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Urknall

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Urknall

In Science-Fiction Filmen und Serien, wie Star Trek, reisen die Hauptcharaktere hauptsächlich durch das Weltall. In anderen Serien, wie Doctor Who, reisen sie sogar gleichzeitig durch Raum und Zeit. Dabei wird oft darüber gesprochen, wie das Universum seinen Anfang gefunden hat oder wie es enden wird. In moderneren Filmen von Marvel, wie Thor: Love and Thunder, wird sogar davon gesprochen, was vor der Entstehung des Universums gewesen ist.

In der Realität sind die Menschen nicht mal annähernd so weit, um das Weltall zu bereisen. Den Mond haben sie zwar schon erobert, der Mars benötigt jedoch noch etwas mehr Zeit. Dennoch wurden die ersten Theorien darüber, wie das Universum entstanden sein soll, schon 1940 entwickelt. Welche Erklärungen haben die Menschen gefunden, um den Anfang von allem zu erklären?

Urknalltheorie

Einen eindeutigen Beweis, wie das Universum entstanden ist, gibt es auch heute noch nicht. Das heißt auch, dass die Urknalltheorie, oder auch „Big Bang Theorie“, nicht endgültig sein muss. Sie kann mit neuen Erkenntnissen erweitert oder sogar entkräftet werden. Es ist ebenfalls möglich, dass sie eines Tages von einer anderen Theorie abgelöst werden wird. Sie ist dennoch zur heutigen Zeit die weit verbreitetste Theorie.

Die Urknalltheorie erklärt den Anfang der Zeit, des Raumes und der Materie. Damit beschäftigt sich die Kosmologie, ein Teil der Astronomie. Das Konzept der Urknalltheorie beruht auf Einsteins Relativitätstheorie. Diese besagt, dass sich Energie und Materie ineinander umwandeln lassen. Das kann heute simuliert werden.

Um Energie in Materie umzuwandeln, werden Teilchen in sogenannten Teilchenbeschleunigern auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Dabei erhalten die Teilchen eine extrem hohe Energiemenge. Bei einem Aufprall mit einem anderen Teilchen wird die Energie freigesetzt. Dabei kann sich die frei gewordene Energie auch in Materie umwandeln.

In der Erklärung Ein neuer Energiebegriff: E=mc² erfährst Du mehr über den Zusammenhang von Energie und Materie.

Das Problem bei dieser Annahme ist, dass vor dem Urknall jedoch keine Zeit, kein Raum und vor allem keine Materie, also auch keine Teilchen zum Beschleunigen existierten. Für die Menschen ist so ein „Nichts“ kaum vorstellbar. Entsprechend haben Wissenschaftler*innen auch keine Erklärung dafür, was vor dem Urknall war. Sie können darüber höchstens spekulieren. Aber was ist der Urknall eigentlich?

Urknall Definition

Am Anfang bildet sich im „Nichts“ ein winzig kleiner und unendlich dichter und heißer Ort. Solch einen Ort nennst Du Singularität.

Der Urknall beschreibt den Anfang von Raum, Zeit und Materie. Sie entstanden gemeinsam aus einer Singularität heraus, dem Uratom.

Der Urknall wird oft fälschlicherweise als eine Art Explosion angesehen. Tatsächlich beschreibt sie aber nur den zeitlichen Anfang der Urknalltheorie, wie beschrieben.

Du kannst Dir das Uratom auch als einen winzig kleinen Kern vorstellen, in dem die ganze Materie des Universums steckt. Es wird vermutet, dass das Uratom eine Größe von 10-35 Metern hatte. Zum Vergleich: Ein Atom hat etwa die Größe von 0,1 bis 0,5 Nanometern.

Ein Nanometer entsprechen 10-9 Meter.

Wie entwickelte sich das Universum nach dem Urknall?

Urknall Zeitstrahl

Die Gravitation setzt nach 10-40 Sekunden nach dem Urknall ein. Dadurch entsteht die klassische Raumzeit. In welcher Form Materie und Energie vorliegen, ist aufgrund der unendlich hohen Temperatur ungewiss.

Wenn Du mehr zur Gravitation erfahren willst, schaue am besten in der gleichnamigen Erklärung rein. Die Raumzeit ist ein Konstrukt aus der Relativitätstheorie. Zu dieser findest Du ebenfalls eine eigene Erklärung: die Spezielle Relativitätstheorie.

