Das Universum ist nach heutigem Verständnis mit dem Urknall entstanden und dehnt sich seitdem immer weiter aus. Aber wo hat dieser Urknall stattgefunden? Gibt es so etwas wie das Zentrum des Universums, wo alles seinen Anfang nahm? Und wenn es sich immer weiter ausdehnt – wohin dehnt es sich aus? Da muss doch irgendein Raum am Rand des Universums sein, in den hinein es expandiert. Und was war vor dem Urknall? Wie kann eigentlich unser ganzes Universum mit all seinen Himmelskörpern aus dem „Nichts“ entstanden sein? Das alles werden wir immer wieder gefragt. Zu einigen dieser fundamentalen Fragen gibt es wissenschaftliche Annahmen und Theorien, zu anderen nicht einmal das. Aber gehen wir die Sache mal der Reihe nach durch und tragen einige Überlegungen und Erkenntnisse auf heutigem Stand zusammen – wie immer stark vereinfacht, da das alles ohnehin verdammt kompliziert ist.
Sensationelle Entdeckung
Die Skizze illustriert die Entstehung und Entwicklung des Universums. Die Zeitskala beginnt unten links mit dem Urknall. Danach dehnte sich das Universum „blitzartig“ aus. 400.000 Jahre lang war das Universum undurchsichtig: Man kann sich das wie einen super-heißen „Teilchen-Brei“ vorstellen. Erst als sich das Universum weiter abkühlte, bildete sich Materie, wie wir sie kennen – und dabei wurde viel Strahlung abgegeben, die wir noch heute ganz schwach als sogenannte Hintergrundstrahlung messen können. Damit wurde das Universum durchsichtig und danach bildeten sich Sterne und Galaxien. Bild: DLR
Fangen wir am besten ganz am Anfang an, beim Urknall. Woher kommt eigentlich die Annahme, dass es einen solchen Urknall gab? Es könnte doch auch sein, dass das Universum schon immer existiert hat und auch immer existieren wird – gewissermaßen unveränderlich und ewig. Diese Vermutung gab es tatsächlich einmal; sie wird in der Fachwelt „Steady-State-Theorie“ genannt. Sie hat nur einen klitzekleinen Haken: Sie kann nicht stimmen. Denn sie passt überhaupt nicht zu all den Beobachtungen, die inzwischen mit modernen Teleskopen und Instrumenten gemacht wurden. Das betrifft vor allem die Tatsache, dass sich weit entfernte Galaxien von uns wegbewegen.
Herausgefunden hat das der Astronom Edwin Hubble (Bild) vor knapp 100 Jahren – und es war wirklich eine sensationelle Entdeckung, zu der auch andere Astronomen wie Vesto Slipher, Georges Lemaître und Milton Humason beitrugen. Jetzt darf man sich das nicht so vorstellen, als ob die Galaxien durchs Weltall rasen und sich dabei immer weiter von uns entfernen. Nein, diese gewaltigen Ansammlungen von Millionen oder sogar Milliarden Sternen bewegen sich nur ganz langsam von der Stelle – um diese Art von Bewegung durch den Raum geht es hier nicht. Vielmehr dehnt sich der Raum selbst aus! Der Raum zwischen den Galaxien wird immer größer und größer, und dadurch werden sie auseinander getrieben und ihr Abstand zu uns nimmt immer mehr zu. Man kann auch sagen: Überall im Universum entsteht andauernd neuer Raum.
Zum Vergleich: Luftballon und Kuchen
Diese Aufnahme des Weltraum-Teleskops Hubble zeigt Galaxien, die bis zu 13 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt sind. Das Licht, das wir hier sehen, ist also 13 Milliarden Jahre lang durch das Universum unterwegs gewesen – und wir blicken damit zugleich weit in die Vergangenheit zurück. Viel weiter in die Vergangenheit oder gar bis zum Urknall kann man nicht schauen, denn anfangs war das Universum undurchsichtig. Bild: NASA, ESA
Damit man das auch nur halbwegs verstehen kann, hier ein Vergleich: Du kannst dir die Galaxien wie Punkte auf einem Luftballon vorstellen, den du aufbläst. Jede Galaxie ein Punkt. Hast du einen Ballon zur Hand? Prima! Dann zeichne doch mit ’nem Filzstift einige solche Punkte drauf und puste ihn ein wenig auf! Die Flecken entfernen sich voneinander. Oder stell dir einen Kuchenteig vor, in dem Rosinen drin sind. Wer keine Rosinen mag, kann an Nüsse oder kleine Apfelstückchen denken und wer gegen Nüsse und Äpfel allergisch ist, denkt eben an Mandelsplitter. Oder du nimmst einfach von allem etwas. Die Rosinen, Nüsse, Apfelstücke und Mandelsplitter: Das sind die Galaxien. Und das Universum, also der Raum – das ist der Kuchenteig, den wir jetzt bei 180 Grad ungefähr 45 Minuten auf mittlerer Schiene in den Ofen geben, danach etwas abkühlen lassen, einen Klecks frisch geschlagene Sahne drauf und ein paar ungespritzte (!) Orangenschalen fein geraspelt darüber streuen: köstlich!
