Urknall & Expansion

In den 1920er Jahren machte der Astronom Edwin Hubble eine Entdeckung, die unser Weltbild umwarf: Fast alle Galaxien entfernen sich von uns, und je weiter eine Galaxie weg ist, desto schneller flieht sie. Das Universum dehnt sich aus. Denkt man diesen Film rückwärts, waren sich alle Galaxien früher näher, und ganz am Anfang, vor 13,8 Milliarden Jahren, war das gesamte Universum unvorstellbar heiß und dicht. Diesen Anfang nennen wir den Urknall.

Der Raum selbst dehnt sich

Die Galaxien fliegen nicht wie Splitter durch einen fertigen Raum. Stattdessen dehnt sich der Raum zwischen ihnen aus. Stell dir einen Rosinenteig im Ofen vor: Der Teig geht auf, und jede Rosine entfernt sich von jeder anderen, ohne selbst durch den Teig zu wandern. Rosinen, die weiter auseinanderliegen, entfernen sich schneller voneinander, weil mehr aufgehender Teig zwischen ihnen liegt. Genau so verhalten sich Galaxien im expandierenden Raum, und das hat Hubble gemessen. Heute lautet die Faustregel: Pro Megaparsec Entfernung wächst die Geschwindigkeit, mit der eine Galaxie von uns wegfliegt, um rund 70 Kilometer pro Sekunde. Ein Megaparsec ist ein astronomisches Entfernungsmaß und entspricht etwa 3,3 Millionen Lichtjahren.

Rotverschiebung: gedehntes Licht

Woher wissen wir, dass sich ferne Galaxien entfernen? Ihr Licht verrät es. Licht ist eine Welle, und während es durch den expandierenden Raum zu uns reist, wird seine Wellenlänge mitgedehnt. Längere Wellenlängen bedeuten bei sichtbarem Licht: röter. Deshalb heißt der Effekt Rotverschiebung. Je weiter eine Galaxie entfernt ist, desto länger war ihr Licht unterwegs, desto stärker wurde es gedehnt und desto größer ist seine Rotverschiebung. So wird Licht zum Maßband des Universums.

Das Echo des Anfangs

Rund 380000 Jahre nach dem Urknall war das Universum erstmals kühl genug, dass Licht ungehindert reisen konnte. Dieses erste Licht ist heute noch überall unterwegs. Durch die Expansion wurde es allerdings gewaltig gedehnt: aus grellem Glühen wurden unsichtbare Mikrowellen. Wir messen sie als kosmische Hintergrundstrahlung, ein gleichmäßiges Leuchten aus allen Richtungen, heute nur noch 2,7 Kelvin über dem absoluten Nullpunkt. Sie ist das älteste Bild des Universums, ein Echo aus einer Zeit, in der es weder Sterne noch Galaxien gab.

Was der Urknall nicht war

Das Wort Urknall führt leicht in die Irre. Er war keine Explosion, die an einem Punkt in einem leeren Raum losging und Materie nach außen schleuderte. Es gab kein Außen und keinen leeren Raum, in den etwas hätte explodieren können. Der Urknall geschah überall zugleich: Der Raum selbst begann sich auszudehnen, mitsamt allem, was darin steckte. Deshalb hat das Universum auch keinen Mittelpunkt der Explosion. Von jeder Galaxie aus sieht die Expansion gleich aus, jede scheint der Mittelpunkt zu sein, und keine ist es.