Das Uratom breitet sich anschließend, nach Bruchteilen einer Sekunde, plötzlich gleichmäßig und exponentiell aus. Das bezeichnest Du als die Inflation.

Gleichzeitig kühlt sich das Universum, während es sich ausbreitet, stetig ab. Die Inflation ist schon nach 10-32 Sekunden, nach dem Urknall, vorbei. Wissenschaftler*innen haben bis heute noch keine Erklärung für diese Expansion gefunden.

Nach der Inflation breitet sich das Universum nur noch sehr viel langsamer aus. Weiterhin ist die Temperatur auf etwa eine Billion Kelvin gesunken. Jetzt bilden sich die ersten Materieteilchen. Hierbei handelt es sich um die Elementarteilchen: die Quarks und Gluonen. Weiterhin entstehen hochenergetische Photonen.

Wenn Du wissen willst, welche Elementarteilchen existieren, dann besuche die gleichnamige Erklärung dazu. Eigene Erklärungen zu Quarks, Gluonen, Photonen und weiteren Elementarteilchen existieren ebenfalls.

Ungefähr eine Mikrosekunde nach dem Urknall ist das Universum auf etwa zehn Milliarden Kelvin abgekühlt. Somit ist es „kaltgenug, damit sich Protonen und Neutronen aus den Quarks formen können. Zusätzlich bilden sich weitere Elementarteilchen und die Elektronen.

Danach bilden sich die ersten Atomkerne, die Kernfusion beginnt. Protonen und Neutronen kombinieren sich hauptsächlich zu Wasserstoffkernen und zu wenigen Heliumkernen. Hierbei sprichst Du aber noch nicht von Atomen. Die Elektronen können sich nämlich noch nicht mit den Kernen verbinden. Dafür ist die Temperatur viel zu hoch.

Wie Atomkerne aussehen und für mehr Informationen zur Kernfusion, besuche die gleichnamigen Erklärungen.

Wenn sich das Universum auf eine Milliarde Kelvin abgekühlt hat, entstehen kaum noch weitere Kerne. Die Kernfusion stoppt. Seit dem Urknall sind bis hierhin insgesamt drei Minuten vergangen.

In Abbildung 1 siehst Du eine komprimierte Version der Urknalltheorie. Die einzelnen beschriebenen und folgenden Etappen wurden zeitlich gekennzeichnet. Wie Du erkennen kannst, existierte die Singularität bei 0 Sekunden für einen winzigen Augenblick bis es sich ausdehnte.

Nach der Kernfusion von Elementen herrschte im Universum für etwa 380.000 Jahre Ruhe. In der Zeit kühlte sich das Universum auf etwa 3.000 Kelvin ab. Jetzt ist das Universum kalt genug, sodass sich die ersten neutralen Atome bilden können. Dazu verbinden sich die zuvor entstandenen Kerne mit den freien Elektronen.

Die Elektronen gleichen hierbei die positive Ladung der Atomkerne aus. Die Atome sind somit nach außen hin neutral.

Die Elementverteilung liegt hierbei bei etwa 80 % Wasserstoff und 20 % Helium. Außerdem sind vernachlässigbare Mengen an Lithium und Beryllium vorhanden.

Licht existierte schon als sich die ersten hochenergetischen Photonen bildeten. Dennoch war das Universum in diesem Zustand undurchsichtig. Der Grund dafür war, dass das Licht durchgehend mit den vorhandenen geladenen Teilchen interagierte. Es wurde reflektiert, absorbiert und wieder emittiert. Mit der Bindung der Elektronen an die Atomkerne ändert sich dieser Sachverhalt.

Das Licht kollidiert nun nicht mehr ständig mit den geladenen Teilchen und kann sich frei im Raum bewegen. Dadurch wird das Universum transparent.

Außerdem wurde durch den Zusammenschluss von den Elektronen mit den Atomkernen Energie frei. Diese Energie ist noch heute als Mikrowellenstrahlung messbar.

Die messbare Mikrowellenstrahlung ist als kosmische Hintergrundstrahlung bekannt. Die Hintergrundstrahlung ist isotrop, also richtungsunabhängig. Sie breitet sich folglich ungerichtet in alle Richtungen aus.

Auch wenn das Universum jetzt transparent ist, existieren keine Lichtquellen, also keine Sterne. Somit bleibt es in diesem Zustand zunächst dunkel. Der Zeitraum ab diesem Zeitpunkt, bis die ersten Sterne entstehen, wird dunkles Zeitalter genannt.

