Der Urknall

1929 trug Edwin Hubble am Mount-Wilson-Observatorium — dort stand das größte Teleskop der Welt — einen Datensatz zusammen, der es in sich hatte. Er hatte Entfernungen von Galaxien bestimmt, gestützt auf die Perioden-Leuchtkraft-Beziehung der Cepheiden, die Henrietta Leavitt 1912 aufgestellt hatte — veränderliche Sterne, deren regelmäßiger Puls zwischen hell und dunkel ihre wahre Leuchtkraft verrät —, und dazu die Rotverschiebung ihres Lichts gemessen: Das Licht einer Quelle, die sich entfernt, wird zu längeren, röteren Wellenlängen gedehnt, und zwar umso stärker, je größer die Entfernung. Das Muster war nicht zu übersehen und heißt seither Hubble-Gesetz: Je weiter eine Galaxie entfernt ist, desto schneller entfernt sie sich. Dafür gibt es nur eine Erklärung — das Universum expandiert. Lässt man die Expansion rückwärts laufen, war zu einem endlichen Zeitpunkt der Vergangenheit alles in einem einzigen Punkt versammelt: Das Universum hatte einen Anfang. Urknall — „Big Bang“ — heißt dieser Moment heute; geprägt hat das Wort Fred Hoyle 1949 in einer BBC-Sendung — als Spott, beteuerte er zeitlebens, sei es nicht gemeint gewesen. Hoyle verlor die Debatte, das Wort blieb.

Das Universum expandiert nicht in einen umgebenden Raum hinein; die Expansion ist innere Sache: Überall zugleich wachsen die Abstände zwischen den Galaxien, und aus dieser Dehnung rührt ihre Rotverschiebung. Das heutige Tempo gibt die Hubble-Konstante an; die Messungen der 2020er Jahre liegen bei H₀ ≈ 67–73 km/s/Mpc. Rückwärts gerechnet rückt alles zusammen, Dichte und Temperatur steigen über jede Grenze, bis ganz am Anfang eine Singularität steht — ein Zustand formal unendlicher Dichte, an dem die Allgemeine Relativitätstheorie selbst zusammenbricht. Über diesen allerersten Augenblick lässt sich ohne eine Theorie der Quantengravitation, die wir nicht besitzen, nichts sagen. Von da an aber steht die Chronologie: Einen winzigen Sekundenbruchteil nach dem Anfang bläht die kosmische Inflation (Guth, 1980) einen Bereich von Quantenabmessungen auf kosmisches Format auf — das erklärt, warum das Universum so flach und so gleichförmig aussieht, und sät zugleich die schwachen Dichteschwankungen, aus denen später die Galaxien wachsen. Nach rund einer millionstel Sekunde schließen sich Quarks zu Protonen und Neutronen zusammen. Nach drei Minuten schmiedet die primordiale Nukleosynthese die leichtesten Kerne — Helium, Deuterium, Lithium — in Mengenverhältnissen, die hochpräzise zu den Beobachtungen passen. Nach 380 000 Jahren die Rekombination: Das Universum ist kühl genug geworden, dass Elektronen sich an Kerne binden, und das Licht kommt frei. Genau dieses Licht durchflutet den Himmel bis heute — als kosmische Hintergrundstrahlung (CMB), das Nachglühen des heißen frühen Universums, inzwischen abgekühlt auf ein schwaches Mikrowellenglimmen von 2,7 K, das den ganzen Raum erfüllt und in seinen winzigen Temperaturschwankungen die Dichtestruktur zur Zeit der Rekombination aufbewahrt. In den ersten paar hundert Millionen Jahren zünden die ersten Sterne und Galaxien. Nach 13,8 Milliarden Jahren: jetzt. Das kosmologische Standardmodell ΛCDM — Dunkle Energie plus Kalte Dunkle Materie plus gewöhnliche Materie — passt mit ganzen sechs Parametern auf eine gewaltige Spannweite von Beobachtungen, obwohl zwei dieser Parameter (Dunkle Materie, Dunkle Energie) Dinge benennen, deren physikalische Natur im Kern unbekannt geblieben ist.