🏊 ⛸️ 🍤 Zwei Urknalle 👨🏻‍⚕️ 👩🏿 😺

Wenn Wissenschaftler über den Urknall sprechen, meinen sie zwei Möglichkeiten. Aber nur einer von ihnen ist richtig.

Diese Theorien basieren auf der Hypothese, dass die gesamte Materie des Universums zu einem bestimmten Zeitpunkt in der fernen Vergangenheit in einem einzigen Urknall erschaffen wurde
- Fred Goyle

Wenn Sie aus wissenschaftlicher Sicht über den Beginn des Universums nachdenken, gibt es eine Theorie, die alles beschreibt, was wir besser sehen als andere: die Urknalltheorie. Aber nicht jeder stimmt zu, was genau den Urknall bedeutet.

Genauer gesagt deuten einige neue Aussagen darauf hin, dass es möglicherweise keinen Urknall gibt. Haben sie ein Recht auf Leben? Und was heißt das?

Um dies zu verstehen, gehen wir 100 Jahre zurück, als wir uns zum ersten Mal entschlossen haben, eine bestimmte Klasse von Himmelsobjekten - eine stumpfe Spirale und einen elliptischen Nebel - genauer zu betrachten.

Heute ist es einfach, diese Objekte zu betrachten und zu sagen: "Ah, das sind also Galaxien!" Aber vor hundert Jahren war es nicht so klar. Unsere Teleskope waren zu schlecht, um in diesen Objekten die einzelnen Sterne zu erkennen, aus denen sie bestanden, und wurden daher nur als eine Art Nebel betrachtet. Aber sie hatten etwas sehr Seltsames: Geschwindigkeit.

Sie sehen, jedes Element hat sein eigenes charakteristisches Spektrum - eine Reihe von Linien, die es absorbiert oder emittiert - und dieses Spektrum ist auf bestimmte Wellenlängen festgelegt. Beispielsweise emittiert Wasserstoff immer Linien bei 656, 486, 434 und 410 nm, von denen jede mit einem Übergang der Atomenergie verbunden ist. Und in diesen Spiralen und elliptischen Nebeln erschienen alle Absorptionslinien, aber sie waren stark von den üblichen verschoben.

Die einfachste Erklärung? Keine neuen Arten von Elementen oder Gesetzen der Physik. Es ist nur so, dass sich diese Objekte schnell auf uns oder von uns zu bewegten. So wie ein Geräusch - zum Beispiel die Sirene eines Polizeiautos - seine Höhe ändert, je nachdem, ob es sich von uns oder zu uns bewegt, ändert sich bei einem entfernten Objekt die Wellenlänge des Lichts, je nachdem, ob es sich von uns oder zu uns bewegt.

Wenn es sich auf uns zubewegt, verschiebt sich das Licht zum blauen Ende des Spektrums. Wenn von uns - zu rot. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts entdeckte Vesto Melvin Slifer, dass die überwiegende Mehrheit der Spiralobjekte Licht in das rote Spektrum verschoben hatte, so dass sie sich schneller bewegten als alle bekannten Objekte im Universum!

Aber erst in den 1920er Jahren begannen die Menschen, Teile dieses Puzzles zu sammeln. Edwin Hubble - das berühmte nach ihm benannte Teleskop - beobachtete Fackeln in diesen Spiralen auf der Suche nach Supernovae. Zu seiner Überraschung entdeckte er bei der Beobachtung von Andromeda die erste, dann die zweite und dann die dritte. Und dann sah er den vierten an derselben Stelle, an der der erste war! Er erkannte sofort, dass es keine Supernova war, sondern ein variabler Stern. Und dank eines Verständnisses der Natur variabler Sterne konnte er die Entfernung zum Objekt berechnen und feststellen, dass es sich außerhalb unserer Galaxie befand.

Als er merkte, dass Sterne in Spiralobjekten enthalten waren, hörte er hier natürlich nicht auf. Er begann Entfernungen zu Dutzenden anderer Galaxien zu messen, und als er die Daten mit Slifers Geschwindigkeitsdaten kombinierte, fand er etwas Bemerkenswertes: Je weiter eine Galaxie von uns entfernt war, desto schneller entfernte sie sich von uns.

Und so wurde das expandierende Universum geboren.

Im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie ist Raum-Zeit, gefüllt mit Materie oder Strahlung an verschiedenen Orten - und bei uns ist es nur das - nicht besonders gut darin, statisch zu bleiben. Je nach Energiegehalt dehnt es sich aus oder zieht sich zusammen. Heute dehnt sich unser Universum aus und bewegt sich von einem dichteren Zustand in der Vergangenheit.

Dies bedeutet auch, dass, da die Energie des Lichts (Strahlung) von seiner Wellenlänge abhängt, wenn das Universum früher kleiner war, es heißer war und die Energien darin höher waren.

Aber was ist, wenn wir es zurück extrapolieren? Stellen Sie sich vor, das Universum ist das, was es ist, aber wir werden es in der Vergangenheit kleiner und heißer machen. Wie wäre es, wenn wir weit genug zurückkehren würden?