Es dauert 180 Millionen Jahre, bis sich die ersten Sterne bilden. Ab jetzt ist die, durch die Sterne, angeleuchtete Materie des Universums sichtbar. Mit der Entstehung der ersten Sterne können weiterhin die restlichen Elemente gebildet werden.

Wie die restlichen Elemente in den Sternen gebildet werden, erfährst Du in der Erklärung zur Sternentwicklung.

Wie lässt sich nun die Entstehung des Sonnensystems und der Erde in diesen Zeitverlauf einordnen?

Entstehung der Erde Urknall

Das Alter der Milchstraße wird auf etwa 13,6 Milliarden Jahre geschätzt. Sie ist also fast so alt wie das Universum selbst. Die Sonne entstand jedoch erst 9 Milliarden Jahre später. Sie ist heute also etwa 4,6 Milliarden Jahre alt.

In der Erklärung zu Sternen und zur Sternentwicklung erfährst Du, wie die Sonne, sowie auch andere Sterne entstanden sind.

Die Erde lässt weitere 60 Millionen Jahre auf sich warten. Sie entstand also 9,26 Milliarden Jahre nach dem Urknall und ist somit heute etwa 4,54 Milliarden Jahre alt. Das erste Leben auf der Erde entstand vor etwa 3,5 Milliarden Jahren in Form von Bakterien.

Die Urknalltheorie ist heute nicht ohne Grund die weit verbreitetste Erklärung für die Entstehung des Universums. Dafür haben Wissenschaftler wichtige Beobachtungen gemacht, die diese Theorie stützen. Was spricht also für die Urknalltheorie?

Urknall bewiesen

Die Urknalltheorie kann viele Beobachtungen der Wissenschaftler*innen erklären. Die folgenden drei Aspekte sind in diesem Kontext am signifikantesten.

Urknall Galaxienflucht

Nach der Urknalltheorie soll sich das Universum stets ausdehnen. Anzeichen dafür haben die Physiker Willem de Sitter und später Aleksander Friedmann, zwischen 1922 und 1924, entdeckt. Sie untersuchten dafür die Feldgleichungen aus der allgemeinen Relativitätstheorie. Diese Gleichungen beschreiben das Konzept der Gravitation mathematisch. Nach Albert Einstein werden sie entsprechend auch Gravitationsgleichungen genannt.

Im Anschluss hat der Physiker Georges Lemaître 1927 die Hypothese des, bereits beschriebenen, Uratoms aufgestellt. Den Theorien dieser Physiker wurde jedoch zunächst keine Beachtung geschenkt. Erst mit den Beobachtungen von Edwin Powell Hubble, 1929, bekamen sie eine Bedeutung.

Hubble beobachtete, dass sich fast alle Galaxien voneinander weg bewegen. Dabei nimmt die Geschwindigkeit linear mit der Entfernung zwischen den Galaxien zu. Die Galaxien haben hierbei eine Geschwindigkeit erreicht, bei der die gegenseitige Gravitationskraft überwunden wird. Solch eine Geschwindigkeit nennst Du auch Fluchtgeschwindigkeit.

Je größer also die Entfernung zwischen zwei Galaxien ist, desto schneller bewegen sie sich voneinander weg. Diese sogenannte Galaxienflucht soll somit das erste charakteristische Merkmal sein, das für die Urknalltheorie spricht.

Der Physiker George Gamow und sein Arbeitsteam knüpften 1948 an diese Erkenntnis an. Sie sagen, dass die für die Galaxienflucht verantwortliche Strahlung immer noch messbar sein sollte. Die kosmische Hintergrundstrahlung konnte dann, 17 Jahre später, nachgewiesen werden.

Mit dieser Entdeckung wurde die Urknalltheorie folglich als geltende Theorie für den Anfang der Geschichte des Universums anerkannt.

Alter des Universums

Wissenschaftler*innen haben weiterhin anhand der Hintergrundstrahlung herausgefunden, wann der Urknall entstanden sein soll. Dafür hat Hubble zusätzlich das ausgestrahlte Licht von, unterschiedlich weit von der Erde entfernten, Galaxien untersucht.

