Das kleine 1x1 des Universums - WDR.de

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11.07.2015 Aufrufe

Der Urknall – Schritt für Schritt10 -43 Sekunden Die PlanckzeitDer früheste Zeitpunkt nach dem Urknall, über den die Physikeine Aussage treffen kann, beginnt 10 -43 Sekunden nach demUrknall, also eine Zehnmillionstel Milliardstel MilliardstelMilliardstel Milliardstel Sekunde. Man bezeichnet sie auch alsPlanck-Zeit, nach dem Physiker Max Planck, einem Begründerder Quantentheorie.Film 2.2 In Sekundenbruchteilen zum riesigen UniversumDie Zeiträume, die beim Urknall eine Rolle spielen, unterscheidensich zeitlich stark. Einige Prozesse haben sich über Milliarden vonJahren hingezogen, andere passierten in Bruchteilen einerSekunde. Daher geben wir in der folgenden Darstellung die Zeit inZehnerpotenzen einer Sekunde an: 10 0 Sekunden entsprecheneiner Sekunde. 10 1 Sekunden sind 10 Sekunden. 10 2 sind 100Sekunden und so weiter. Die nächste Stelle ist immer einZehnfaches der vorherigen. Entsprechend steht 10 -1 Sekunde füreine zehntel Sekunde, 10 -2 für eine hundertstel Sekunde usw.Insgesamt umfasst die Zeit vom Urknall bis heute 10 61Zehnerpotenzen. Vorstellen können sich das auch die Physikernicht mehr. Aber sie können damit rechnen und die Geschichtedes Urknalls entsprechend einteilen.Eine Aussage der Quantentheorie ist, dass man die Eigenschafteneines Teilchens nicht beliebig genau messen kann, es bleibt einegewisse Unschärfe. Diese Unschärfe gilt auch für die Zeit. FürZeiträume, die kürzer sind als die Planckzeit, kann man Ursacheund Wirkung nicht mehr auseinanderhalten. Ohne dieUnterscheidung von Ursache und Wirkung ist jedoch keine Physikmöglich. Daher kommen die Physiker nicht näher an den Urknallheran und schon gar nicht in eine Zeit vor den Urknall.Temperatur: 10 32 Grad Celsius10 -37 SekundenDas Universum als ErbseSobald das Universum entstanden ist, hat es sich auchausgedehnt, denn die Temperatur und damit der Druck warenunvorstellbar hoch. Hatte das Universum quasi punktförmigbegonnen, ist es nach 10 -37 Sekunden immerhin schon so groß7

wie eine Erbse. Bei dieser Größenangabe stellt sich natürlich dieFrage: Was war außerhalb? Die Antwort der Physiker isteindeutig, aber schwer vorstellbar. Der Urknall ist keine Explosionin einem bestehenden Raum, sondern der Raum als solcher isterst mit dem Urknall entstanden. Folglich gibt es kein Außerhalb.Das gleiche gilt für die Zeit, auch sie ist erst mit dem Urknallentstanden. In dieser Logik kann es also gar kein „vor demUrknall“ geben. Temperatur: 10 27 Grad Celsius10 -36 bis 10 -32 SekundenDie Phase der InflationDas Universum hat sich in einemwinzigen Augenblick um mehr als das10 26 -fache ausgedehntObwohl sich das Universum vonAnfang an ausgedehnt hat, kommtes kurzfristig zu einer sehr starkbeschleunigten Ausdehnung. DiePhysiker nennen dies die Phaseder Inflation. Das Universum hatsich in dem winzigen Augenblickzwischen 10 -36 bis 10 -32 Sekundenum mehr als das 10 26 -facheausgedehnt. Das bedeutet, jedes Stückchen Raum, das vor derInflation so groß war wie ein Atomkern, ist danach größer alsunsere komplette Milchstraße. Es ist bereits zu diesem frühenZeitpunkt größer als das heute sichtbare Universum und das hatimmerhin einen Durchmesser von fast 80 Milliarden Lichtjahren.Temperatur: 10 25 Grad Celsius10 -12 Sekunden„Urknall“ im LaborAm Teilchenbeschleuniger CERN im schweizerischen Genfwerden in einer 27 Kilometer langen Röhre Atomkerne auf fastLichtgeschwindigkeit beschleunigt. Nach mehrerenBeschleunigungsrunden werden sie dann an bestimmten Stellenaufeinander geschossen. Dort stehen riesige Messgeräte,sogenannte Detektoren. Mit ihnen versuchen die Physiker, denZusammenprall so genau wie möglich zu analysieren. Anhand derTeilchen, die sie dabei beobachten, bekommen sie Erkenntnissedarüber, wie die Materie aufgebaut ist und welche Kräftezwischen ihnen wirken. Die Energien, die im CERN-Beschleunigererzeugt werden, entsprechen den Bedingungen, die die zumZeitpunkt 10 -12 Sekunden (eine Millionstel Millionstel Sekunde)geherrscht haben müssen. Temperatur: 10 17 Grad Celsius10 -5 SekundenProtonen und Neutronen bilden sichDas Universum hat sich inzwischenso weit abgekühlt, dass sich dieelementaren Quarks-Teilchen zugrößeren Teilchen zusammensetzenkönnen. Die stabilsten undbekanntesten dieser Teilchen sinddas Proton und das Neutron. Beidebestehen aus jeweils drei Quarks,Protonen und Neutronen, die Bausteine derAtomkerne8

