Der Urknall und der Ursprung von allem

Wie hat das Universum begonnen? Das ist eine Frage, über die Wissenschaftler und Philosophen im Laufe der Geschichte nachgedacht haben, als sie den Sternenhimmel über sich betrachteten. Es ist die Aufgabe der Astronomie und Astrophysik, eine Antwort zu geben. Es ist jedoch nicht einfach anzugehen.

Die ersten großen Schimmer einer Antwort kamen 1964 vom Himmel. Zu diesem Zeitpunkt entdeckten die Astronomen Arno Penzias und Robert Wilson ein Mikrowellensignal, das in den Daten vergraben war, die sie zur Suche nach Signalen von Echo-Ballonsatelliten verwendeten. Sie gingen damals davon aus, dass es sich einfach um unerwünschtes Rauschen handelte, und versuchten, das Signal herauszufiltern.

Es stellt sich jedoch heraus, dass das, was sie entdeckten, aus einer Zeit kurz nach dem Beginn des Universums stammte. Obwohl sie es damals noch nicht wussten, hatten sie das entdeckt Kosmischer Mikrowellenhintergrund (CMB). Das CMB war durch eine Theorie namens Urknall vorhergesagt worden, die darauf hinwies, dass das Universum als dicht heißer Punkt im Raum begann und sich plötzlich nach außen ausdehnte. Die Entdeckung der beiden Männer war der erste Beweis für dieses Urereignis.

Was hat die Geburt des Universums ausgelöst? Laut Physik entstand das Universum aus einer Singularität - ein Begriff, mit dem Physiker Regionen des Raums beschreiben, die sich den Gesetzen der Physik widersetzen. Sie wissen sehr wenig über Singularitäten, aber es ist bekannt, dass solche Regionen in den Kernen von existieren Schwarze Löcher. Es ist eine Region, in der die gesamte Masse, die von einem Schwarzen Loch verschlungen wird, zu einem winzigen Punkt zusammengedrückt wird, unendlich massiv, aber auch sehr, sehr klein. Stellen Sie sich vor, Sie stopfen die Erde in etwas von der Größe eines Punktes. Eine Singularität wäre kleiner.

Das heißt jedoch nicht, dass das Universum als Schwarzes Loch begann. Eine solche Annahme würde die Frage nach etwas Bestehendem aufwerfen Vor der Urknall, der ziemlich spekulativ ist. Per Definition gab es vor dem Beginn nichts, aber diese Tatsache schafft mehr Fragen als Antworten. Wenn zum Beispiel vor dem Urknall nichts existierte, warum wurde die Singularität überhaupt geschaffen? Es ist eine "Gotcha" -Frage, die Astrophysiker immer noch zu verstehen versuchen.

Sobald jedoch die Singularität geschaffen wurde (wie auch immer es geschah), haben die Physiker eine gute Vorstellung davon, was als nächstes geschah. Das Universum befand sich in einem heißen, dichten Zustand und begann sich durch einen Prozess namens Inflation auszudehnen. Es ging von sehr klein und sehr dicht zu einem sehr heißen Zustand. Dann kühlte es ab, als es sich ausdehnte. Dieser Prozess wird heute als Urknall bezeichnet, ein Begriff, der erstmals von Sir Fred Hoyle während einer Radiosendung der British Broadcasting Corporation (BBC) im Jahr 1950 geprägt wurde.

Obwohl der Begriff eine Art Explosion impliziert, gab es wirklich keinen Ausbruch oder Knall. Es war wirklich die schnelle Erweiterung von Raum und Zeit. Stellen Sie sich vor, Sie sprengen einen Ballon: Wenn jemand Luft einbläst, dehnt sich das Äußere des Ballons nach außen aus.