Aber wir kommen vom Thema ab. Also: Was passiert mit dem Kuchenteig im Ofen? Er geht auf und wird größer und größer – und damit auch der Abstand zwischen den Rosinen und Nüssen und den anderen Zutaten! Genau so wird der Raum zwischen den Galaxien größer und größer und der Abstand der Galaxien nimmt zu. Kapiert? Die Rosinen wandern nicht durch den Teig hindurch, sondern der Teig selbst wächst! Und zwar überall!
Sternenlicht, Regenbögen, Sirenen und Luftschlangen
Ein Regenbogen: Durch die Art und Weise, wie die Regentropfen das Sonnenlicht reflektieren, wird es in seine Bestandteile zerlegt. So sieht man die einzelnen Farben, aus denen sich das weiße Licht zusammensetzt. Bild: K.-A.
Hubble hat das übrigens nicht beim Kuchenbacken bemerkt, sondern am Licht der Sterne aus anderen Galaxien festgestellt. Wie man die Bewegung von Galaxien am Licht erkennen kann, das ihre Sterne ausstrahlen? Licht setzt sich bekanntlich aus verschiedenen Farben zusammen – das sieht man ja am Regenbogen. Oder wenn die Sonne durchs Fenster scheint: Halte dann mal eine CD mit der Unterseite ins Licht – und zwar so, dass du die Sonnenstrahlen in Richtung einer Wand oder auf ein Blatt Papier reflektierst. Da entsteht dann so etwas wie ein künstlicher Regenbogen – weil das Licht durch die Beschichtung der CD in seine verschiedenen Farben aufgespalten wird. Jede Farbe hat dabei eine bestimmte Wellenlänge: Blaues Licht ist kurzwellig, rotes Licht langwellig. Das kannst du dir wie eine Zick-Zack-Linie vorstellen, die du auf ein Blatt Papier malst: einmal ganz eng immer rauf und runter und rauf und runter mit kurzen Abständen und einmal ganz weit gestreckt in die Länge gezogen rauf und runter mit großen Abständen.
Wenn nun ein Stern auf uns zukommt, wird sein Licht durch diese Bewegung in unsere Richtung zusammengestaucht. Dadurch verringern sich die Abstände, die Wellenlänge wird kürzer und das Licht – vereinfacht gesagt – blau verfärbt. Umgekehrt wird das Licht eines Sterns, der sich von uns entfernt, in die Länge gezogen und rötlich verfärbt. Das ist ähnlich wie bei einer Luftschlange, wie man sie von Silvester oder von Geburtstagsfeiern kennt: Du kannst sie zusammenstauchen oder in die Länge ziehen.
Dieser Effekt tritt übrigens nicht nur bei Lichtwellen auf, sondern auch bei Schallwellen – und da ist er leichter zu verstehen, weil wir das alle kennen: Du stehst am Straßenrand und da kommt ein Feuerwehr- oder Krankenwagen. Wenn er sich dir mit lauter Sirene nähert, werden die Schallwellen durch die Bewegung des Autos in deine Richtung zusammengestaucht und der Ton der Sirene klingt höher; wenn der Wagen an dir vorbeigefahren ist und sich wieder entfernt, werden die Schallwellen durch die Bewegung in die Länge gezogen und klingen daher tiefer. Das nennt man den Doppler-Effekt (benannt nach dem hier abgebildeten Mathematiker und Physiker Christian Doppler).