wie eine Erbse. Bei dieser Größenangabe stellt sich natürlich dieFrage: Was war außerhalb? Die Antwort <strong>de</strong>r Physiker istein<strong>de</strong>utig, aber schwer vorstellbar. Der Urknall ist keine Explosionin einem bestehen<strong>de</strong>n Raum, son<strong>de</strong>rn <strong>de</strong>r Raum als solcher isterst mit <strong>de</strong>m Urknall entstan<strong>de</strong>n. Folglich gibt es kein Außerhalb.<strong>Das</strong> gleiche gilt für die Zeit, auch sie ist erst mit <strong>de</strong>m Urknallentstan<strong>de</strong>n. In dieser Logik kann es also gar kein „vor <strong>de</strong>mUrknall“ geben. Temperatur: 10 27 Grad Celsius10 -36 bis 10 -32 Sekun<strong>de</strong>nDie Phase <strong>de</strong>r Inflation<strong>Das</strong> Universum hat sich in einemwinzigen Augenblick um mehr als das10 26 -fache ausge<strong>de</strong>hntObwohl sich das Universum vonAnfang an ausge<strong>de</strong>hnt hat, kommtes kurzfristig zu einer sehr starkbeschleunigten Aus<strong>de</strong>hnung. DiePhysiker nennen dies die Phase<strong>de</strong>r Inflation. <strong>Das</strong> Universum hatsich in <strong>de</strong>m winzigen Augenblickzwischen 10 -36 bis 10 -32 Sekun<strong>de</strong>num mehr als das 10 26 -facheausge<strong>de</strong>hnt. <strong>Das</strong> be<strong>de</strong>utet, je<strong><strong>de</strong>s</strong> Stückchen Raum, das vor <strong>de</strong>rInflation so groß war wie ein Atomkern, ist danach größer alsunsere komplette Milchstraße. Es ist bereits zu diesem frühenZeitpunkt größer als das heute sichtbare Universum und das hatimmerhin einen Durchmesser von fast 80 Milliar<strong>de</strong>n Lichtjahren.Temperatur: 10 25 Grad Celsius10 -12 Sekun<strong>de</strong>n„Urknall“ im LaborAm Teilchenbeschleuniger CERN im schweizerischen Genfwer<strong>de</strong>n in einer 27 Kilometer langen Röhre Atomkerne auf fastLichtgeschwindigkeit beschleunigt. Nach mehrerenBeschleunigungsrun<strong>de</strong>n wer<strong>de</strong>n sie dann an bestimmten Stellenaufeinan<strong>de</strong>r geschossen. Dort stehen riesige Messgeräte,sogenannte Detektoren. Mit ihnen versuchen die Physiker, <strong>de</strong>nZusammenprall so genau wie möglich zu analysieren. Anhand <strong>de</strong>rTeilchen, die sie dabei beobachten, bekommen sie Erkenntnissedarüber, wie die Materie aufgebaut ist und welche Kräftezwischen ihnen wirken. Die Energien, die im CERN-Beschleunigererzeugt wer<strong>de</strong>n, entsprechen <strong>de</strong>n Bedingungen, die die zumZeitpunkt 10 -12 Sekun<strong>de</strong>n (eine Millionstel Millionstel Sekun<strong>de</strong>)geherrscht haben müssen. Temperatur: 10 17 Grad Celsius10 -5 Sekun<strong>de</strong>nProtonen und Neutronen bil<strong>de</strong>n sich<strong>Das</strong> Universum hat sich inzwischenso weit abgekühlt, dass sich dieelementaren Quarks-Teilchen zugrößeren Teilchen zusammensetzenkönnen. Die stabilsten undbekanntesten dieser Teilchen sinddas Proton und das Neutron. Bei<strong>de</strong>bestehen aus jeweils drei Quarks,Protonen und Neutronen, die Bausteine <strong>de</strong>rAtomkerne8

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