Wie wurde der Urknall entdeckt?

Von den ersten astronomischen Beobachtungen bis zum Nachweis des Urknalls führt ein langer Weg aus gewagten Theorien, mathematischen Beweisen und dem Zufall. Vor 13,7 Milliarden Jahren entstand unser Universum. Alles begann mit dem sogenannten Urknall, bei dem aus reiner Energie binnen Sekundenbruchteilen alle Materie entstand. Die Explosionsbewegung hält an: Das Universum dehnt sich kontinuierlich aus.

Ein dynamisches Weltall?

Als die Theorie eines dynamischen Universums im letzten Jahrhundert noch mit der Annahme eines Steady State-Universums konkurrierte (der Annahme, dass das Weltall weder Anfang noch Ende habe), verhöhnte der Astronom Fred Hoyle 1948 die Hypothese eines explodierten und expandierenden Weltraums in einem Radiointerview als Big Bang – nichtsahnend, dass sich dieser Begriff in der Entstehungsgeschichte etablieren sollte.

Anfänge der Astronomie

Bis sich die Theorie des Urknalls durchsetzte, vergingen über 2000 Jahre kosmologischer Forschung. Schon im 6. Jahrhundert vor Chr. gab es erste naturwissenschaftliche Überlegungen zur Entstehung der Welt: Die Kugelgestalt der Erde folgerte Pythagoras von Samos aus dem gebogenen Schatten, den sie auf den Mond werfen konnte. Eratosthenes errechnete im 3. Jahrhundert vor Chr. mittels Schattenwurf den korrekten Umfang der Erde. In den Jahrhunderten nach Christus etablierte sich durch Claudius Ptolemäus ein Weltmodell mit der Erde als Mittelpunkt, mit dem die Kirche ihre biblische Schöpfungsgeschichte untermauerte. Infolgedessen unterband sie alle Theorien, die diesem Modell entgegenstanden. Noch im 17. Jahrhundert wurde Galileo Galilei von Papst Urban dem VIII gezwungen, seine These eines Sonnensystems zu widerrufen, weil sie das geozentrische Modell in Abrede stellte.

Über unsere Galaxie hinausblicken

Dass weder die Sonne um die Erde, noch die Erde um die Sonne als Mittelpunkt des Universums kreist, wurde im 18. Jahrhundert offensichtlich: Mit großen Teleskopen blickten die Astronomen nun in den Himmel – und sahen, dass das Universum unendlich größer war als unser Sonnensystem. Der Astronom Friedrich Wilhelm Herschel erkannte, dass sich die Anordnung der Sterne nicht gleichmäßig verhielt. Er vermaß das Sternensystem der Milchstraße. Obwohl seine Berechnungen durch irrige Annahmen verfälscht wurden, gewannen die Astronomen ein besseres Verständnis vom Ausmaß des Alls. Auch den Andromeda-Nebel, die einzige fremde Galaxie, die wir mit bloßem Augen von der Erde aus sehen konnte, erblickte Herschel durch sein Teleskop. Allerdings hielt er sie für eine Gaswolke innerhalb der Milchstraße. Die Tatsache, dass es sich dabei um eine eigene, weit entfernte Galaxie handelt, sollte erst später von Edwin Hubble entdeckt werden und die Grenzen des Universums im Verständnis der Menschheit noch einmal aufbrechen.

Albert Einsteins Relativitätstheorie

Eine wichtige Bedeutung für die Entwicklung der Urknalltheorie nimmt Albert Einsteins Relativitätstheorie von 1915 ein. Aus ihr geht hervor, dass sich Raum verformen, also auch schrumpfen oder wachsen kann. In diesem Zusammenhang entsteht die Schwerkraft, durch die sich große Massen anziehen. Auf das Universum angewendet hieß dies, dass die gegenseitige Anziehung aller Materien das Universum irgendwann in sich zusammenstürzen lassen würde. Diese Idee war selbst Einstein, Verfechter der Steady State-Theorie, so suspekt, dass er seine Formel um eine Konstante erweiterte, die als Gegenkraft dem totalen Zusammensturz entgegenwirken sollte. Mit der Hypothese eines dynamischen Weltraums arbeiteten jedoch andere Forscher weiter: Zunächst Alexander Friedmann, später George Lemaître, der 1927 als erster Forscher den Urknall postulierte.

George Lemaîtres Idee vom Urknall

Lemaîtres Überlegung war so einfach wie genial: Wenn Einsteins expandierendes Universum sich stetig ausdehnt, muss in der Vergangenheit die Materie stark komprimiert gewesen sein. Wenn man nur weit genug zurückdenkt, gelangt man an den Punkt, an dem alles auf Atomgröße zusammengepresst gewesen sein muss: an die Geburtsstunde des Universums. Sein 1927 veröffentlichter Artikel wurde von der Fachwelt jedoch kaum zur Kenntnis genommen. Um seine theoretischen Überlegungen zu untermauern, fehlte ein Beweis.

Die Hubble-Konstante als Indiz für Lemaîtres Idee

Edwin Hubble, dem es 1923 gelungen war, die Entfernung des Andromeda-Nebels zu errechnen, setzt einige Jahre später zu weiteren Messung an. Diesmal gelingt es ihm nachzuweisen, dass sich die Galaxien von unserem Sonnensystem entfernen – und zwar proportional. Je weiter eine Galaxie entfernt ist, desto größer ist die Geschwindigkeit, mit der sie sich entfernt. Die sogenannte Hubble-Konstante erkennt George Lemaîtres als fehlendes Indiz für seine Urknall-Hypothese, da sich durch sie das Auseinanderdriften des Universums bestätigt. 1931 lässt sich Einstein von der Beweislage endlich überzeugen und wechselt offiziell auf der Seite der Befürworter der Urknall-Theorie.

Mikrowellenstrahlung als Überreste des Big Bang

Das letzte überwältigende Indiz für den Big Bang wurde zunächst rein zufällig entdeckt. 1963 verzeichneten die Physiker Arno Penzias und Robert Wilson bei ihrer Erforschung von Radiowellen ein seltsames Rauschen. Auf der Suche nach einem Defekt überprüften sie wieder und wieder ihr Gerätschaft, jedoch ohne das Rauschen orten und ausschließen zu können. Erst ein Jahr später erfahren sie, dass sich Forscher auf der Suche nach dem Nachhall des Urknalls befanden, von dem anzunehmen war, dass es existieren müsse, sollte der Big Bang tatsächlich stattgefunden haben. Durch erneute Messungen bestätigt sich ein weiteres Jahr später, was die beiden Forscher nun geahnt hatte: Das Hintergrundgeräusch, welches ihre Arbeiten damals behindert hatte, war nichts anderes als der Hall der vermutlich mächtigsten Explosion aller Zeiten gewesen: des Urknalls.