Zurück zum Licht der Sterne aus fernen Galaxien: Hubble entdeckte, dass die Strahlung der Galaxien in Richtung des roten Lichts verschoben ist – also in die Länge gezogen und gedehnt wird, wie bei dem Auto, das sich von uns entfernt. So wusste man also, dass sich andere Galaxien von uns fortbewegen. Und zwar umso schneller, je weiter die Galaxien bereits von uns weg sind. Genau das war der entscheidende Hinweis, dass es nicht die Bewegungen der Galaxien durch das Universum, durch den Raum sind, die man da am Licht ablesen konnte. Denn das wäre ja ein verrückter Zufall, wenn ausgerechnet die entferntesten Galaxien auch diejenigen wären, die sich am schnellsten von uns wegbewegen. Es gab nur eine logische Erklärung: nämlich dass sich der Raum selbst zwischen den Galaxien ausdehnt. Betrachte nochmal deinen Luftballon beim Aufpusten. Da wächst der Abstand zwischen den Punkten auch umso mehr, je weiter die Punkte voneinander entfernt sind: bei zwei benachbarten Punkten nur etwas, bei weiter voneinander entfernten Punkten mehr – einfach weil mehr von der Ballonhülle dazwischen liegt, die sich ausdehnt.
Sind wir im Zentrum des Alls?
Wo ist das Zentrum des Universums? Die Antwort: Überall und nirgends …
Wenn sich nun die anderen Galaxien von uns entfernen und das Universum um uns herum ausdehnt – egal in welche Richtung wir blicken: Sind wir dann im Zentrum des Universums? Sind wir zufällig genau in der Mitte? Nein! Puste den Luftballon noch etwas weiter auf – aber pass auf, dass er nicht platzt! Zwischen den Punkten entsteht immer mehr Raum – wie im Universum. Wähle jetzt irgendeinen dieser Punkte aus und stell dir vor, dass er unsere eigene Galaxie, die Milchstraße, wäre. Von da aus gesehen entfernen sich also alle anderen Punkte. Aber auch wenn du in einer anderen Galaxie leben würdest, wäre das Bild dasselbe: Auch von dort aus betrachtet entfernen sich alle anderen Galaxien von dir. Kein Punkt auf deinem Luftballon ist in der Mitte – und umgekehrt könnte man auch sagen: Jeder Punkt ist aus seiner Sicht in der Mitte. Kurz und gut: Das Zentrum des Universums ist nirgends und zugleich überall.
Was hat das jetzt mit unserer Frage nach dem Urknall zu tun? Erstens: Das Universum hat kein Zentrum. Und daher kann man auch keinen Ort bestimmen, an dem der Urknall stattgefunden hat. Oder wieder anders gesagt: Der Urknall hat überall stattgefunden. Zweitens: Wenn das Universum andauernd wächst, muss es logischerweise gestern noch etwas kleiner und vorgestern noch kleiner gewesen sein und so weiter … Und vor gaaaanz langer Zeit muss dann alles ganz nah beieinander gewesen sein. Wenn man nun die Geschwindigkeit kennt, mit der sich alles ausdehnt, kann man sogar „rückwärts“ ausrechnen, wann alles an einem einzigen Punkt zusammen war. Stell dir vor, dein Freund kommt ins Zimmer, während du gerade dabei bist, den schon recht großen Luftballon noch etwas weiter aufzupusten. Dein Freund beobachtet, wie schnell der Ballon größer wird. Dann kann er sich natürlich leicht überlegen, wann du mit dem Aufblasen des Ballons angefangen hast, wann also der Ballon noch ganz klein und alle Punkte ganz nah beieinander waren. Bei deinem Luftballon waren das vielleicht zwei Minuten – beim Universum eben 13,8 Milliarden Jahre.
Kurze Verschnaufpause
Verschnaufen wir mal kurz nach dem vielen Luftballon-Aufpusten und fassen wir zusammen: Das Universum dehnt sich permanent aus. Das erkennt man daran, dass sich die Galaxien voneinander entfernen, was man wiederum an ihrem Licht ablesen kann. Rechnet man zurück, wann alles ganz nah zusammen war, so ist das 13,8 Milliarden Jahre her – und diesen Moment, in dem alles seinen Anfang nahm, nennt man Urknall. Wichtig ist dabei: Der Urknall fand dieser Theorie zufolge nicht in einem leeren Raum statt, sondern mit dem Urknall entstand der Raum selbst überhaupt erst. Und auch die Zeit – aber dazu später mehr.
