Wie laut war der Urknall?

Auch Astrophysiker sitzen im Büro und gucken auf den Bildschirm. Aber sie werten dort Daten aus, die von Teleskopen stammen, die einen Blick in die Weiten des Universums warfen und eine Zeitreise zu den Anfängen ermöglichen. Kevin Schawinski ist seit kurzem Professor für Astrophysik an der ETH Zürich und Spezialist für Schwarze Löcher. Der Beobachter wollte von ihm einfache Antworten auf schwierige Fragen.

Beobachter: Wie ist das Universum entstanden?
Schawinski: Kevin Schawinski: Den Grund, weshalb es ein Universum gibt, kennen wir nicht. Wir wissen nur, dass vor 13,7 Milliarden Jahren alles, was in unserem Universum existiert, begann. Damals war das Universum sehr viel kleiner, viel heisser und viel dichter. Es hat sich seither ausgebreitet und abgekühlt. Und es expandiert noch immer, in den letzten paar Milliarden Jahren sogar immer schneller. Wieso das so ist, ist eines der grössten Rätsel in der Physik. Das hat mit der sogenannten Dunklen Energie zu tun, von der wir keine Ahnung haben, was das ist.

Beobachter: Es gab also schon vor 13,7 Milliarden Jahren ein kleineres Universum. Wie weiss man das denn, wenn man nichts darüber weiss?
Schawinski: Es gibt mehrere unabhängige Methoden, wie man feststellen kann, wie alt das Universum ist. Alle kommen zum selben Ergebnis. Je weiter wir ins Universum schauen, desto weiter schauen wir in die Vergangenheit. Mit Teleskopen können wir bis einige hunderttausend Jahre zum Urknall zurückschauen. Wir sehen sogar den kosmischen Mikrowellenhintergrund. Das ist eine Art Glühen des Urknalls. Das existiert immer noch um uns herum, etwa wenn wir einen Fernseher einschalten und diese Störmuster sehen. Ein kleiner Teil dieses Störmusters ist noch das Rauschen des Urknalls.

Beobachter: Stimmt der Begriff «Urknall»? Gab es tatsächlich einen lauten Knall?
Schawinski: Es gab noch keine Luft und deshalb auch keinen Ton. Auch die Idee, dass der Urknall eine Explosion war, ist nicht ganz richtig. Der Urknall fand überall gleichzeitig statt.

Beobachter: Aber was war denn vor diesen 13,7 Milliarden Jahren?
Schawinski: Raum und Zeit, wie wir das wahrnehmen, sind Eigenschaften des Universums selber. Sie sind erst mit dem Universum entstanden. Stellen wir uns mal vor: Auf einer Achse bedeutet Norden die Zukunft und Süden die Vergangenheit. Wenn wir in die Vergangenheit gehen, nach Süden, sind wir irgendwann am Südpol. Was ist südlicher vom Südpol? Nichts. Man kann nicht südlicher gehen. Gleichermassen kann man nicht vor den Urknall gehen, weil es keine Zeit gibt. Die Zeit hat mit dem Urknall begonnen.

Beobachter: Irgendetwas muss doch vorher existiert haben.
Schawinski: Es gibt kein Vorher. Die kosmische Uhr hat mit dem Urknall begonnen. Wenn man eine Zeitmaschine hätte, könnte man nicht weiter zurückgehen.

Beobachter: Ist die Urknall-Theorie allgemein anerkannt?
Schawinski: Sie wird von hundert Prozent der Wissenschaftler anerkannt. Die Beweislage ist eindeutig, es gibt keine Alternativtheorien. Die Frage, was vor dem Universum war, kann man wissenschaftlich stellen, aber noch nicht beantworten. Daraus folgen dann philosophische Gespräche. Ob man jemals wissenschaftlich dahinterkommt oder ob das immer philosophische Spekulation bleiben wird, weiss ich nicht. Vielleicht können wir in der Zukunft mit anderen Methoden Messungen machen, die zeigen, dass es andere Universen gibt, aber im Augenblick ist es Spekulation.

