Vom Anfang Bis Zum Ende Des Universums

Vom Anfang bis zum Ende des Universums Also spätestens wenn ich euch den Titel meines Referates sage, werdet ihr wissen, um was es im Ganzen geht, nämlich schicht um das Thema: Vom Anfang bis zum Ende des Universums, so, und damit ihr jetzt mal eine einwenig konkretere Vorstellung von dem bekommt, was ich alles ansprechen werde, hier eine kleine Übersicht: Also erstmal das wichtigste Ereignis in der Geschichte des Universums überhaupt, nämlich der Urknall, danach die Entstehung von Galaxien, in denen darauf hin die ersten Sterne entstanden sind, ein weiterer Punkt. Aber nicht nur das Entstehen sonder auch das Vergehen dieser Sterne, denn eng damit wiederum ist die Entstehung von Planetensystemen verbunden. Wenn ich an diesem Punkt nachher angekommen bin werde ich unser Sonnensystem als Beispiel nehmen, wir haben ja auch ein ganz schönes hier und auch so ist die Zukunft unserer Erde und Sonnensystems einfach interessanter als die Zukunft vom Planetensystem XY. Auch das Ende von Sonnensystemen werde ich ansprechen, auch wieder mit unserem als Beispiel. Und damit sich der Kreis schließt werde ich auch das Ende des Universums behandeln. Also jetzt wisst ihr, was kommt. Eines noch vorweg: Die erste Hälfte des Referates, nämlich der Urknall, ist etwas detaillierter ausgefallen als die zweite Hälfte, denn, ich sag es mal so, da gilt: was hier unwichtig erschient kann im späteren Verlauf wichtig werden. Deswegen ist die erste Hälfte im Gegensatz zur anderen recht genau ausgefallen.

Also, dann fangen wir mal ganz einfach an: (ich lege eine Folie mit dem nächtlichen Sternenhimmel auf). Dies dürfte ein Bild sein, dass uns allen bestens bekannt ist, der nächtliche Sternenhimmel. Wie wertvollste Diamanten, so glitzern die maximal 6000 mit bloßem Auge sichtbaren Sterne jede Nacht über unseren Köpfen, scheinen zum greifen nahe, sind aber doch unerreichbar weit weg. Schon beim Betrachten eines so simplen Bildes kann man sich jedoch schon eine ganze Reihe von Fragen stellen, die erste, die einem einfallen würde wäre sicherlich die hier: Wie hat das eigentlich alles angefangen? Wo kommen denn diese ganzen kosmischen Diamanten her? Wie sind sie entstanden und was war davor? Haben oder hatten sie vielleicht auch etwas mit unserer eigenen Existenz zu tun? Und ihr werdet sehen, das haben sie, aber vorerst gehen wir mal langsam in Richtung des Anfangs von allem. In der Einleitung ist der Begriff, mit dem man den Anfang von allem beschreibt, bereits zweimal gefallen, nämlich der Urknall, der Big Bang, der Tag ohne Gestern, der Schlag den keiner gehört hat. Das sind alles Koseformen für den Urknall. Bevor ich nun anfange zu beschreiben, was beim Urknall geschehen ist, müsst ihr zuerst verstehen, wie man zu der Stellung der Urknalltheorie überhaupt kam, ansonsten könntet ihr nachher ziemlich verwirrt sein. Damit das ganze etwas anschaulicher ist, werde ich diesen Ballon hier als Model für das Universum hernehmen, ihr werdet gleich sehen, warum:

Wenn man so will, kann man sagen, dass das alles bereits 1912 begann, damals stellte der Astronom Vesto Slipher fest, dass sich Gaswolken im All von uns entfernen, ein erster Hinweis auf den Ursprung des Universums. Das mag sich euch jetzt vielleicht noch nicht so richtig erschließen, aber gleich, denn richtig angefangen hat alles erst in den 20er Jahren, als

Edwin Hubble, ein amerikanischer Astronom, nun endgültig nachgewiesen hat, dass das ganze Universum expandiert. Merkt ihr nun was? Expansion, das heißt gestern war’s kleiner als heute, und vorgestern kleiner als gestern usw. Und so ist man schließlich auf die Idee gekommen, die zeitliche Entwicklung des Universums rückwärts zu verfolgen, und dadurch muss man irgendwann bei einem Punkt ankommen, in dem alle Materie die sich heute im Kosmos befindet, in einem schier unendlich dichten Punkt vereint gewesen sein musste. Das mache ich euch nun hier am Beispiel Luftballon deutlich.