Das alles war jetzt wirklich sehr stark vereinfacht und wir müssen ein paar Dinge ergänzen und geraderücken:
Diese Fotomontage simuliert den „Zusammenstoß“ unserer Milchstraße mit der Andromeda-Galaxie. Bild: NASA; Z. Levay and R. van der Marel, STScI; T. Hallas; and A. Mellinger
Nicht alle Galaxien entfernen sich voneinander: Einige bewegen sich sogar aufeinander zu, weil sie sich gegenseitig mit der gewaltigen Masse all ihrer Milliarden Sterne anziehen. Zum Beispiel nähert sich unsere eigene Galaxie, die Milchstraße, allmählich der riesigen Andromeda-Galaxie, die einer unserer „Nachbarn“ ist. In 2 bis 3 Milliarden Jahren werden sich beide Galaxien vereinigen. Das liegt einfach daran, dass wir und die Andromeda-Galaxie schneller aufeinander zurasen, als sich das Universum ausdehnt. Es ist etwa so, als ob man eine Rolltreppe in die falsche Richtung läuft: Die bewegt sich zwar mit allen anderen Menschen langsam nach oben – aber wenn ich schnell genug nach unten renne, komme ich eben in der entgegengesetzten Richtung voran. Das war jetzt übrigens nur ein Beispiel – also keinesfalls bei echten Rolltreppen nachmachen!
Sterne strahlen zwar hell und weiß leuchtend am Nachthimmel. Aber ihr Licht setzt sich – wie das weiße Licht der Sonne – eigentlich aus verschiedenfarbigen Wellenlängen zusammen. Wenn das Sternenlicht auf seinem Weg zu uns kosmische Gas- und Staubwolken durchquert und dabei auf bestimmte chemische Elemente trifft, entstehen dunkle Spektrallinien, wie man sie hier sieht. Bild: Wikipedia
Was die Sache mit dem roten Licht angeht: Streng genommen wird dabei nicht gemessen, wie „rot“ das Licht ist. Die Sterne sehen nicht wirklich „rot“ aus und mit „Roten Riesen“ – einem bestimmten Sternen-Typ – hat das gar nichts zu tun. Es geht vielmehr um dünne Linien im Spektrum des Sternenlichts. Bei Galaxien, die sich von uns entfernen, sind diese sogenannten Spektrallinien in Richtung des roten Lichtanteils verschoben. Und je stärker diese „Rotverschiebung“ ist, umso schneller entfernen sich die Galaxien von uns.
Zur Berechnung, wann der Urknall stattgefunden hat, noch ein Hinweis: Da hatten wir den Vergleich mit deinem Freund angestellt, der dich beim Aufpusten des Ballons beobachtet und daraus „rückwärts“ berechnen kann, wann du damit angefangen hast. Aber die Rechnung stimmt natürlich nur, wenn der Ballon die ganze Zeit über im gleichen Tempo aufgepustet wurde. Will man das Alter des Universums berechnen, wird das etwas kompliziert, weil es sich möglicherweise zu Beginn schneller ausgedehnt hat als danach: Gerade war es noch klein wie eine Stecknadel oder Erbse, einen Sekundenbruchteil später – wuuussschhh – war es schon riesig groß.
Überraschung!
Lange spekulierten Wissenschaftler darüber, wie sich die Ausdehnung in Zukunft weiterentwickeln würde – und da gab’s eine ziemlich fette Überraschung! Man dachte nämlich, dass ja die Anziehungskräfte aller Sterne und Planeten und Gas- und Staubwolken – also all dieser Masse im gesamten Universum – dazu führen müssten, dass sich die Ausdehnung allmählich verlangsamt. Denn schließlich wirkt die Anziehungskraft, die Gravitation, ja genau in die andere Richtung: nämlich der Ausdehnung entgegengerichtet. Als ob da Gummibänder zwischen allen Galaxien gespannt wären, die sie zusammenhalten. Gäbe es im Weltall genug Materie, wäre all ihre Anziehungskraft zusammen vielleicht so stark, dass sie die Ausdehnung stoppen oder sogar umkehren könnte und dann alles wieder aufeinander zurast! Also: Wird die Ausdehnung nur allmählich langsamer? Oder kommt sie ganz zum Stillstand und kehrt sich sogar um? Auf diese Frage lieferten Beobachtungen mit großen Teleskopen und auch Satellitendaten vor einigen Jahren eine verblüffende Antwort: Beides ist falsch! Die Ausdehnung wird nämlich nicht langsamer und sie kommt schon gar nicht zum Stillstand, sondern sie schreitet immer schneller voran! Sie beschleunigt sich! Wow! Damit hatte man nicht gerechnet! Die einzig denkbare Erklärung: Eine geheimnisvolle Kraft, die der Gravitation entgegenwirkt, scheint da im Spiel zu sein. So eine Art Anti-Schwerkraft. Man nannte sie „Dunkle Energie“, hat aber bis heute keine Ahnung, um was es sich dabei handelt.