Beobachter: Wie sieht das Universum aus? Man stellt sich das als unendlich vor. Aber gibt es jenseits der Unendlichkeit eine Grenze?
Schawinski: Es gibt eine Art Grenze, einen Horizont. 13,7 Milliarden Jahre, das ist die Grenze. Man kann nicht über diesen Horizont hinausschauen. Das bedeutet, dass Licht, das von weiter entfernt kommen würde, uns noch nicht erreicht hat. Wir wissen aber, dass das Universum viel grösser sein muss als dieser Horizont, den wir sehen. Ob es unendlich ist oder nicht, können wir nicht sagen.

Beobachter: Gibt es Vorstellungen, wie gross das unbekannte Universum im Vergleich zum bekannten sein könnte?
Schawinski: Es muss mindestens ein paar Mal so gross sein wie der Horizont.

Beobachter: Schauen wir das Universum mal von der Zahlenseite an. Wie viele Sterne zählt unsere Galaxie, die Milchstrasse? Und wie viele Galaxien gibt es?
Schawinski: In unserer Milchstrasse gibt es ungefähr 100 Milliarden Sterne. Solche, die wesentlich kleiner sind als unsere Sonne, bis hin zu gigantischen, die bis 150-mal mehr Masse haben als diese. Unsere Milchstrasse ist eine durchschnittliche Galaxie. Innerhalb des Horizonts unseres Universums gibt es etwa 100 Milliarden Galaxien.

Beobachter: Mit dem Urknall bildeten sich Gase, daraus Moleküle, später organische Verbindungen, erste Formen von Leben. Woher kamen denn diese Gase?
Schawinski: Sie bestanden fast ausschliesslich aus Wasserstoff und Helium. All die schweren Elemente, aus denen die materiellen Gegenstände sind, also dieser Stuhl, Pflanzen und Tiere, sind später entstanden, etwa aus Explosionen von Supernoven. Von dort stammen Kohlenstoff, Eisen, Kalzium und so weiter. Alle Materie ist aus einem Stern entstanden, der später gestorben ist.

Beobachter: Ihr Spezialgebiet sind Schwarze Löcher. Wie muss man sich die vorstellen?
Schawinski: Schwarze Löcher sind Objekte, die so dicht und so schwer sind, dass sie völlig ineinander zusammengefallen sind. Es sind Punkte, die so dicht sind, dass in ihrem Umfeld kein Objekt der Anziehung entweichen kann. Wenn man ihnen zu nahe kommt, gibt es kein Entrinnen mehr. Die Fluchtgeschwindigkeit, mit der Schwarze Löcher Objekte anziehen, ist grösser als Lichtgeschwindigkeit.

Beobachter: Wie sind die Schwarzen Löcher entstanden?
Schawinski: Das wissen wir nicht. Es gibt zwei Arten von Schwarzen Löchern. Von der einen Art wissen wir, woher sie kommen. Es sind Sterne mit grosser Masse, 30- bis 50-mal so massiv wie unsere Sonne. Wenn die sterben, kann ein Schwarzes Loch entstehen. Wir wissen auch, dass fast jede Galaxie im Zentrum ein Schwarzes Loch hat, das teilweise milliardenfach so schwer ist wie unsere Sonne, was immer noch sehr winzig ist im Vergleich zur Masse der Galaxie. Diese Schwarzen Löcher und die Galaxien haben eine Verbindung, aber welcher Art die ist, das verstehen wir noch nicht ganz. Gegenwärtig ist das Schwarze Loch in unserer Milchstrasse daran, eine Wolke zu fressen. Aber die ist klein, nur etwa drei Erdmassen.

Beobachter: Müssen wir Angst haben vor diesem gefrässigen Schwarzen Loch?
Schawinski: Überhaupt nicht. Nur wenn man dem zu nahe kommt, wird man hineingezogen. Nur die allernächsten Sterne ums Schwarze Loch spüren die Gravitationskraft. Aber den restlichen 100 Milliarden ist das egal.

