Читать книгу Im schwarzen Loch ist der Teufel los - Ulrich Walter - Страница 11

EINE KURZE GESCHICHTE UNSERES UNIVERSUMS

Die 13,8 Milliarden Jahre Entwicklungsgeschichte

unseres Universums erzählt in 138,2 Sekunden.

Die Inflation, die 0,00000000000000000000000000000001 Sekunden nach dem Urknall endete, war das bei Weitem einschneidendste Ereignis in der Zeitgeschichte unseres Universums. Die Details der Inflation habe ich bereits erklärt. Nach der Inflation entwickelte sich das Universum, so wie wir es heute kennen. Diese »Zeit danach« wollen wir uns genauer anschauen.

ENTSTEHUNG DER HEUTIGEN ELEMENTARTEILCHEN: 10^-12 s BIS 5 s

10^-12 s nach dem Urknall hatte sich das Universum von anfänglich 10³² °C auf nur noch 10¹⁵ °C, also 1.000 Millionen Millionen °C, abgekühlt. Kalt genug, damit aus der elektroschwachen Kraft die heutige elektromagnetische und schwache Kraft entstehen konnten und mit ihnen die entsprechenden kraftvermittelnden Teilchen, also Photonen und W- und Z-Bosonen.

Nach 10^-6 s, das Universum war auf 10¹³ °C abgekühlt, entstanden die sogenannten Hadronen, also aus Quarks zusammengesetzte Kern-Teilchen. Das sind zum einen Teilchen mit 3 Quarks (= Baryonen = Protonen, Neutronen, etc., und deren Anti-Teilchen) und zum anderen Teilchen mit 2 Quarks (=

Mesonen = Pionen, Kaonen, etc., und deren Anti-Teilchen). Die einzig stabilen Protonen und Antiprotonen zerstrahlten aber sofort miteinander und fast vollständig in Photonen mit nur einem geringen verbleibenden Materieüberschuss, der in Form unserer Materie (Protonen, Neutronen) heute noch existiert. Diese Zerstrahlung führte außerdem zur heutigen gigantischen Überzahl von Photonen zu Baryonen von 1,8 Milliarde zu 1, was im Mittel 410 Photonen pro cm³ Universum bedeutet.

10^-1 s nach dem Urknall, oder bei einer Temperatur von 10¹¹ °C = 100 Milliarden °C, koppelten sich die Neutrinos von den anderen Teilchen ab. Bei 5 s (= 6 Milliarde °C) zerstrahlten die Elektronen mit den bis dahin noch existierenden Positronen fast vollständig. Die wenigen Elektronen, die dann noch übrig blieben, bilden heute die Schalen aller existierenden Atome.

Vom Urknall (Quantum fluctuations) über die Inflation und Rekombinationsphase (Afterglow light patterns), den ersten Sternen nach 400 Millionen Jahren bis heute (Ende des Zylinders) (Bild: NASA)

DIE ERSTEN ELEMENTE: 5 s BIS ZUR REKOMBINATION

Nach 100 s, oder bei 1 Milliarde °C, entstanden aus der Verschmelzung von Protonen und Neutronen die ersten Kerne der leichten Elemente (³He, ⁴He, und etwas Deuterium und Li). Die zugehörigen Elektronen waren aber noch ungebunden und bildeten mit den Kernen ein extrem heißes Plasma.

Dann passierte lange nichts Besonderes. Erst nach 100.000 Jahren war das Universum auf 30.000 °C abgekühlt und die Anzahl der Materieteilchen überwog die der Strahlungsteilchen, also die Photonen – bis dahin war es umgekehrt. Durch diese Umkehr beschleunigt sich seither das Expansionsverhalten des Universums etwas, worauf ich hier aber nicht weiter eingehen möchte.

Nach 380.000 Jahren passierte etwas sehr Wichtiges: Das Universum hatte nur noch eine Temperatur von 3.000 °C. Bei solchen Temperaturen binden sich die herumschwirrenden, bisher freien Elektronen, an die Atomkerne – es entstehen neutrale Atome. Während Plasma für Photonen undurchdringbar ist, ist neutrales Gas für Photonen transparent. Das Universum wurde daher für Photonen durchsichtig, was bedeutet, sie konnten sich nun frei ausbreiten. Es sind genau diese ersten Photonen, die wir noch heute als sogenannte kosmische Hintergrundstrahlung sehen und die uns in den vergangenen Jahren so wichtige Informationen über Struktur und Alter unseres Universums geliefert hat. Diese als Rekombination bezeichnete Phase beendet die Plasmaphase des Universums.

GALAXIEN, STERNE UND PLANETEN: REKOMBINATION BIS HEUTE

Nach 400 Millionen Jahren hatte sich das Universum durch seine ständige Expansion so weit abgekühlt, dass es –250 °C kalt war. Bei diesen geringen Temperaturen hatte sich der Gasdruck der überall verteilten Wasserstoff- und Heliumwolken so weit verringert, dass sie in sich kollabieren konnten. Es bildeten sich so die ersten Sterne und Galaxien. Weil zunächst die größten Wolken kollabierten, entstanden gigantische Sterne. Diese brüteten durch die Kernfusion in ihrem Innern die ersten schweren Elemente bis hin zu Eisen aus. In einer abschließenden gigantischen Paarinstabilitäts-Supernova bildeten sie noch schwerere Elemente bis hin zu Uran. Außer diesem sogenannten Sternenstaub hinterließen diese ersten Super-Sterne nichts, denn sie wurden in dieser besonderen Supernova vollständig verrissen.

Der Sternenstaub vermischte sich mit den umgebenden Wasserstoff- und Heliumwolken. Die mit der Supernova-Explosion einhergehende Druckwelle ließ nun auch die kleineren Wolken kollabieren. Weil diese nun aber auch die schwereren Elemente des Sternenstaubs enthielten, bildeten sich in diesen neuen Sternensystemen erstmals feste terrestrische, also erdähnliche Planeten.

Nach genau 9,23 Milliarden Jahren (also heute vor 4,57 Milliarden Jahren) entstand so unser Sonnensystem mit unserer Erde. Nur 900 Millionen Jahre später, also vor etwa 3,7 Milliarden Jahren, gab es bereits biologisches Leben als erste Einzeller. Die biologische Evolution brachte vor etwa 3 Millionen Jahren die Gattung Homo hervor, aus der sich vor etwa 200.000 Jahren die Art Homo sapiens und vor 40.000 Jahren der moderne Mensch, die Unterart Homo sapiens sapiens, entwickelte. Auf einer Uhr, die die Entwicklung unseres Universums in 24 Stunden anzeigt, existieren wir als Homo sapiens also erst seit der letzten Sekunde.