Dunkle Materie hält Galaxien zusammen – wie die Ketten an einem Kettenkarussell. Bild: K.-A.
Nur damit es hier keine Verwechslung gibt: Die „Dunkle Energie“ hat nichts mit der sogenannten „Dunklen Materie“ zu tun – außer der Tatsache, dass die Wissenschaft da auch noch ziemlich im Dunkeln tappt. Kurzfassung zur Erklärung: Dass es so etwas wie „Dunkle Materie“ geben könnte, geht auf folgende Überlegung zurück. Viele Galaxien sehen wie eine gigantische Frisbee-Scheibe aus: Sie bestehen aus Millionen und Milliarden Sternen, die um das Zentrum ihrer Galaxie kreisen. Sie sausen dabei allerdings so schnell im Kreis herum, dass sie eigentlich nach draußen weggeschleudert werden müssten – es sei denn, es gäbe so etwas wie eine zusätzliche Masse in den Galaxien, die eine zusätzliche Anziehungskraft ausübt und alles beieinander hält. Beispielsweise so wie die Ketten in einem Kettenkarussell, die alles festhalten.
Was war davor?
So, jetzt weiter im Text. Was war vor dem Urknall? Niemand weiß es. Selbst der Urknall ist ja nur eine Theorie – wenn auch auf Daten und vielen wissenschaftlichen Überlegungen beruhend. Er ist zurzeit eben das beste Modell, das wir zur Entstehung des Universums haben. Vielleicht wird sich eines Tages – über die heutigen Hinweise hinaus – bestätigen, dass alles wirklich so war. Vielleicht – nicht völlig auszuschließen – machen wir eines Tages aber auch eine Entdeckung, die die ganze Urknall-Theorie über den Haufen wirft. Bis dahin gilt sie jedenfalls. Und wenn mit dem Urknall der Raum und auch die Zeit überhaupt erst begonnen haben, dann ist schon die Frage, was „vorher“ war, unsinnig. „Vor“ Beginn der Zeit – das kann’s ja gar nicht geben, sonst hätte es da ja auch schon eine Zeit gegeben. Deshalb sagen viele Experten, dass die Frage gar nicht erlaubt sei. So wie es ja auch keinen Sinn macht, nach der größten aller Zahlen zu fragen: Welche Zahl man sich da auch immer ausdenkt – man kann immer noch 1 oder 2 oder eine andere Zahl dazu addieren und hätte eine noch größere. Aber weil es irgendwie ziemlich doof ist, nicht mal die Frage stellen zu dürfen, können wir ja trotzdem mal ein paar Überlegungen dazu anstellen, was vor dem Urknall gewesen sein könnte …
Zwei Möglichkeiten: etwas oder nichts!
Nehmen wir also mal an, es gab den Urknall wirklich. Was davor war – dazu gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder war davor nichts. Oder es war davor etwas anderes. Na bitte, damit sind wir schon mal etwas weiter.
Diese Grafik zeigt … nein: nicht den Urknall. Sie stellt vielmehr die Spuren kleinster Teilchen dar – und zwar beim Zusammenstoß in einem riesigen Teilchen-Beschleuniger. So heißen diese Forschungsanlagen, bei denen kleinste Teilchen in einer ringförmigen Röhre auf Crash-Kurs gebracht werden. Was die Forscher hier in der „Mini-Welt“ der kleinsten Teilchen untersuchen, könnte auch Hinweise darauf geben, was beim Urknall passiert ist. Die berühmteste Anlage dieser Art (von der auch dieses Bild stammt) findet sich beim CERN in der Schweiz. Bild: CERN
Sehen wir uns mal die erste Möglichkeit an: Vor dem Urknall war einfach nichts – und plötzlich ist da aus dem Nichts etwas entstanden. Hmmm … Da fragt sich, warum das überhaupt passiert ist. Warum gibt es nicht weiterhin „Nichts“? Und es fragt sich auch: Kann überhaupt aus dem „Nichts“ etwas entstehen? Um das zu beantworten, müssen wir vom großen „Makrokosmos“, dem Universum, mal kurz in den „Mikrokosmos“ der kleinsten Teilchen wechseln. Denn da gibt es tatsächlich so etwas: Da entstehen Teilchen immer mal für Sekundenbruchteile aus dem Nichts – und zwar immer zwei zusammen als „Paar“. Normalerweise verschwinden sie dann auch sofort wieder. Aber es gibt einige Wissenschaftler, die Folgendes annehmen: Vor dem Urknall sind im „Nichts“ immer wieder kurz solche „Mini-Teilchen“ entstanden und immer gleich wieder verschwunden – bis sie dann plötzlich nicht mehr verschwunden, sondern geblieben sind. Stellen wir uns mal ein solchen Teilchen-Paar wie zwei Disco-Besucher vor: Sie machen kurz die Tür auf, gucken rein – aber drinnen ist gähnende Leere, weil es noch recht früh am Abend