So, das war jetzt eine grobe Schilderung, wie man zu der Stellung dieser Urknalltheorie kam, damit ihr wisst, wie man denn auf eine solche Idee kommen kann, dass dieses riesen Ding von einem Universum, dessen sichtbarer Teil einen Durchmesser von guten 30 Milliarden Lichtjahren hat, aus einem schier unendlich kleinen Punkt heraus entstanden sein soll. So viel mal dazu. Da ihr nun wisst, dass das Universum expandiert und in ferner Vergangenheit, zu der wir nun reisen werden, sehr kompakt und klein war, könnt ihr nun selbst den kosmischen Film rückwärts laufen lassen, alle Objekte im Universum einander näher kommen lassen, bis schließlich besagter Punkt erreicht ist. An jenem Punkt, den ich mit dem Ballonbeispiel natürlich nicht korrekt darstellen kann, beginnt die Geschichte des Universums: Wir befinden uns nun 13,7 Milliarden Jahre in der Vergangenheit, direkt am Urknall. Den Urknall selbst Teilt man in mehrere Phasen ein, die ich euch hier übersichtlich auf zwei Folien zusammengestellt habe, mit jeweils den wichtigsten Informationen zu der jeweiligen Phase. In seiner ersten Phase, die das Universum nach seiner Entstehung durchlief und die man 13,7 Milliarden Jahre später Planck-Ära nennen wird, da alles noch Planck-Maße hatte, hatte es eine Temperatur von 10 hoch 32 K, einen Druck von 10 hoch 94 g/cm³, einen Durchmesser von 10 hoch -35 m und war noch zeitlos, da es sich noch im Zustand der sogenannten Supersymmetrie befand, einen symmetrischeren Zustand als in der Planck-Ära gibt es nicht. Warum ist das Universum deswegen aber zeitlos? Ganz einfach, wenn perfekte Symmetrie herrscht, dann gibt es keine Entwicklung, die voranschreiten könnte und Zeit als Maß fortschreitender Entwicklung ist nicht existent. Auch bestand das Universum noch aus purer Energie, noch keiner Materie, die sollte ich erst noch bilden. Der Anfangszustand unseres Universums ist also ein äußerst symmetrischer, heißer und dichter Zustand. Macht euch das noch mal klar, ich rede gerade von einem Universum, unserem Universum, das noch so winzig ist, dass ich es hier auf meinem Fingernagel halten könnte, es war so klein, dass man es mit bloßem Auge, wäre ein Beobachter anwesend gewesen, nicht sehen könnte.

Doch das sollte nicht so bleiben. In der auf die Planck-Ära folgende Phase, dem sogenannten Inflationären Universum, die 10 hoch -36s nach dem Urknall anfing, begann das Universum zwischen den Zeitpunkten 10 hoch -36 und 10 hoch -33s mit Überlichtgeschwindigkeit zu expandieren. Man nennt diese Phase deshalb Inflationäres Universums aufgrund des lateinischen Wortes Inflationis, was so viel bedeutet wie anschwellen und aufblähen, und genau das geschah ja. Das es mit Überlichtgeschwindigkeit expandierte steht auch nicht im Widerspruch zur Relativitätstheorie, nach der die maximale Ausbreitungsgeschwindigkeit von allem die Lichtgeschwindigkeit ist, denn was während der Inflation mit

Überlichtgeschwindigkeit expandierte war der Raum selbst, die sich in ihm befindliche Energie wurde einfach mitgerissen. Aber ich will nun gar nicht näher auf diese Phase eingehen, da das nicht ganz so leicht sein könnte, aber das wäre nicht einmal das Problem, das doofe ist, dass es so lange dauern würde, das könnte ein gesamtes anderes Referat füllen, aber gut. Wichtig ist nun sowieso nur, dass das Universum in dieser Ära seinen Durchmesser von gerade noch 10 hoch -35 m auf einen Meter ausgeweitet hat.

Gibt es bis hierhin schon Fragen?

Also, wir befinden uns jetzt ca. 10 hoch -33 s nach dem Urknall, also fast nichts, die Temperatur betrug 10 hoch 27 Grad, der Durchmesser des Universums einen Meter, von nun an expandiert es normal weiter. Nun entstanden aus der sehr hohen Energie spontan Teilchen und Antiteilchen, also Materie. Doch gab es ein kleines Problem, und das kann man sich wirklich mal auf der Zunge zergehen lassen, denn damals, innerhalb von einer Sekunde nach dem Urknall ist entschieden worden, ob es in diesem Universum jemals irgendetwas geben sollte, also Planeten, Sterne, Menschen, Regenwürmer, irgendetwas. Doch, wie schon gesagt, gab es da ein Problem, denn es entstanden ja Teilchen und Antiteilchen, und wenn ein Teilchen und ein Antiteilchen zusammenkommen, kommt es zu einem Vorgang, der sich Annihilation nennt, d.h. die beiden Teilchen werden wieder zu Energie. Aber es gibt uns ja, was ist also damals geschehen? Logischerweise muss es einen Überschuss an Teilchen gegeben haben, also weniger Antiteilchen als Teilchen, es war ziemlich genau so: Auf ca. 10 Milliarden Vernichtungen blieb ein Teilchen über. Und damals befand sich ja Energie und Materie im sogenannten thermischen Gleichgewicht, thermisch deswegen, weil es ja so heiß war, das heißt, solange die Temperatur hoch genug war, konnte sich aus Energie Materie bilden und umgekehrt. Aber das funktioniert nur, wenn die Temperatur hoch genug ist, aber die Temperatur fiel ja ständig, warum, klar, das Universum expandierte ja schon, also ist die Temperatur immer mehr gefallen, bis sie schließlich an einem Punkt ankam, an dem keine schweren Teilchen mehr produziert werden konnten. Es waren jetzt also noch die letzten Teilchen und Antiteilchen da, die noch produziert werden konnten, die vernichteten sich und dann blieb ein Überschuss an Teilchen über, aus denen sich heute alles zusammenbaut, was wir so um uns herum sehen, wir selber mit eingeschlossen. Aber was waren das für Teilchen? Ich male euch jetzt mal schnell den groben Aufbau der Materie, die wir so um uns herum haben und die damals bereits, vor 13,7 Milliarden Jahren, entstanden ist, an die Tafel, dann könnt ihr mir besser folgen…..(ich fange an zu malen)

Hier ist jetzt also der grobe Aufbau der Materie, die wir so um uns herum haben. Und das, ich sagte es eben schon, ist alles beim Urknall entstanden. Die ersten Teilchen, die entstanden sind, sind diese hier, die allerkleinsten, die Elementarteilchen, die sogenannten Quarks. Das sind die ersten Teilchen, die entstanden sind, und sich vernichtet haben, aber es blieb ja glücklicherweise ein Überschuss übrig. Diese Ära nennt man die Quark-Ära, die begann, als die Inflationäre Phase endete, also ca. 10 hoch -33 s nach dem Urknall, und war vorbei ca. 10 hoch -6 s nach dem Urknall.