Hubble erkannte, dass die Wellenlängen mit der Entfernung der Galaxien länger wurden. Sie verschieben sich folglich in den roten Bereich. Hierbei sprichst Du von der Rotverschiebung, oder dem Doppler-Effekt.

Wie das sichtbare Lichtspektrum aussieht, erfährst Du in der Erklärung zum Farbspektrum. In der Erklärung zum Doppler-Effekt und Mach-Regel erfährst Du mehr darüber, wie die Rotverschiebung funktioniert.

Durch Rückrechnungen der Rotverschiebung dieser Spektren stellten Wissenschaftler*innen fest, dass der Urknall vor etwa 13,8 Milliarden Jahren stattgefunden haben soll. Somit ist auch das Universum etwa 13,8 Milliarden Jahre alt.

Urknall Elementhäufigkeit

Ein weiteres wichtiges Indiz, das für den Urknall spricht, ist die Häufigkeit der vorhandenen Elemente. Wissenschaftler*innen haben berechnet, dass beim Urknall hauptsächlich die leichten Elemente Wasserstoff und Helium entstanden sein müssen.

Auf die damalige Elementhäufigkeit kann mit der Betrachtung der heutigen Materiedichte und der chemischen Entwicklung des Universums geschlossen werden. Die Berechnungen der Wissenschaftler*innen stimmten mit den Vorhersagen überein.

Es handelt sich weiterhin um eine Theorie. Somit werden mit neuen, verbesserten Messungen und Erkenntnissen immer genauere Ergebnisse produziert. Dabei entstehen ebenfalls Widersprüche.

Urknall widerlegt

Tatsächlich enthalten genau die Aspekte, die für die Urknalltheorie sprechen, auch entscheidende Widersprüche.

Widerspruch Elementhäufigkeit Urknall

Der amerikanische Physiker Eric J. Lerner sagt zum Beispiel, dass der Urknall nicht stattgefunden hat, weil die Elementverteilung wohl doch nicht genau den Berechnungen entspricht. Er beobachtete dafür sehr alte Sterne und bestimmte ihre Zusammensetzung. Sie haben demnach viel weniger Helium und auch ein Anteil vom Lithium fehlt.

Zu dieser Aussage erwidert der Professor für beobachtende Kosmologie der Universität Bochum, Hendrik Hildebrandt, dass solche Messungen nicht ausreichen würden, um den Urknall gänzlich zu falsifizieren.

Widerspruch Hubble-Konstante Urknall

Einen weiteren Widerspruch bringt die Hubble-Konstante mit sich.

Die Hubble-Konstante beschreibt, dass sich das Universum um den Wert der Konstante ausdehnt. Der Wert liegt bei:

Mpc steht für Megaparsec und beschreibt die Entfernungen zwischen zwei, voneinander weit entfernten, astronomischen Objekten.

Weil es sich hier um eine Konstante handelt, die die Urknalltheorie vorschreibt, sollte sie immer konstant bleiben. Moderne Messungen haben nun jedoch neue Ergebnisse für die Hubble-Konstante ergeben.

Die Erklärung zum Hubble-Gesetz enthält mehr Informationen zu der Ausdehnung des Universums.

Widerspruch Inflation Urknall

Die Inflation soll, wie zuvor erwähnt, die Erklärung für eine gleichmäßige und exponentielle Ausdehnung des Universums sein. Doch die Anfangsbedingungen dafür sind nach moderneren Erkenntnissen extrem unwahrscheinlich. Der theoretische Physiker Roger Penrose sah hierbei aber noch eine weitere Unstimmigkeit.

Das Problem in seinem Fall ist der Widerspruch des 2. Hauptsatzes der Thermodynamik. Dieser beschreibt im Grunde die Richtung von physikalischen Prozessen und das Verhalten der sogenannten Entropie.

Für mehr Informationen dazu besuche die Erklärung zu den Hauptsätzen der Wärmelehre.

Die Entropie ist eine fundamentale Zustandsgröße, die in jedem physikalischen System zu finden ist. Kurz gesagt, ist sie ein Maß dafür, ob eine Reaktion spontan abläuft oder nicht. Weiterhin soll nach jeder spontanen physikalischen Reaktion die Entropie im jeweiligen System größer werden.

Wenn das Universum nun als ein abgeschlossenes System angesehen wird, dann soll die Entropie von Anfang an stetig steigen. Die Inflation des Uratoms entspricht jedoch einer Abnahme der Entropie in diesem System.