ist. Niemand da, keiner tanzt. „Na, dann gehen wir wieder“, denken sich die beiden und verschwinden sofort wieder. Das geht einige Zeit so weiter: Ab und zu schaut irgendein Pärchen kurz zur Tür hinein – und weil immer noch nichts los ist, gehen sie sofort wieder weg. Irgendwann aber kommen zufällig mehrere Besucher gleichzeitig zur Tür rein – und weil sie jetzt nicht mehr ganz alleine wären und von hinten schon weitere Gäste drängeln und schupsen, bleiben sie. Andere Gäste flitzen auch schnell noch durch die Tür – und schwupp: Unsere Disco namens „Universum“ füllt sich blitzartig. Unser Disco-Beispiel ist natürlich wieder mal mega-mäßig vereinfacht. Wer es genauer wissen will, kann im Internet unter den Fachbegriffen „Vakuumfluktuation“ und „Virtuelle Teilchen“ nachsehen (ist aber ohne Physikstudium kaum zu verstehen). Nur nebenbei bemerkt: Nach dieser Theorie muss es vor dem Urknall schon einen Raum gegeben haben, der also nicht erst beim Urknall entstanden ist – aber in dem eben erst einmal „nichts“ war.
Wenden wir uns nun der zweiten dieser beiden Möglichkeiten zu: Wenn da vor dem Urknall nicht „nichts“, sondern „irgendetwas“ war, dann war es nicht „statisch“ und unbewegt – also nicht mit sich selbst im Gleichgewicht. Sondern es muss einen Prozess gegeben haben, der den Urknall ausgelöst hat. Es gab also so etwas wie ein „Ungleichgewicht“. Wieder mal ein simples Beispiel: Ein ruhiger See unten im Tal – das wäre eine Situation im Gleichgewicht. Der See liegt da still rum und liegt da still rum und liegt da still rum. Einfach so. Nichts fließt hin und her, es gibt kein Gefälle wie bei einem Fluss. Gegenbeispiel: Ein Stausee, bei dem die Mauer bricht und das Wasser ins Tal stürzt – das wäre eine Situation im Ungleichgewicht. Vielleicht ist da also ein anderes Universum zusammengebrochen? Das ist natürlich völlige Spekulation – wir wissen es nicht und es gibt für uns heute auch keinen Weg, es herauszufinden. Vielleicht hat auch bloß jemand einen Luftballon zu weit aufgepustet und … Peng! … gab’s ’nen Urknall und seitdem sausen die ganzen Filzstift-Galaxien durchs Zimmer. Okay, das war ein dummer Witz – sorry!
Nur ein Universum?
Aber Moment mal! Hatten wir da eben was von einem „anderen“ Universum gesagt? Gibt es vielleicht gar nicht nur unser Universum? Sondern mehrere? Viele? Diese Theorie ist in den letzten Jahren entstanden: Man spricht dabei von einem „Multiversum“, in dem unser Universum nur eines von vielen ist. Und wenn zwei zusammenstoßen, macht es „peng“. Wiegesagt: Das ist auch nur eine Theorie, bisher überhaupt nicht bewiesen und vielleicht auch nie beweisbar … Und die Frage, was „davor“ war, beantwortet sie auch nicht so ganz. Denn man könnte dann ja wieder fragen, was vor der Entstehung dieses „Multiversums“ war. Und selbst wenn man das wüsste, käme sicher wieder jemand mit der Frage daher, was denn davor war und immer so weiter. Auf langen Autofahrten nerven Kinder die Eltern immer wieder mit der Frage „Wann sind wir endlich da?“. Und so ähnlich ist es auch bei unserer „Gedanken-Fahrt“ zurück in der Zeit bis zum Anfang von allem. Was immer man antwortet, die nächste Frage lautet: „Und was war davor?“
Gedankenspiel mit einem „2D-Flächen-Menschen“
So, nach all den Theorien erzählen wir dir jetzt, wie es wirklich war! Nein, natürlich nicht – schön wär‘s. Wir waren nicht dabei und können nur Hinweise auswerten, darauf aufbauend Theorien entwickeln, sie durch neue Beobachtungen überprüfen – und dann vielleicht weitere Überlegungen anstellen. Eine ziemlich verrückte Überlegung noch zum Abschluss: Wir hatten über die Ausdehnung des Universums gesprochen. Und dass sie sich immer mehr beschleunigt, obwohl man eigentlich das Gegenteil erwarten würde, weil sich alle Materie im All wechselweise anzieht. Was wäre nun, wenn beides stimmt? Gleichzeitig! Der Gedanke ist dabei folgender: Wir glauben zu beobachten, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt und dass sich alle Galaxien immer weiter voneinander entfernen – und das können wir auch messen und es ist wohl auch so. Aber zugleich sausen all diese Galaxien dabei aufeinander zu!
