Episode Details

CL014 - Der Urknall und die ersten Sekunden unseres Universums

Die Episode über den Urknall und die Entstehung der Materie

Einleitung

Der Sommer beginnt heiß! Eva empfiehlt zur Abkühlung einen Besuch im Kino um sich den aktuellen Film von Wes Anderson, "Asteroid City" anzusehen. Der Juli war ein aufregender Monat für die Astronomie und die Raumfahrt. Gleich zu Beginn, am 01. Juli startete die ESA Euclid Mission von den USA aus ihre Reise. Beinah zeitgleich ließ eine Veröffentlichung die sozialen Netzwerke die Wissenschaftsblase heiß laufen: es wurden Hinweise auf gigantische Gravitationswellen mit Wellenlängen von 10 Lichtjahren entdeckt. Dabei könnte es sich um den Gravitationswellenhintergrund handeln, ein kosmisches Hintergrundrauschen aus der aktiven Frühzeit des Universums!

Es geht heiß weiter: Elka erzählt uns dieses Mal von der Entstehung des Universums und was in der ersten Sekunde nach dem Urknall alles passiert ist - und das ist eine ganze Menge!

Der Urknall

Die Entstehung des Universums ist wohl eines der faszinierendsten Kapitel der Astronomie. Da sich alles in sehr sehr kleinen Maßstäben abspielt, wird bei diesem Thema die Verbindung zwischen Astronomie und Physik (Elkas Background) besonders deutlich. Doch zuerst zu der offensichtlichsten aller Fragen: "Was war vor dem Urknall?" Diese Frage ist sehr schwer zu beantworten. Die Standard-Antwort von Astrophysiker*innen lautet: "Raum und Zeit entstand erst durch den Urknall. Ein zeitliches DAVOR kann es also nicht gegeben haben". Man kann es sich vielleicht mit der Metapher vorstellen: "Was ist 1m nördlich vom Nordpol?" Nördlicher als der Nordpol geht nicht.

Georges Lemaitres Urknalltheorie

Der Astrophysiker und katholische Priester Lemaitre war in den 1920er Jahren der Erste, der die These vom Anfang des Universums aufgestellt hat, da er durch Rotverschiebung beobachtet hat, dass die Galaxien sich von uns wegbewegen, also das Universum expandiert. Seine Theorie wurde von den Kritikern zunächst spöttisch als "Big Bang" bezeichnet. Auch Einstein war zunächst dagegen, da es zu sehr nach göttlicher Schöpfung klang. Kurz vor seinem Tod erfuhr Lemaitre noch von der Entdeckung der kosmischen Hintergrundstrahlung, die seine Theorie erhärtete.

Die Planck-Ära

Am Beginn waren der ganze Raum und die ganze Materie in einem Volumen, das nur 1-Billionstel eines Punktes groß war. Dieses Pünktchen konnte nur expandieren. Hier beginnt eine sehr komplizierte Zeit, für die wir noch keine Berechnungsmodelle haben– die Planck Ära, 10^-43 Sekunden nach dem Urknall . In der Planck Ära war alles so heiß, dass es nur eine Urkraft gegeben hat. Die 4 fundamentalen Kräfte waren ununterscheidbar (Gravitation, elektromagnetisch, starke/schwache Wechselwirkung). Wir haben bis heute keine Theorie gefunden, die diese Zeit erfassen kann. Es gibt aber Bestreben die Theorie des Kleinen (Quantenphysik) und des Großen (Gravitation) zu vereinen (theory of everything), z.b. mit der Stringtheorie.

1 Billionstel Sekunde nach dem Urknall

Das Universum ist eine Suppe aus Quarks, Leptonen und Bosonen, also subatomare Teilchen. In der Quark-Leptonen Ära waren Materie und Antimaterie fast im Gleichgewicht, aber nur fast. 1 Milliarde zu 1 Millarde und 1.

1 Millionstel Sekunde nach dem Urknall

Die Suppe ist nicht mehr ganz so heiß. Die Quarks schnappen sich Tanzpartnerinnen und es entstehen schwere Partikel – die Hadronen. Die bekanntesten: die im Atomkern, also Neutronen und Protonen. Das minimale Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie in der Quark-Leptonen Suppe wurde jetzt an die Hadronen weitergegeben. Mit außergewöhnlichen Konsequenzen: Da das Universum nicht mehr heiß genug ist, um neue Quarks zu bilden. Fa