Am Ende können Sie in einen so heißen und dichten Zustand gelangen, dass sich keine Atome bilden können. Überall wird heißes ionisiertes Plasma sein.

Noch früher können sich keine Atomkerne bilden; Protonen und Neutronen fliegen auseinander und bilden ein Meer freier Teilchen ohne andere Substanzen als Wasserstoff.
Zuvor werden Materie und Antimaterie spontan paarweise erzeugt, wodurch alle bekannten (und möglicherweise noch nicht offenen) Teilchen im Universum entstehen.

Und schließlich, wenn wir noch weiter in die Vergangenheit gehen, wo alles willkürlich und möglicherweise unendlich heiß und dicht war, kommen wir zu einer Singularität: einem Ort, an dem sich Zeit, Raum und Energie an einem Punkt konzentrieren. Und diese Idee, dass alles aus einem "kosmischen Ei", aus einem "Uratom" oder aus einem "willkürlich heißen und dichten Zustand" stammt und heute unter dem Namen Urknall bekannt ist.

Das war nur die ursprüngliche Definition des Urknalls. Seit diese Idee geäußert wurde, haben wir viel über das Universum gelernt. Insbesondere haben wir gelernt, dass das Universum neben Materie und Strahlung auch Energie enthält, die dem Raum selbst innewohnt, oder dunkle Energie oder eine kosmologische Konstante oder Vakuumenergie (dies sind Synonyme).

Jetzt ist es relativ klein, aber in den frühen Stadien war es viel unrealistisch.

Genau so: Vor der Ära der Dominanz von Materie und Strahlung im Universum herrschte die dem Raum selbst innewohnende Energie vor. Diese Theorie wurde erstmals in den 1970er und 1980er Jahren vorgeschlagen und durch Beobachtungen in den frühen 1990er Jahren bestätigt. Wir sprechen über die kosmologische Inflation (oder das inflationäre Universum): über die Zeit, in der im Universum keine Materie mit Strahlung vorherrschte, sondern die dem Raum selbst innewohnende Energie.

Und das Universum, in dem Vakuumenergie oder Inflation vorherrscht, entwickelt sich nicht wie das Universum mit der Vorherrschaft von Materie oder Strahlung.

Es mag scheinen, dass sie sich in kleinen Dingen unterscheiden, sich aber gleichzeitig mit einer bestimmten Geschwindigkeit ausdehnen, beginnend ab einem bestimmten Punkt. Aber ist das so? Schauen wir uns den Anfang an.

Die blauen und roten Linien sind das traditionelle Urknall-Szenario, bei dem alles bei t = 0 beginnt, einschließlich der Raumzeit. Bei Inflation (gelb) erreichen wir jedoch nicht die Singularität. Stattdessen können wir in der Vergangenheit auf eine beliebig kleine Größe gehen, und die Zeit geht zurück ins Unendliche.

Das Universum, in dem Materie oder Strahlung vorherrschen, entsteht aus einer Singularität in dem Moment, in dem Raum und Zeit selbst zum ersten Mal erscheinen, und im inflationären Universum existiert ein solcher Moment nicht.

Mit anderen Worten, der Punkt, von dem aus nach unseren Vorstellungen Raum und Zeit erschienen, muss nicht Teil des Urknalls sein, selbst wenn es zu Beginn des Universums eine Inflationsphase gibt.

Wenn Kosmologen - eine Abteilung der Astrophysik, die an der Geburt und Entwicklung des Universums beteiligt ist - über den Urknall sprechen, meinen sie eines von zwei
Dingen : den heißen, dichten, expandierenden Zustand, aus dem das beobachtbare Universum entstand, der sich ausdehnte, abkühlte und Elemente hervorbrachte. Atome, Sterne, Moleküle, Planeten und wir.
Die ursprüngliche Singularität, die die Geburt von Raum und Zeit darstellt.

Das Problem ist, dass, wenn diese Erklärungen in den 1960er Jahren austauschbar waren, dies jetzt nicht mehr der Fall ist.

Die erste Erklärung - ein heißer, dichter, expandierender Zustand - macht in der Rolle des Urknalls immer noch Sinn, aber die zweite ist nicht mehr da. Über die Frage, woher Raum und Zeit kamen, wird auf beiden Seiten immer noch diskutiert, und diese jüngste Arbeit ist nur ein Tropfen auf den heißen Stein dieser Streitigkeiten.

Die Hauptsache, die daraus verstanden werden muss, ist der Urknall, obwohl hier alles herkommt, was wir im Universum sehen, aber es ist nicht der Anfang. Solange diese Erklärung sinnvoll ist, können wir auf das inflationäre Universum zurückgreifen, und wir haben genug Grund, darüber zu streiten und zu diskutieren, was genau dies bedeutet, um alles zu beginnen, was wir wissen.

Aber gab es einen Urknall? Nach der ersten Definition natürlich. Und wenn Sie den zweiten verwenden, überdenken Sie den verwendeten Begriff besser. Auch wenn Sie nicht der einzige sind, der es benutzt, machen Sie es richtig?

Zwei Urknalle

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