Klingt unlogisch? Ja logisch, schon klar. Aber stell dir mal einen Moment lang folgendes vor:
Gedankenspiel zu einer „Wanderung“ um die ganze Erdkugel herum. Originalbild: NASA
Du läufst von einem Punkt auf der Erde los – immer geradeaus. Okay, wir müssen für dieses Gedankenspiel vorübergehend das Wasser aus den Ozeanen lassen. Moment, wir ziehen mal eben den Stöpsel … So, jetzt müsste es klappen. Du entfernst dich also immer weiter von dem Punkt, an dem du gestartet bist. Und plötzlich – nach vielen Jahren und einer ganzen Erdumrundung – kommst du wieder genau da an, wo du losgelaufen bist. Klar, du weißt, dass die Erde eine Kugel ist. Denn dir ist bekannt, dass es drei Dimensionen gibt: erstens vorwärts und rückwärts, zweitens rechts und links, drittens oben und unten. Was aber, wenn du nur zwei Dimensionen kennen würdest? Vor und zurück, rechts und links – alles kein Problem. Aber oben und unten? „Hä? Was soll denn oben und unten bedeuten?“ Das würdest du nicht verstehen – und deshalb könntest du dir auch gar keine Kugel vorstellen. 3D kennst du nicht, sondern nur 2D. Auf deinem Weg über die Erde denkst du, dass du dich die ganze Zeit auf einer ebenen Fläche fortbewegst – immer nur geradeaus. Und als „Flächen-Mensch“ glaubst du, dass du dich auf deiner Wanderung immer weiter von deinem Startpunkt entfernst. Das stimmt auch – aber gleichzeitig näherst du dich mit jedem Schritt in der 3D-Welt deinem Ausgangspunkt wieder an. Weil nämlich Start und Ziel dasselbe sind und du nach deinem Weg um die ganze Erdkugel herum wieder da ankommst, wo du losgelaufen bist.
Übertragen wir das mal kurz auf unsere Überlegungen zum Universum: Man geht davon aus, dass das Universum in einer vierten Dimension gekrümmt ist. Wir als 3D-Menschen können uns ein solches 4D-Universum nicht vorstellen – so wie sich ein 2D-Mensch keinen 3D-Raum und keine 3D-Erdkugel vorstellen kann. Und wenn wir mit einem super-schnellen Raumschiff immer geradeaus durchs Universum fliegen würden, wären wir überrascht, wenn wir irgendwann wieder da ankommen, wo wir losgeflogen sind.
Sind wir längst auf dem Rückweg?
Du merkst vielleicht schon, worauf das alles hinausläuft: Während sich die Galaxien immer weiter voneinander entfernen, könnte es ja sein, dass sie gleichzeitig längst wieder aufeinander zurasen, ohne dass wir das ahnen. Wir glauben, das All würde ich immer weiter ausdehnen – und zugleich zieht es sich längst wieder zusammen. Weil uns eine Dimension beim Denken fehlt, haben wir bloß noch nicht bemerkt, dass wir längst auf dem Rückweg sind. Die seltsame Dunkle Energie – die sich Wissenschaftler ja nur ausgedacht haben, um irgendwie zu erklären, warum die Ausdehnung des Universums immer schneller wird – würde man in diesem Fall gar nicht zur Erklärung benötigen: Denn sie wäre nichts anderes als die altbekannte, ganz normale Anziehungskraft, nur eben gewissermaßen aus der falschen Richtung kommend.