Die Urknalltheorie wirft, wie Du erkennen kannst, neben den vorgestellten Erklärungen noch viele weitere Fragen auf. Diese Fragen können zurzeit noch nicht genau beantwortet werden.

Entstehung des Universums Theorien

Um die Widersprüche erklären zu können, werden weitere Theorien entwickelt, die die Urknalltheorie ergänzen oder gar ersetzen sollen. Das zyklische Universum wurde aufgrund des Widerspruchs der Inflation heraus entwickelt.

Zyklisches Universum

Die Theorie eines zyklischen Universums soll die Urknalltheorie ergänzen, indem sie die Inflation ersetzt. Hierbei entstammt der Urknall aus der Kollision zweier Universen. Diese Theorie wird mithilfe der String Theorie genauer von den theoretischen Physikern Paul Steinhardt und Neil Turok beschreiben.

Das eine dieser Universen ist der Vorreiter des jetzigen Universums und das andere ein Paralleluniversum. Die beiden Universen sind durch einen Raum getrennt, einer Art Extradimension. Durch die Extradimension hindurch gelangt lediglich die Gravitation der Universen.

Aufgrund von Fluktuationen in der gegenseitigen Anziehungskraft kommen sich die beiden Universen in gleichmäßigen Abständen näher, prallen einander ab und entfernen sich wieder voneinander. Dieser Vorgang beschreibt den Zyklus in dieser Theorie. Bei jedem Ablauf dieses Zyklus entsteht ein Urknall. Hierbei werden die vorherigen Universen zerstört und neue entstehen.

In Abbildung 2 siehst Du, wie Du Dir die Trennung von den Universen vereinfacht vorstellen kannst:

Das Problem bei dieser Theorie ist das Verlangen nach einer Extradimension, die die Universen voneinander trennt. Diese konnte bisher nicht nachgewiesen werden. Weiterhin bräuchten Wissenschaftler*innen weitere Informationen über den Zustand des vorherigen Universums, um dieses Modell experimentell testen zu können.

Dennoch erklärt diese Theorie, wie es zu einem Urknall kommen könnte, was die Urknalltheorie selbst nicht schafft. Weiterhin müsste die Frage „Was war vor dem Urknall?“ auch nicht mehr beantwortet werden.

Neben diesem zyklischen Modell existiert aber noch eine andere Version, in welcher eher von einem Urprall statt eines Urknalls gesprochen wird.

Zyklisches Universum – Urprall

Die Kosmologin Anna Ijjas sagt ebenfalls, dass das jetzige Universum aus einem älteren stammen könnte.

Das derzeitige Universum ist etwa 1026 Meter groß. Nach Ijjas Theorie dehnt sich das Universum noch etwa hundert Milliarden Jahre aus. Danach fängt es an zu schrumpfen, bis es eine Größe von etwa 10-23 Meter erreicht hat. Hierbei ist das Universum so klein, dass es kurz davor ist, den Bereich der beschreibbaren Physik zu verlassen. Dennoch ist es größer als es das Uratom sein soll. Bei 10-23 Metern dehnt sich das Universum wieder aus.

In Abbildung 3 siehst Du, wie ein Urprall theoretisch aussehen soll:

Dieser Zyklus soll sich immer wieder wiederholen. Für diese Theorie existieren bisher noch keine genaueren Beweise.

Die Urknalltheorie sowie auch die zyklischen Modelle waren jedoch nicht die ersten Theorien, die die Geschichte des Universums beschrieben haben.

Steady-State-Theorie

Die Steady-state-Theorie wurde vom Astronom Fred Hoyle und seinen Mitarbeiter Hermann Bondi und Thomas Gold 1948 entwickelt. Sie ist der Vorreiter der Urknalltheorie.

Bei dieser Theorie bleibt das Universum unabhängig von der Position des Betrachters immer gleich. Hier hat das Universum keinen Anfang und kein Ende, es ist unendlich. Die Expansion des Universums, sowie auch die Galaxienflucht, wird damit erklärt, dass stetig neue Materie entsteht.

Die Schwachstelle der Steady-State-Theorie ist, dass sie keine Erklärung zur Hintergrundstrahlung liefern konnte. Somit wurde die Steady-State-Theorie mit dem Nachweis der Hintergrundstrahlung 1965 von der Urknalltheorie abgelöst.