Was haben wir also bisher für ein Universum? Ein Universum, in dem die Temperatur ständig durch die Expansion weiter fiel, das aber immer noch eine Temperatur von 10 hoch 13K hatte, und das bisher 10 hoch -6 s „alt“ ist. Nach der Quark-Ära ging es mit der Hadronen-Ära weiter, eben nach 10 hoch -6s nach dem Urknall. Hadronen sind eine Gruppe von Teilchen, die aus Quarks aufgebaut sind, also eigentlich logisch, warum auf die Quark-Ära die Hadronen-Ära folgt. Die Temperatur in dieser Ära betrug ca. 10 hoch 13 Grad, zu niedrig, als das Quarks noch als freie Teilchen hätten bestehen können, nein, sondern sie haben sich zu Hadronen vereinigt. Schwere Hadronen sind sofort wieder zerfallen und es blieben schließlich Protonen und Neutronen übrig, hier, habe ich euch ja aufgemalt. Ihr merkt vielleicht, dass es sich beim Urknall nach dem „vom Kleinen zum Großen“ Prinzip verhalten hat, denn zuerst waren nur Quarks da, jetzt sind es schon Protonen und Neutronen. Also, Protonen und Neutronen erfüllen jetzt das Universum, welches kontinuierlich weiter expandiert, nicht vergessen, die Vorgänge, die im Universum stattgefunden haben sind durch die Expansion beeinflusst worden, denn aus der Expansion resultiert fallende Temperatur und unter manchen Temperaturgrenzen frieren manche Reaktionen von Teilchen aus.

Also, wir haben bisher ein Universum, welches von Protonen und Neutronen, den sogenannten Nukleonen erfüllt wurde. Nukleonen deshalb, weil Protonen und Neutronen die Atomkernbausteine sind. Die Temperatur im Universum beträgt nun nur noch 10 hoch 12 K und wir befinden uns 10 hoch -4 s nach dem Urknall. Dieser Zeitpunkt markiert den Beginn einer neuen Ära, der sogenannten Leptonen-Ära. Leptonen ihrerseits sind wieder eine Gruppe von Elementarteilchen, nämlich die ganz leichten Teilchen. Damit leichte Teilchen aus der noch im Universum vorhandenen Energie erzeugt werden können reicht auch eine niedrigere Temperatur aus, also diese 10 hoch 12 Grad. Allerdings sind wieder Teilchen und Antiteilchen entstanden, welche sich vernichteten und am Schluss wieder ein Überschuss von Teilchen vorhanden war. Diese Teilchen, die da entstanden sind, waren Elektronen und deren Antiteilchen, die Positronen. Beides sind sehr leichte Teilchen, also Leptonen, deswegen heißt die Ära ja Leptonen-Ära. Jetzt haben sich also Elektronen und Positronen vernichtet. Es blieb ein Überschuss an Elektronen über. Nach diesen Vernichtungen begann nun ein Vorgang, der äußerst wichtig war für das spätere Entstehen von Sternen und Leben. Doch um mal wieder klar zu machen, was das eigentlich mir unserer Existenz zu tun hat: Zu diesem Zeitpunkt im frühen Universum, ca. eine bis zehn Sekunden nach dem Urknall, war die Bildung der Materie, aus der sich heute alles, also auch wir selbst und unser Planet, zusammensetzt, abgeschlossen, von da an wurde sie nur noch transformiert in andere Materie, also z.B. von Wasserstoff zu Helium. Das sollte nun passieren, in der nächsten, sehr wichtigen Phase, die das Universum durchlief.

Die Temperatur fiel 10 Sekunden nach dem Urknall auf ca. 10 hoch 9K, also das Universum hatte eine Temperatur von ca. eine Milliarde Grad, das ist eine Temperatur, bei der Kernfusionen stattfinden konnten, und genau das ist geschehen. Wir hatten ja bisher ein Universum, welches von Protonen und Neutronen aufgefüllt war, doch bei dieser Temperatur nun fanden Kernfusionen statt von Protonen und Neutronen.