Das sehr frühe Universum (zu einer Zeit, die nur wenige Sekundenbruchteile nach dem Beginn des Urknalls lag) war nicht an die Gesetze der Physik gebunden, wie wir sie heute kennen. Daher kann niemand mit großer Genauigkeit vorhersagen, wie das Universum zu dieser Zeit aussah. Doch Wissenschaftler haben war in der Lage, eine ungefähre Darstellung der Entwicklung des Universums zu erstellen.

Erstens war das Säuglingsuniversum anfangs so heiß und dicht, dass sogar Elementarteilchen wie Protonen und Neutronen konnten nicht existieren. Stattdessen verschiedene Arten von Angelegenheit (Materie und Antimaterie genannt) kollidierten miteinander und erzeugten reine Energie. Als sich das Universum in den ersten Minuten abkühlte, begannen sich Protonen und Neutronen zu bilden. Langsam kamen Protonen, Neutronen und Elektronen zusammen, um Wasserstoff und kleine Mengen Helium zu bilden. In den folgenden Milliarden von Jahren bildeten sich Sterne, Planeten und Galaxien, um das aktuelle Universum zu erschaffen.

Also zurück zu Penzias und Wilson und dem CMB. Was sie gefunden haben (und wofür sie gewonnen haben a Nobelpreis) wird oft als „Echo“ des Urknalls bezeichnet. Es hinterließ eine Signatur von sich selbst, genau wie ein Echo, das in einer Schlucht zu hören ist, eine „Signatur“ des Originaltons darstellt. Der Unterschied besteht darin, dass der Hinweis des Urknalls anstelle eines hörbaren Echos eine Wärmesignatur im gesamten Raum ist. Diese Signatur wurde speziell vom Raumschiff Cosmic Background Explorer (COBE) und dem Wilkinson Mikrowellenanisotropiesonde (WMAP). Ihre Daten liefern den klarsten Beweis für das kosmische Geburtsereignis.

Während Urknall Die Theorie ist das am weitesten verbreitete Modell, das die Ursprünge des Universums erklärt und von allen unterstützt wird Als Beobachtungsnachweis gibt es andere Modelle, die dieselben Nachweise verwenden, um einen etwas anderen zu erkennen Geschichte.

Einige Theoretiker argumentieren, dass die Urknalltheorie auf einer falschen Prämisse basiert - dass das Universum auf einer sich ständig erweiternden Raumzeit aufgebaut ist. Sie legen ein statisches Universum nahe, wie es ursprünglich von Einsteins Theorie von vorhergesagt wurde generelle Relativität. Einsteins Theorie wurde erst später modifiziert, um der Art und Weise Rechnung zu tragen, wie sich das Universum auszudehnen scheint. Und Expansion ist ein großer Teil der Geschichte, insbesondere da es um die Existenz von geht dunkle Energie. Schließlich scheint eine Neuberechnung der Masse des Universums die Urknalltheorie der Ereignisse zu unterstützen.

Während unser Verständnis der tatsächlichen Ereignisse noch unvollständig ist, helfen CMB-Daten dabei, die Theorien zu formen, die die Geburt des Kosmos erklären. Ohne den Urknall könnten keine Sterne, Galaxien, Planeten oder Leben existieren.

• Der Urknall ist der Name für das Geburtsereignis des Universums.
• Es wird angenommen, dass der Urknall stattgefunden hat, als etwas die Expansion einer winzigen Singularität vor etwa 13,8 Milliarden Jahren auslöste.
• Licht von kurz nach dem Urknall ist als kosmische Mikrowellenstrahlung (CMB) erkennbar. Es repräsentiert Licht aus einer Zeit, als das neugeborene Universum etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall aufleuchtete.

• "Der Urknall." NASA, NASA, www.nasa.gov/subject/6890/the-big-bang/.
• NASA, NASA, science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-powered-the-big-bang.
• "Die Ursprünge des Universums." National Geographic, National Geographic, 24. April 2017, www.nationalgeographic.com/science/space/universe/origins-of-the-universe/.

Aktualisiert und bearbeitet von Carolyn Collins Petersen.