vollzieht. Somit beruht der Fortschritt in der Menschheitsgeschichte seit 120.000 Jahren auf den kulturell-kognitiven Urknall.
Ist der Urknall bloß eine Theorie oder doch bewiesen?
Beweisen lässt sich die Big Bang Theory durch das Beobachten von Galaxien. Schon 1929 entdeckte Edwin Powell Hubble, dass Galaxien mit zunehmender Entfernung eine wachsende Rotverschiebung in den Spektrallinien zeigen. Daraus schloss er, dass sich alle von ihn beobachteten Galaxien immer weiter von ihm entfernen.
Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass die Galaxien früher ganz dicht beieinander waren. Würde man in die Vergangenheit ganz weit zurückreisen, müsste es demnach einen Zeitpunkt geben, an dem alle Materie und jeder Raum vereinigt gewesen wären.
An diesem Punkt der Vereinigung würde dann eine unendliche Dichte vorliegen. Dieser Zeitpunkt wäre der Urknall. Und zu diesem Zeitpunkt verursacht die unendliche Dichte einen unendlichen Druck und eine unendliche Temperatur. Diese Temperatur und dieser Druck erzeugten eine unendliche Energie, welche beim Urknall freigesetzt wurden.