Ich habe euch hier das Periodensystem der Elemente mitgebracht, da kann ich euch das wenigstens ein bisschen bildhaft beschreiben, was da los war. (Ich lege die Folie des Periodensystems auf) Also, hier seht ihr das erste und einfachste Element überhaupt, nämlich Wasserstoff. Es hat nur ein Proton und ein Elektron außen herum. Und jetzt ist wichtig: Im frühen Universum herrschte ein Verhältnis von 7:1 von Protonen und Neutronen. Also zu jedem Neutron gab es sieben Protonen. Und ich sagte ja eben, ein Proton allein ist schon fast Wasserstoff, würde nur noch das Elektron außen herum fehlen, aber die Protonen konnten die Elektronen, die in der Leptonen-Ära entstanden sind, noch nicht an sich binden, die Elektronen hatten noch viel zu viel Kinetische Energie, also Bewegungsenergie, aufgrund der großen Hitze, die immer noch herrschte. OK, es gab also zu jedem Neutron sieben Protonen. Nun fanden die Kernfusionen statt. Es entstanden 75% Wasserstoff, 25% Helium, hier, das zweite Element, es hat 2 Protonen und 2 Neutronen im Kern, ebenfalls entstanden noch ein klein wenig Lithium, viel weniger Beryllium und ein winziger Anteil von Bor, aber das kann man praktisch vergessen, so wenig ist das. Entscheidend ist nur, dass in diesem Vorgang, der auch primordiale Nukleosynthese genannt wird, primordiale Nukleosynthese bedeutet nur Elemententstehung beim Urknall, 75% Wasserstoff und 25% Helium entstanden sind. Noch mal, es konnte nur 25% Helium entstehen, weil 1. Es ja weniger Neutronen als Protonen gab 2. da irgendwann eine Temperatur erreicht ist, bei der keine Kernfusionen mehr möglich waren. Die primordiale Nukleosynthese erstreckte sich von ca. 10 s nach dem Urknall bis höchstens eine viertel Stunde nach dem Urknall, denn Neutronen, die übrig blieben, zerfallen nach 878 Sekunden, also fast einer viertel Stunde. Die primordiale Nukleosynthese war der einzige Zeitpunkt im Universum, bei dem Elemente schwerer als Wasserstoff erzeugt werden konnten, und zwar lange bevor irgend ein Stern geleuchtet hat. Aber warum ist das jetzt so wichtig, wie ich vorher sagte? Nun, wenn das Universum in dieser Phase zu langsam expandiert wäre, dann hätten wir viel mehr Helium im All, das wiederum ist für die Entstehung von Leben schlecht, da für Heliumfusionen in Sternen viel höhere Temperaturen benötigt werden, als das beim Wasserstoff der Fall ist. Zudem kommt noch, dass der Stern nicht lange leben würden, jedenfalls zu kurz, um auf einem seiner Trabanten Leben entstehen zu lassen. Also, das war jetzt der kompliziertere Teil meines Referates, aber jetzt wird’s einfacher. Hat jemand dazu noch eine Frage, bevor ich weitermache?

Also, wir haben jetzt ein Universum, das mit 75% Wasserstoffatomkernen, nur Atomkerne, nicht Atome, denn wenn es Atome sein sollen, müssten noch die Elektronen um der Kern sausen, aber die können noch nicht an den Kern gebunden werden, da sie immer noch zu viel Kinetische Energie haben. Also 75% Wasserstoffatome und 25% Heliumatome. Für die nächsten 380.000 Jahre wird sich nun nichts mehr tun.

Wasserstoff und Helium sind zwar Gase, doch hätte ein Beobachter keine riesige Gaswolke gesehen, das Universum wäre viel zu hell gewesen, er hätte praktisch nur Helligkeit gesehen. Das sollte für die nächsten 380.000 Jahre so bleiben. Ca. 380.000 Jahre nach dem Urknall wurde die Strahlung, die vom Urknall stammt, entkoppelt, das heißt, bisher sausten ja die Elektronen frei zwischen den Atomkernen herum, im gesamten Universum war also ein ionisiertes Gas. Doch zu besagtem Zeitpunkt hatten die Elektronen so wenig kinetische Energie, dass sie von den Atomkernen gebunden werden konnten. Davor hat es sich nämlich so verhalten, dass an den Atomkernen und den ganzen Elektronen zwischen den Atomkernen die Photonen, die Lichtteilchen, immer abgelenkt wurden. Doch als nun die Elektronen eingefangen wurden konnte sich das Licht weitgehend ungehindert ausbreiten. Man spricht auch von Entkoppelung der Strahlung. Das ist auch der Grund, warum man mit optischen Teleskopen nie weiter als bis 380.000 Jahre nach dem Urknall ins Universum zurückblicken kann, habt ihr vielleicht schon mal gehört, und warum man nicht in allen Himmelsrichtungen den Urknall sieht, denn wie ein Vorhang legt sich die Hintergrundstrahlung, welche eben, habe ich euch gerade erzählt, 380.000 Jahre nach dem Urknall von der Materie entkoppelt wurde. Jetzt haben wir also ein Universum, welches fortlaufend weiter expandiert, und in dem sich Strahlung nun weitgehend ungehindert ausbreiten kann. Als nächstes durchlief das Universum die „Dark Ages“, die dunkeln Zeitalter. Jetzt wundert ihr euch vielleicht, warum denn dunkel, gerade eben redete ich ja noch von Strahlung? Das ist ganz einfach, als die Strahlung entkoppelt wurde, wurde das Universum nur transparent, aber nun ist es dunkel, da sich die Strahlung ja ungehindert ausbreiten kann. Dazu habe ich euch auch eine recht anschauliche Folie, in der die gesamte Entwicklung des Kosmos in Steno zusammengefasst ist. (Ich lege die Folie auf und erläutere das nochmals und dazu noch, in welcher Entwicklungsstufe des Kosmos ich gerade bin)