Beobachter: Ist es möglich, dass ein Schwarzes Loch die ganze Milchstrasse in sich hineinschlürft?
Schawinski: Das ist völlig unmöglich.

Beobachter: Wieso sind Sie sich da so sicher?
Schawinski: Weil das Schwarze Loch unserer Milchstrasse nur ungefähr vier Millionen Mal so massiv ist wie die Sonne. Die Gravitationskraft würde nur stärker, wenn die Masse zunähme.

Beobachter: Ein Wort zur Lichtgeschwindigkeit: Wieso ist nichts schneller als das Licht mit seinen knapp 300'000 Kilometern pro Sekunde?
Schawinski: Das Universum erlaubt nur diese Geschwindigkeit. Man kann es vielleicht so beschreiben: Wenn ich in einer relativistischen Welt, also auf der Erde, in einem Auto schneller fahren will, drücke ich aufs Gas – kein Problem. Wenn ich mich in einem Raumschiff zum Beispiel mit halber Lichtgeschwindigkeit bewege und schneller werden will, brauche ich immer mehr Energie. Will ich auf 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit gehen, brauche ich extrem viel mehr Energie. Oder anders gesagt: Das Raumschiff wird immer schwerer. Es würde bei Lichtgeschwindigkeit unendlich viel Energie brauchen – oder das Raumschiff wäre unendlich schwer. Die Lichtgeschwindigkeit ist wie eine Wand, an die man nie ganz herankommt.

Beobachter: Welche grossen Fragen möchten Astrophysiker und Astronomen beantworten?
Schawinski: Auf meinem Gebiet: Wie kommen wir zeitlich vom absolut frühesten Universum zu unserer Milchstrasse? Was ist die Entstehungsgeschichte? Warum sehen Galaxien so aus, wie sie aussehen? Und da glaube ich, dass Schwarze Löcher eine wichtige Rolle spielen. Ein anderes grosses Thema: Wir haben in den letzten Jahren gelernt, dass es viele Planeten um andere Sterne herum gibt. Wir wollen wissen, wie viele davon erdähnlich sind im Sinne, dass es auf ihnen Leben geben könnte. In den nächsten zehn bis zwanzig Jahren sollten wir das wissen.

Beobachter: Sind heute schon Planeten bekannt, auf denen es erdähnliche Bedingungen gibt?
Schawinski: Das ist schwierig zu beantworten. Denn: Was ist schon erdähnlich? So weit sind wir noch nicht. Und wenn wir sagen «Leben»: Welches Leben meinen wir? Leben wie bei uns sicher nicht. Das Ziel ist es, einen Planeten zu finden, der so gross ist wie die Erde, auf dem die Temperatur stimmt und der eine Atmosphäre hat. Den haben wir noch nicht gefunden.

Beobachter: Die Erde wird irgendwann aufhören zu existieren. Wie wird das von sich gehen?
Schawinski: Unsere Sonne hat etwa die Hälfte ihres Lebens hinter sich. Sie hat noch Treibstoff für zirka viereinhalb bis fünf Milliarden Jahre. In den nächsten zwei bis drei Milliarden Jahren wird die Sonne immer heisser und dehnt sich immer mehr aus. Das bedeutet, dass sich auch die Erde immer mehr erhitzt, die Ozeane werden verschwinden. Dann wird es kein Leben mehr geben auf der Erde. Offen ist, ob die Erde dann von der expandierenden Sonne verschluckt wird oder nicht. Irgendwann am Lebensende der Sonne wird die Atmosphäre abgestossen, und der Kern schrumpft, bis er zu einem weissen Zwerg wird.

Beobachter: Ist es eine erschreckende oder eine tröstliche Vorstellung, dass die Erde wie andere Planeten oder Sterne an ein Ende kommt?
Schawinski: Das Universum ist zyklisch. Aus dem Material, das unsere Sonne abgibt – und das alle Elemente enthält, aus denen wir bestehen –, kann sich ein neuer Stern bilden. Es könnte also irgendwann wieder eine neue Erde entstehen und damit neues Leben.