Stell dir nochmal kurz deine Wanderung als 2D-Mensch über die Erdkugel vor – und nimmt mal an, an deinem Startpunkt wäre ein starker Magnet. Außerdem musst du jetzt noch eine Ritterrüstung anziehen, damit dich der Magnet anzieht. Ja, die Rüstung ist unbequem, aber jetzt hör mal auf hier rumzumeckern! Okay. Mit größter Kraft läufst du los und entfernst dich vom Magneten. Immer noch spürst du im Rücken die Magnetkraft, die dich nach hinten zieht. Und nachdem du die halbe Erde umrundet hast und immer weiter geradeaus gehst, spürst du plötzlich von vorne eine andere seltsame Kraft, die dich immer weiter in die Richtung zieht, in die du läufst. Was das für eine „neue“ Kraft ist, die dich da anzieht, weißt du nicht. Du nennst sie „Dunkle Energie“ und ahnst nicht, dass es bloß wieder der Magnet ist, der dich anzieht ...
Nach diesem Gedankengang, bei dem die Dunkle Energie nichts anderes als die ganz normale Gravitation ist (nur eben in der „falschen“ Richtung wirkend), wäre es auch ganz logisch, dass sich die Ausdehnung des Universums immer mehr beschleunigt: Auch ein Apfel, der durch die Gravitation auf den Boden fällt, wird unterwegs immer schneller – und je mehr sich alles annähert, umso mehr zieht sich alles an. Am Ende würde das ganze Universum wieder auf einen Punkt zurasen – und dann käme es zu einem neuen „Knall“, vielleicht zu einem neuen „Urknall“ und alles würde wieder von vorne losgehen. Und dann wieder und wieder … Das würde auch die Frage beantworten, wohin sich das Universum ausdehnt: nicht in einen anderen Raum, der da „drumherum“ wäre (auch da würde jeder gleich wieder fragen, was denn jenseits dieses Raumes wäre). Sondern – Achtung: neue Wortschöpfung – es dehnt sich zusammen, und zwar zurück in der Zeit ;-) Tja, wir haben dich oben gewarnt: Das sind ziemlich verrückte Überlegungen. Und nochmal: Das ist reine Spekulation. Es steht noch nicht einmal fest, ob und wenn ja wie das Universum in sich „gekrümmt“ ist (da gibt es verschiedene Modelle und Theorien).
Jetzt ist aber Schluss
Kleiner Nachtrag ganz zum Schluss: Es gibt viele Theorien zu diesen Fragen – manche wie etwa die Stringtheorie klingen mindestens so verrückt wie unser kleines Gedankenspiel eben. Keine kann heute für sich beanspruchen, all die Rätsel des Universums zu lösen. Wir haben insgesamt schon eine Menge über unseren Kosmos herausgefunden – und doch stehen wir immer noch am Anfang dieser Entdeckungsreise durch den Raum und durch die Zeit (streng genommen hätten wir hier übrigens immer von der „Raumzeit“ reden müssen). Und gerade das macht es ja so aufregend. Dieser Text sollte dir zum Einstieg in das Thema nur etwas „Appetit“ machen auf mehr. Apropos „Appetit“: Jetzt müssen wir aber wirklich Schluss machen – der Kuchen mit den Rosinen ist nämlich fertig und muss dringend aus dem Ofen raus! Sonst gibt’s da noch ’nen Big Bang in der Küche … Und danach geht’s ab in die Disco. Mal gucken, ob da schon was los ist.
Ach ja: Die Ritterrüstung kannst du jetzt wieder ausziehen. Und räum mal dein Zimmer auf: Der Ballon mit den Punkten, die Luftschlange und all der andere Kram muss da doch nicht so in der Gegend rumliegen ;-)
Nachtrag: Eben mit einem angehenden Astrophysiker – Sebastian, 8 Jahre – im Rahmen eines einstündigen Forschungsaufenthalts hier im DLR die Frage, was vor dem Urknall war, nochmal eingehend diskutiert. Seine spontane These: „Vor dem Urknall war einfach ein schwarzer Klumpen – und der ist dann explodiert." Wir werden diese Schwarze-Klumpen-Theorie (kurz SKT) weiter untersuchen und danken Sebastian für diesen interessanten Denkanstoß!
Wenn du auch eine Frage hast: Schick sie uns über: next@dlr.de. Wir schreiben auf jeden Fall zurück - und besonders interessante Fragen beantworten wir hier auch öffentlich.