Der Anblick des damaligen Universums wäre uns nicht wirklich vertraut vorgekommen, kein einziger Stern hat noch geleuchtet. Doch das sollte sich nun ändern. Die dunkeln Zeitalter haben, da ist man sich noch nicht ganz einig, ca. 200 bis 400 Millionen Jahre nach dem Urknall gedauert, dann leuchtete zum ersten mal in der gesamten Geschichte des Universums ein Stern. Doch wie funktioniert das? Die wichtige Zutat dafür ist das Wasserstoffgas vom Urknall, das im gesamten Universum verteilt war. An manchen Gebieten ist die Dichte des Gases höher, an anderen nicht so hoch. Aus diesen Dichteschwankungen bildeten sich auch die gesamten Galaxien aus, die man heute im Universum beobachten kann, Gebiete mit einer höheren Masse zogen Masse aus Gebieten an, an denen weniger Material war und wurden noch dichter. Und innerhalb dieser sich bildenden Galaxien, Galaxien sind ja nichts anderes als Sternansammlungen, gab es noch lokale Dichteschwankungen, aus denen diese Sterne entstanden. Das funktioniert im Grunde genau so: Gebiete, in denen mehr Material vorhanden ist, ziehen von weniger materialreichen Gebieten Masse an und werden noch dichter. Angeregt wurden diese Kontraktionen von Stoßwellen, die noch vom Urknall übrig waren. Im Zentrum der jeweiligen Ansammlung wurde es immer heißer, da ja immer mehr Materie von außen drückte, bis schließlich die Temperatur hoch genug war, um Kernfusionsprozesse auszulösen. Das müssen gute 14 Millionen Grad sein. Dann fangen Wasserstoffatome an, zu fusionieren und bilden Heliumatome.

Wenn das geschehen ist, fängt der Stern an zu strahlen. Nun richtet sich das Gleichgewicht in einem Stern ein: In einem Stern halten sich zwei Kräfte die Waage: Die nach innen gerichtete Gravitation und der nach außen drückende Strahlungsdruck, welcher durch die Kernfusionen entsteht. Sobald also der Stern anfängt zu leuchten wirkt der Strahlungsdruck der Gravitation entgegen und der Stern hat sich stabilisiert. Ich habe euch hier eine Folie, in der die Entwicklungsstadien eines Sterns abgebildet sind. (Ich lege Folie auf). So entstanden also die ersten Sterne, die sogenannten Population-3-Sterne. Das waren riesen Teile, da sie das gesamte Material, welches im Urknall erzeugt wurde, zur Verfügung hatten. Natürlich haben sie nur einen winzigen Teil genutzt, aber trotzdem, Sterne mit bis zu 1000 Sonnenmassen sind schon sehr groß, so etwas gibt es heute nicht mehr. Aber was passiert, nachdem sich der Stern gebildet hat? Ersteinmal folgen gute 50 Millionen sehr eruptive Jahre, in denen der Stern dann in das kontinuierliche Wasserstoffbrennen übergeht. Denn das Wasserstoffbrennen ist ja die Quelle, von der der Stern seine Energie gewinnt. Um euch das wieder etwas anschaulicher zu machen nehme ich wieder das Periodensystem der Elemente, denn dem folgt der Stern während seines ganzen Lebens. Also, hier haben wir wieder das leichteste und einfachste Element von allen, nämlich Wasserstoff. Der Stern gewinnt seine Energie, indem er diese Atome fusioniert, das heißt dass immer 4 Wasserstoffatome ein Heliumatom bilden. Irgendwann jedoch hat der Stern seinen gesamten Wasserstoffvorrat verbrauch, und bei diesen riesigen Population-3-Sternen geschah das binnen 3 Millionen Jahre, also für Sternenmaßstäbe nix, aber was macht jetzt ein Stern, der nicht mehr weiter kann? Kann er noch weiter? Er kann noch weiter, und zwar indem er die Asche, nämlich das Helium nochmals entzündet. Er leitet also die nächste Brennstufe ein. Damit dies jedoch funktioniert sind viel höhere Temperaturen notwendig, die erhält der Stern jedoch von allein, da ja eine kurze Zeit lang kein richtiger Strahlungsdruck mehr der nach Innen drückenden Gravitation entgegen wirkt. Also drückt das gesamte Äußere des Sterns auf seinen Kern, dieser erhitzt sich dann wieder auf über 100 Millionen Grad, das ist heiß genug, um Helium zu Kohlenstoff zu fusionieren. Und dann wird das Ganze erst richtig heiß: von Kohlenstoff geht es dann weiter zu Stickstoff, Sauerstoff, Neon, von Neon zu Silizium, von Silizium dann zum Eisen. Während dieser ganzen Zeit, die mehrere Millionen Jahre beträgt, wurde der Stern immer heißer. Eisen ist das letzte Element, das der Stern fusionieren kann. Während der Stern die verschiedenen Brennstufen durchlaufen hat, bläht sich sein Äußeres immer weiter auf, er wird zu einem roten Riesen. Warum bläht er sich auf? Naja, weil diese enorm hohen Temperaturen einen sehr hohen Strahlungsdruck zur Folge haben, dieser Strahlungsdruck drückt die Hüllen des Sterns nach außen, der ganze Stern expandiert um viele Millionen Kilometer. Doch wie beim Universum auch, Expansion bedeutet Abkühlung, die sich aufblähenden Hüllen kühlen sich ab, das heißt, der Stern erhitzt sich zwar in seinem Inneren, doch seine sich aufblähenden Hüllen werden kühler. Wenn der Stern nun bei der letzten Brennstufe, nämlich dem Eisen, angekommen ist, dann knallen die Hüllen auf den Eisenkern in der Mitte drauf und werden ins Universum abgeschossen. Das ist dann das, was man Nova, Supernova oder Hypernova nennt. Die abgeschossenen Hüllen sieht man dann als planetarische Nebel. Und ob ihr es glaubt oder

nicht: aus solch einer Katastrophe entstehen Planetensysteme, wie auch unseres. Aber ich will nichts überstürzen. Also, seit die ersten Sterne im Universum gezündet haben, geschah zwar im Prinzip immer das selbe, also Sterne entstehen und vergehen wieder, weil das was ich euch da gerade erzählt habe ist das Ende eines Sterns, aber das Universum wurde durch den Tod von Sternen mit Elementen schwerer als Helium angereichert, denn beim Urknall ist ja nicht mehr zu holen gewesen, als Helium. Die planetarischen Nebel, die Sterne wegschleudern, die sind angereichert mit allerlei Elementen, von Wasserstoff mit Ordnungszahl eins bis hin zu Elementen jenseits von, wenn es gut läuft, Gold mit Ordnungszahl 79. Aus diesen ElementNebeln entstehen dann Sonnensysteme mit neuen Sternen. Jetzt kommen wir also endlich zu unserem Sonnensystem.