Wie Du sehen kannst, hat die Urknalltheorie ihre Probleme. Wissenschaftler*innen arbeiten unermüdlich daran, diese Probleme zu beheben oder bessere Alternativen dafür zu finden. Zum Beispiel hat das James Webb-Teleskop im Juli 2022 neue, im Vergleich zum Hubble-Teleskop, viel detailliertere Bilder von unserem Universum aufgenommen. Möglicherweise können diese Bilder neue Hinweise auf die Natur des Universums liefern.

Urknall - Das Wichtigste

  • Die Urknalltheorie ist eine Theorie und somit nicht endgültig.
  • Der Urknall beschreibt den Anfang der des Raumes, der Zeit und der Materie. Im Grunde den Zeitpunkt Null in der Urknalltheorie.
    • Das Erste, was entstanden ist, ist das Uratom, mit einer Größe von 10-35Metern. Alles, was heute existiert, befand sich ursprünglich in dieser Singularität.
    • Die Inflation beschreibt die plötzliche, gleichmäßige und exponentielle Ausdehnung des Uratoms. Sie war nach10-32 Sekunden, nach dem Urknall, vorbei. Es gibt bis heute keine Erklärung für die Inflation.
    • Das Universum kühlt sich stetig ab.
    • Bei einer Billion Kelvin bilden sich Quarks, Gluonen und hochenergetische Photonen.
    • Nach einer Mikrosekunde und bei zehn Milliarden Kelvin bilden sich Protonen und Neutronen aus Quarks. Danach bilden sich Atomkerne. Die Kernfusion beginnt.
    • Bei einer Milliarde Kelvin stoppt die Kernfusion. Bis hier hin sind drei Minuten seit dem Urknall vergangen.
    • Nach 380.000Jahren und bei 3000Kelvin entstehen neutrale Atome. Dadurch entsteht die kosmische Hintergrundstrahlung. Das Universum wird durchsichtig. Dunkles Zeitalter beginnt.
    • Nach weiteren 180 Millionen Jahren entstehen die ersten Sterne. Angestrahlte Materie im Universum wird sichtbar.
  • Das zyklische Universum ersetzt die Inflation.
    • Zwei Universen prallen zusammen und entfernen sich wieder voneinander.
    • Es entsteht dabei jedes Mal ein Urknall, die vorherigen Universen werden zerstört und neugeboren.
  • Der Urprall ersetzt die Inflation.
    • Das Universum dehnt sich mehrere Milliarden Jahre aus.
    • Danach zieht es sich wieder zusammen, auf eine Größe von 10-23 Meter.
    • Das Universum dehnt sich erneut aus.
  • Bei der Steady-State-Theorie ist das Universum unendlich.
    • Die Expansion des Universums und die Galaxienflucht wird durch Entstehung neuer Materie erklärt.

Nachweise

  1. Spektrum.de: Urknall (11.07.2022)
  2. Planet-Wissen.de: Der Urknall (11.07.2022)
  3. Mdr.de: Gab es keinen Urknall (12.07.2022)
  4. Scinexx.de: Der Urknall (13.07.2022)

Häufig gestellte Fragen zum Thema Urknall

Im „Nichts“ bildete sich ein unendlich dichter und heißer Ort, das Uratom. In dieser Singularität sind Raum, Zeit und Materie vereint. Das beschreibt der Urknall und ist somit der Anfang der Urknalltheorie.

Vor dem Urknall gab es „Nichts“. Wie das Nichts aussehen soll, ist für die moderne Wissenschaft immer noch ein Rätsel.

Wie es zur Bildung des Uratoms und somit des Universums kam, ist bis heute nicht geklärt.

Der Urknall beschreibt im Zeitstrahl der Urknalltheorie, die Bildung des Uratoms, in dem Raum, Zeit und Materie vereint sind. Somit ist es der ZeitpunktNull“. Die Urknalltheorie streckt sich hingegen bis auf 180 Millionen Jahre, bis die ersten Sterne entstehen.

Finales Urknall Quiz

Frage

Begründe, ob der Urknall eindeutig die Erklärung für den Anfang von allem ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Der Urknall ist nicht eindeutig der Anfang von allem, weil es sich hier um eine Theorie handelt. Zurzeit ist der Urknall lediglich die plausibelste Erklärung dafür.

Frage anzeigen

Frage

Gebe wieder, was der Urknall beschreibt.

