Kosmologie

Was passierte beim Urknall bzw. kurz danach?
Welche Entwicklungen fanden im Laufe der Zeit statt?

Was genau im Urknall passierte, ist heute nicht bekannt. Bis zu dem Zeitpunkt 0,0000000000001 Sekunden nach dem Urknall sind die Teilchenbeschleuniger heute in der Lage, die Situation des frühen Universums zu simulieren. Zu diesem frühen Zeitpunkt befand sich die gesamte Materie des heutigen Universums in einem sehr kleinen Raum vereinigt. Diese Erkenntnis konnte man aus dem beobachtbaren Expandieren des Universums ziehen.

Doch was passierte genau? Dies kann man auf der folgenden Zeitübersicht zur Entwicklung des Universums nachvollziehen:

0 - 10^-43s:	Was in dieser Zeit passierte, ist heute noch nicht bekannt. Man geht davon aus, daß es noch keine Materie, dafür aber sehr viel und sehr große Energie gab.
nach 10^-43s:	Auch hier gibt es noch keine exakten Erkenntnisse oder Theorien, da zu hohe Energien herrschten, als das man die Situtation in diesem Stadium des Universums an den Teilchenbeschleunigern bisher hätte simulieren können. Es gibt eine sogenannte "Theory of Everything", kurz TOE. In dieser geht man davon aus, daß alle Kräfte noch in einer einzigen, der sogenannten "Urkraft", vereinigt sind. Außerdem existierten schon alle heute bekannten Elementarteilchen mit einem Gleichgewicht zwischen Quarks und Leptonen sowie zwischen Materie und Antimaterie. Zusätzlich muß es aber noch weitere Teilchen gegeben haben, die zur TOE gehörten. Das Ziel der Physik ist es, diese TOE zu finden und zu bestätigen.
nach 10^-35s:	Auch hier herrschten noch zu hohe Energien, so daß es bisher nicht möglich war, diesen Zeitpunkt des Universums im Teilchenbeschleuniger zu simulieren. Hier hat man jedoch schon genauere theoretische Vorstellungen. Man geht davon aus, daß die schwache und die elektromagnetische Kraft gleich groß waren, während die Gravitationskraft für die Erzeugung und Vernichtung der Elementarteilchen unbedeutend war. Es existierten wohl schon alle heute bekannten, möglicherweise aber auch noch weitere, bisher nicht bekannten Elementarteilchen. Diese wurden aus der Energie über die Masseenergie E = mc² gebildet. Weiter geht man davon aus, daß hier das Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie entstand. Warum dieses Ungleichgewicht entstand, ist bisher noch nicht erklärbar.
nach 10^-13s:	Bis zu diesem Zeitpunkt sind die Teilchenbeschleuniger heute in der Lage, die Situation des frühen Universums zu simulieren. Daher weiß man genau, welche Teilchen existierten, nämlich alle Teilchen des Standardmodells, also die Elementarteilchen sowie die Austauschteilchen der 4 Kräfte. Es existierten noch keine Verbindungen zwischen Quarks, da die Energie der Teilchen noch zu hoch ist.
nach 1 s:	Die Teilchenenergien sind nun so niedrig, daß sich erstmals Hadronen, also Quarkverbindungen, bilden. Damit besteht in diesem Zeitpunkt die Materie aus Leptonen und Hadronen. Man hat also Elektronen, Neutrinos, Protonen und Neutronen, es bilden sich jedoch noch keine Atomkerne oder gar Atome.
nach 3 min.:	Die ersten Atomkerne entstehen. Dabei handelt es sich hauptsächlich um Wasserstoff-Kerne, also Protonen. Weiter gibt es noch Helium- und Lithium-Kerne. Andere Atomkerne entstanden zu diesem Zeitpunkt noch nichts, weil die existierenden Photonen die entstehenden Atome durch Trennung der Elektronen vom Atomkern sofort wieder zerstörten.
nach 10⁵ Jahren:	Erst hier bilden sich die ersten Atome, ohne direkt wieder von Photonen zerstört zu werden. Damit besteht die Materie nun aus elektrisch neutralen Bausteinen, bei denen nur noch die Schwerkraft für die weitere Verteilung im Raum verantwortlich ist.
nach 10⁹ Jahren:	Unter dem Einfluß der Schwerkraft, neben der elektromagnetischen Kraft eine der beiden Kräfte mit langer Reichweite, bilden sich die ersten Sterne. Diese bestehen zuerst noch aus den anfänglich existierenden Atomen, Wasserstoff und Helium. Erst im Innern der neu entstandenen Sterne herrschen die richtigen Bedingungen, d.h. hohe Temperaturen und Materiedichten, um schwerere Atomkerne entstehen zu lassen, die dann mit mit bestehenden Elektronen die weiteren Atome des chemischen Periodensystems bildeten. Das Universum ist mittlerweile schon so kalt, daß sich erste Moleküle bilden. Nach gewissen Zeiten explodierten die Sterne, und so wurde das Material freigesetzt, aus dem sich dann später Sonnensysteme wie das unsere bilden konnten.
nach ca. 1,5*10¹⁰ Jahren:	In der heutigen Zeit gibt es in unserem Universum Galaxien, in denen Planeten um Sonnen kreisen. Das Universum dehnt sich immer weiter aus. Im Universum kann man an hand der sogenannten "kosmischen Hintergrundstrahlung" noch ein Nachwirken des Urknalls erkennen, auch wenn das Universum in seinem heutigen Aussehen dem Universum zur Zeit des Urknalls bzw. kurz danach in keiner Weise mehr gleicht. Ob sich das Universum immer weiter ausbreiten wird, irgendwann eine endgültige Größe erreicht oder eines Tages seine Bewegungsrichtung umkehrt und wieder in den Ausgangszustand wie beim Urknall zurückkehrt, ist heute noch nicht klar.