Mittlerweile haben wir also ein Universum, welches immer noch weiter expandiert, in dem sich Milliarden und Abermilliarden von Galaxien gebildet haben, und innerhalb dieser Galaxien bilden sich wiederum auch Milliarden und Abermilliarden von Sternen. Sterne entstehen und vergehen am laufenden Band. Wir befinden uns jetzt 9 Milliarden Jahre nach dem Urknall, ein Stern explodiert in einer Supernova. Eigentlich nichts besonderes. Aber diesmal schon, den aus dem planetarischen Nebel dieses Sterns kondensierte unser Sonnensystem. Man nimmt heute allgemein an, das dieser Stern 750.000 Jahre vor dem Beginn unseres Sonnensystem explodiert ist. Die nächsten 750.000 Jahre kreiste also der planetarische Nebel dieses Sterns in einer Entfernung von 28.000 Lichtjahren vom galaktischen Zentrum, denn soweit befindet sich unser Sonnensystem auch heute noch vom Zentrum der Galaxie entfernt, in der Milchstraße. Man nennt diesen Nebel, aus dem unser Sonnensystem hervorging, auch den Urnebel, diesen Begriff werde ich auch verwenden. Solche Element-Nebel erhalten sich nach dem selben Gesetzt wie Sterne: zwei Kräfte halten sich die Waage, nämlich der Strahlungsdruck, welcher außerordentlich schwach ist und die Gravitationskraft. Wird dieses labile Gleichgewicht gestört kommt es zum gravitativen Kollaps des Urnebels. Und genau das ist geschehen: ein anderer Stern explodiert in einer Supernova, dessen Druckwellen jagten durch den Urnebel und störten sein labiles Gleichgewicht. Der Nebel fiel gravitativ in sich zusammen. Die gesamte Masse der Wolke strebt zum Zentrum hin, der größten Verdichtung. Und das ist jetzt wieder die selbe Geschichte wie vorher, wie ein Stern entsteht, in diesem Fall nun unsere Sonne. Irgendwann waren Temperaturen um 14 Millionen Grad erreicht, Kernfusionsprozesse setzten ein, die Sonne war geboren. Um die Sonne herum war nun eine Wolke aus Staubteilchen, in der nun die Planetenbildung einsetzte. Diese Staubteilchen eben sind der Urnebel, die ganzen verschiedenen Elemente, die der Stern, aus dem der Urnebel kam, liegen nämlich nur als Staubteilchen vor. Durch Adhäsions,-Kohäsions- und Gravitationskräfte klumpen sich die Staubteilchen zu immer größeren Brocken zusammen, während die Sonne ihre eruptive Phase durchlief. 50 Millionen Jahre nach dem Kollaps des Urnebels war die Sonne in das kontinuierliche Wasserstoffbrennen übergegangen und sie wurde von Millionen von Planetesimalen umlaufen. Planetesimale sind so etwas wie Asteroiden, noch recht kleine Brocken, bis zu 20 oder mehr Kilometer, und Bausteine von Planeten wie der Erde. Zeuge dieser Phase sind die heutigen Asteroiden zwischen Mars und Jupiter, die Überreste der Planetenbildung sind.

Wahrscheinlich hat die große Masse des Protojupiters die Bildung eines größeren Objekts zwischen Mars und Jupiter aufgehalten, sodass wir heute dieses Trümmerfeld da sehen. Also, die Protosonne wurde von Millionen dieser Planetenbausteine umlaufen. Mit der Zeit fingen sie an, immer größere Brocken zu Bilden, also hafteten aneinander und kollidierten miteinander, bis sie schließlich Protoplaneten waren. Protoplaneten sind etwa mondgroße Brocken. Von diesen Protoplaneten umliefen nur noch gute 100 die Protosonne, diese 100 formten sich dann noch zu den uns neun bekannten Planeten zusammen, zusammen mit dem Gas, welches zwischen den Brocken umherschwebte. Nach 450 Millionen Jahren war dann der Zustand unseres Sonnensystems erreicht. Das war jetzt eine einfache Schilderung von der Entstehung eines Planetensystems. Einer dieser Planeten, der dritte in unserem Sonnensystem in einer Distanz von 149,6 Millionen Kilometern von der Sonne, ist unsere Erde. Das Sonnensystem hat sich nun gebildet und auf der Erde setzte die Entstehung von Leben ein, da dort genau die richtigen Bedingungen gegeben waren. Die Planeten werden die Sonne in ihrer Phase des kontinuierlichen Wasserstoffbrennens für die nächsten ca. 10 Milliarden Jahre umkreisen. Also, hiermit wären wir dann in der Gegenwart angekommen, alles, was ich euch bisher erzählt habe ist Geschichte des Universums. Nun geht es ab in die Zukunft. Aber bevor ich weitermache will ich noch mal auf den Anfang zurückkommen: habt ihr nun gemerkt, dass die Existenz dieser leuchtenden Gaskugeln, der Sterne, mit unserer Existenz mehr zusammenhängt, als man denkt? Aus Sternen kommen die gesamten Elemente, aus denen wir und unsere Umgebung bestehen. Eine besonders wichtige Rolle spielt natürlich unser Zentralgestirn, die Sonne, sie erwärmt unseren Planeten und machte auch einst das Leben auf ihm möglich. Doch leider wird sie auch Grund für dessen Untergang sein.