Antwort anzeigen

Antwort

Der Urknall beschreibt den Anfang der Urknalltheorie. Den Zeitpunkt Null“. Hierbei entsteht das Uratom aus dem Nichts, in welchem Raum, Zeit und Materie vereint sind.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, welches grundlegenden Problem der Urknall mit sich bringt.

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Antwort

Das Problem hierbei ist, dass „Etwas“, also das Uratom, aus dem „Nichtsentsteht. Die moderne Wissenschaft hat weiterhin keine Erklärung für das „Nichts“.

Frage anzeigen

Frage

Nenne, wie groß das Uratom sein sollte.

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Antwort

Das Uratom wird auf eine Größe von 10-35 Meter vermutet. Zum Vergleich ist ein Atom etwa 0,1 bis 0,5 Nanometer groß.

Frage anzeigen

Frage

Nenne, was die Inflation beschreibt.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Inflation beschreibt die plötzliche, gleichmäßige und exponentielle Ausdehnung des Uratoms. Für diese Expansion wurde bis heute keine Erklärung gefunden.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was kurz nach der Inflation im Universum passiert.

Antwort anzeigen

Antwort

Nach der Inflation breitet sich das Universum langsamer aus. Es ist auf eine Billion Kelvin abgekühlt. Es entstehen die ersten Materieteilchen, die Quarks und Gluonen sowie hochenergetische Photonen.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was nach der Entstehung von den Quarks, Gluonen und hochenergetischen Photonen passiert.

Antwort anzeigen

Antwort

Hiernach ist das Universum auf etwa zehn Milliarden Kelvin abgekühlt. Jetzt können sich aus den Quarks Protonen und Neutronen bilden. Außerdem entstehen weitere Elementarteilchen und Elektronen.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was nach der Bildung von Protonen und Neutronen passiert.

Antwort anzeigen

Antwort

Hiernach fängt die Kernfusion an. Es bilden sich hauptsächlich Atomkerne von Wasserstoff und Helium. Zu vernachlässigbaren Mengen entstehen Lithium- und Berylliumkerne.

Frage anzeigen

Frage

Erläutere, ob die ersten Atomkerne schon neutrale Atome sind.

Antwort anzeigen

Antwort

Hierbei handelt es sich noch nicht um neutrale Atome. Zu dieser Zeit ist die Temperatur noch viel zu hoch, sodass sich die Kerne nicht mit den Elektronen verbinden können.

Frage anzeigen

Frage

Nenne, bis wann die Kernfusion andauert.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Kernfusion hört auf, wenn die Temperatur im Universum auf eine Milliarde Kelvin gesunken ist. Hiernach sind insgesamt drei Minuten nach dem Urknall vergangen.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was passiert, nachdem die Kernfusion gestoppt hat.

Antwort anzeigen

Antwort

Nach der Kernfusion herrscht für 380.000 Jahre Ruhe im Universum. In dieser Zeit kühlt es sich auf 3.000 Kelvin ab. Jetzt ist es kalt genug, sodass ich die Atomkerne mit den Elektronen verbinden können. Neutrale Atome entstehen.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, welchen Effekt die Bildung von neutralen Atomen auf die Sichtbarkeit des Universums hatte.

Antwort anzeigen

Antwort

Durch die Bildung von neutralen Atomen konnte sich das vorhandene Licht im Raum ausbreiten, weil es nicht mehr mit den geladenen Teilchen zusammenstößt. Das Universum wurde durchsichtig. Weiterhin entstand durch die Rekombination die kosmische Hintergrundstrahlung.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre, was das besondere an der kosmischen Hintergrundstrahlung ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Hintergrundstrahlung ist eine wichtige Komponente, die für die Urknalltheorie spricht. Sie kann noch heute im Mikrowellenbereich gefunden werden. Weiterhin kann durch die Rückrechnung der Hintergrundstrahlung anhand der Rotverschiebung auf das Alter des Universums geschlossen werden.

Frage anzeigen

Frage

Nenne, wie alt das Universum ist.

Antwort anzeigen

Antwort

Das Universum wird auf ein Alter von 13,8 Billionen Jahren vermutet.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die Elementhäufigkeit im frühen Universum.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Elementhäufigkeit wurde auf eine Verteilung von 80 % Wasserstoff und 20 % Helium gerechnet. Zu vernachlässigbaren Anteilen entstanden wohl auch Lithium und Beryllium.

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