Die Sonne ist auch nur ein Stern. Ich habe euch vorher erzählt, was passiert, oder wie das passiert, wenn ein Stern stirbt. Wenn der Wasserstoff aufgebraucht ist leitet der die Heliumbrennstufe ein, dann Helium zu Kohlenstoff usw. Und aufgrund des hohen Strahlungsdrucks blähen sich seine Hüllen auf. Und genau das wird mit der Sonne auch geschehen. Innerhalb der nächsten 2 Milliarden Jahre wird die Temperatur der Sonne systematisch ansteigen, da kann man gar nichts gegen machen, und in 2 Milliarden Jahren wird es dann so sein, dass hier auf der Erde die Verdampfungsprozesse anfangen. Doch die Sonne wird noch heißer: Wenn der gesamte Wasserstoff verbrauch ist, fängt sie ja an Helium zu brennen. Dann fangen die Hüllen an sich aufzublähen, und zwar bis fast zur Marsbahn, nehmen manche Experten an. Da würde also von der Erde nicht viel überbleiben. Doch es heißt auch, dass der Prozess kurz vor der Erde zum Stillstand kommt. Doch selbst dann herrschen für leben verdammt schlechte Umstände: es herrschen Temperaturen von bis zu 1000 Grad, ein Argument gegen das vorhanden sein jeglicher Form von Leben, der gesamte Planet sowie auch der Mars werden ein Lavaball werden. Irgendwann wird dann auch die Sonne ihre Hüllen abschießen und als weißer Zwerg, das ist eine Kugel, die ist so groß wie die Erde, hat aber die selbe Masse wie die Sonne, enden. Das Ende von unserem Sonnensystem und von allen anderen Planetensystemen im Universum sind also Abkühlung und in unserem Fall der Verlust von maximal 4 Planeten, nämlich Merkur, Venus, Erde und vielleicht Mars. Die übriggebliebenen Planeten werden weiter ihre

Bahnen um den weiße Zwerg ziehen, denn der hat ja die selbe Masse wie die Sonne, nur auf einem kleineren Volumen zusammengepresst. (Vom Beginn an bis zum Ende unseres Sonnensystems lege ich eine Folie auf, auf der die einzelnen Phasen, die es durchgemacht hat, abgebildet sind).

So wird jeder Stern einmal Enden, das wisst ihr ja nun. Jetzt kann man praktisch schon von der Zukunft des Universums reden. Da ja durch das laufende Entstehen von Sternen immer weniger Wasserstoff im Universum vorhanden ist, werden irgendwann keine Sterne mehr entstehen können. Wenn neue entstehen, werden sie auch viel schneller wieder ausgehen, da ja der Wasserstoff immer weniger wird und da Elemente schwerer als Helium einen Stern nicht lange am Brennen halten. Wenn in Zukunft also immer mehr schwerere und immer weniger leichtere Elemente vorhanden sind, werden auch die Sterne kürzer Leben, ich habe euch ja vorher gesagt, wenn die Sonne anfängt Helium zu brennen, wird sie nur noch ein paar zehn Millionen Jahre leben. Mag uns lange vorkommen, aber für die Entstehung von Leben, von mehrzelligem Leben, ist das tausendmal zu kurz. Immer mehr Sterne gehen also aus und immer weniger Neue kommen nach. Also im ganzen Universum gehen diese schönen, leuchtenden Gaskugeln im Laufe von mehreren Jahrmilliarden einfach aus. Ein großer Kosmologe, Edward Harrison, hat es so ausgedrückt: „Die Sterne beginnen wie flackernde Kerzen zu verblassen und erlöschen einer nach dem anderen. In den Tiefen des Raumes sterben die großen Himmlischen Städte einfach dahin, die Galaxien, die Denkwürdigkeiten vieler Zeitalter enthielten. Duzende von Jahrmilliarden vergehen in zunehmender Dunkelheit, gelegentlich durchdringt ein Lichtschimmer die sinkende Nacht, Lichtblitze verzögern ein wenig den Untergang eines Universums, das zu einer Existenz als kosmischer Friedhof verurteilt ist.“

Ich finde, dass das keine wirklich schöne Zukunft für ein Universum ist, aber was will man machen. Dann schauen wir doch mal, wie es mit unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, weitergehen wird: da gibt es eigentlich nicht viel zu sagen, außer dass sie etwa zeitgleich, wenn die Sonne zu einem roten Riesen anwächst, mit unserer Nachbargalaxie, dem Andromedanebel, kollidieren wird. Die beiden werden verschmelzen und eine große, elliptische Galaxie bilden. Das waren nun die nächsten Ereignisse innerhalb der nächsten 4 Milliarden Jahre, also unser Sonnensystem endet gewissermaßen und die Milchstraße kollidiert mit der Andromedagalaxie. Tja, und jetzt, wie soll ich sagen, alles hat ein Ende, nur die Wurst hat zwei. Also jetzt kommen wir mal zum Ende des Universums. Zum eigentlichen Ende des Universums selber gibt es verschiedene Szenarien, von denen aber nicht alle richtig sind.

Die bekanntesten Szenarien sind: Der Big Crunch Der Big Whimper Der Big Rip Der Big Crunch, das große Knirschen, in dem sich das gesamte Universum wieder auf einen Punkt zusammenziehen soll, in dem Bedingungen wie beim Urknall herrschen, gilt mittlerweise als Widerlegt, denn damit sich das Universum wieder zusammenziehen könnte wäre eine Durchschnittsdichte von 10 Atomen pro Kubikmeter notwendig, jedoch ist es nur ein Atom pro Kubikmeter, im Durchschnitt. Folglich könnte ja dann der Big Whimper richtig sein, das große Wimmern. In dieser Theorie expandiert das Universum ewig weiter und stirbt schließlich den Kältetod. Also das Universum expandiert zwar immer weiter, gelangt aber nie zum Stillstand der Expansion. Diese Theorie ist zwar logisch, allerdings gibt es da noch so eine spezielle Komponente im Universum, die gute 70% des gesamten Universums ausmachen, nämlich die „dunkle Energie“, die das falsch sein des „Big Whimper“ verursacht. Diese Energie könnte dann zum Big Rip, dem großen Zerreisen, führen. Besagte dunkle Energie konnte bereits indirekt beobachtet werden, diese Beobachtungen zeigen, dass das Universum seit guten 7 Milliarden Jahren beschleunigt expandiert. Warum expandiert es beschleunigt? Tja, das weiß man noch nicht so genau, man hat aber eine Vermutung, was es sein könnte, eben diese dunkle Energie. Doch was genau die dunkle Energie ist, weis man noch nicht, man kann sie nur, wie schon gesagt, indirekt beobachten. Wichtig ist aber jetzt nur, dass das Universum offenbar beschleunigt expandiert. Was hat es jetzt mit beschleunigter Expansion auf sich? Also, die derzeitige beschleunigte Expansion kann durch die entgegenwirkende Gravitation sofort wieder kompensiert werden, d. h. dass zwar jetzt im Moment in dem Raum, den beispielsweise die Erde einnimmt, mehr Raum entsteht, allerdings sehr, sehr wenig, so wenig, dass die Gravitation, die ja zum gemeinsamen Schwerpunkt, dem Erdkern bei unserem Beispiel hier, zieht, diesen neu entstandenen Raum sofort wieder „vernichten“ kann. Beschleunigt sich jedoch die beschleunigte Expansion, so wird es langsam „spürbar“. Galaktische Strukturen, also Galaxienhaufen, werden dann nämlich auseinander gerissen, da zu schnell neuer Raum entsteht, sodass die Schwerkraft diesen neu entstandenen Raum nicht mehr kompensieren kann. Das heißt nun, dass sich einzelne Galaxien voneinander wegbewegen. Wenn sich jetzt die Expansion noch mehr beschleunigt, hat es auch Auswirkungen auf Planetensysteme, die werden dann auch langsam auseinandergezogen. Bei superbeschleunigter Expansion, und genau das wird vermutlich mit der Zeit eintreten, hat es auch unmittelbare Auswirkungen auf Planeten und andere kompakte Objekte direkt, denn dann ist die Entstehung von neuem Raum derartig schnell, dass die Bindungskräfte, die die Materie zusammenhalten, zu schwach werden, d. h., dass dann Atomkerne anfangen zu auseinanderzufliegen. Die Expansionsgeschwindigkeit wird allerdings noch weiter zunehmen, sodass dann sogar die Atomkernbausteine, die Quarks, ihr entsinnt euch noch, weiter Zerfallen. Auch sehr kompakte Objekte wie schwarze Löcher oder Neutronensterne würden im Big Rip verglichen mit dem Big Whimper sehr schnell verschwinden, denn im Big Whimper würden sie bis zu 10 hoch 100 Jahre überdauern können, im Big Rip wären sie sofort verschwunden.

Der Big Rip ist eines wahrscheinlichsten Modelle über die Zukunft des Universums, er beschreibt kurz und knapp, dass das gesamte Universums auseinandergerissen wird, jedoch nicht der Raum selbst, sondern nur das, was sich im Raum befindet, namentlich alles materielle. Allerdings muss man sich darüber keine Gedanken machen, da man annimmt, dass der Endknall erst in 50, frühestens 30 Milliarden Jahren eintritt, dann, wenn das Universum fast 4-mal so alt ist wie jetzt.

Dennoch kann derzeit noch nicht genau abgeschätzt werden, wie nun das Ende des Universums aussieht, da man noch nicht alle Komponenten des Universums richtig kennt oder verstanden hat.

Vielleicht habt ihr gemerkt, dass es immer negativ sein wird, wenn man Ereignisse schildert, die mit der Zukunft des Universums oder der Erde zusammenhängen. Das ist zwangsläufig so, denn würde man sagen, dass sich beispielsweise die Erde bis in alle Ewigkeit um die Sonne drehen würde, dann kann man nicht wirklich genaue Ereignisse der Zukunft schildern, denn es wäre immer das Selbe, was da geschieht, also positiv, nämlich das Umkreisen der Sonne der Erde, deswegen habe ich genaue Ereignisse gesagt. Das Universum hat also nicht nur seine schönen Seiten, wie ihr gemerkt habt. Letzten Endes kann man es ja mit Karl Kraus halten: Wenn alle Stricke reißen, dann häng ich mich auf!

So, das war jetzt viel auf einmal. Gibt’s noch Fragen?