Wir leiten das Alter des Universums aus Beobachtungen ab, die wir jetzt machen, verbunden mit der Annahme, dass die grundlegenden physikalischen Gesetze von heute auch in der Vergangenheit gewirkt haben.
Auf diese Weise arbeiten Historiker im Wesentlichen die Geschichte der Menschheit auf – sie beobachten Dinge wie Gebäude, Artefakte oder schriftliche Aufzeichnungen und ziehen Schlussfolgerungen auf der Grundlage eines Verständnisses menschlichen Verhaltens. Kosmologen haben einen kleinen Vorteil, weil Teilchen, Sterne und Galaxien vorhersehbarer sind als Menschen.
Es gibt zwei oder drei Schlüsselbeobachtungen, die das Alter des Universums bestimmen.
Das erste ist, dass die Galaxien, die wir um uns herum beobachten, alle zurückweichen. Das bedeutet, dass sich das Universum ausdehnt. Früher war es also kleiner. Wenn die Expansionsrate konstant wäre, würde uns das sofort einen Zeitpunkt geben, an dem es eine Größe von Null hätte, was wir als Beginn bezeichnen könnten:den Urknall.
Es ist ein bisschen komplizierter – zum Beispiel scheint das Expansionstempo tatsächlich zuzunehmen. Dennoch sagt uns die Erweiterung, dass das Universum nicht für immer hier war und immer gleich aussah. Es ist dynamisch.
Ein zweites wichtiges Puzzleteil wird als kosmischer Mikrowellenhintergrund bezeichnet. Dies ist Hintergrundrauschen (eigentlich Photonen – elektromagnetische Strahlung), das vom Urknall übrig geblieben ist.
Wenn die gesamte Materie auf engstem Raum zusammengepfercht wäre, wäre die Energiedichte sehr hoch gewesen. Dies bedeutet, dass Atome nicht zusammenhalten würden, da die Elektronen immer wieder von energiereichen Photonen weggestoßen würden. Als sich das Universum jedoch ausdehnte und abkühlte, nahm die Energie der Photonen ab.
Irgendwann wurde es zu niedrig, um die Bildung elektrisch neutraler Atome zu stoppen. Seitdem das passiert ist (ungefähr 380.000 Jahre nach dem Urknall), sind die Photonen herumgehangen und haben immer weniger Energie. Sie sind immer noch da, bei einer Temperatur von 2,7°C über dem absoluten Nullpunkt, und wir haben sie sehr genau gemessen.
Sie sind nicht nur ein weiterer Beweis für den Urknall, sondern weil wir sehr gut wissen, wie sich Elektronen und Photonen verhalten, lässt die Untersuchung des Spektrums und der Verteilung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds das Alter des Universums sehr genau eingrenzen.
Da wir schließlich wissen, dass es einen Urknall gab, können wir sehen, wie lange es gedauert haben muss, verschiedene Objekte im Universum herzustellen. Leichte Elemente (Wasserstoff, Helium und ein bisschen Lithium) würden als Ergebnis des Urknalls selbst hergestellt, aber schwerere Elemente erfordern Kernreaktoren – also Sterne.
Diese brauchen Zeit, um sich zu bilden, da Materie unter der Schwerkraft zusammenkommt, und Zeit, um zu brennen, zu explodieren und Kohlenstoff, Silizium, Eisen und den Rest im Universum zu verteilen, um neue Sterne, Planeten und natürlich Physiker zu schaffen.
Einige der Objekte, die wir um uns herum sehen, sind sehr alt – nicht zuletzt, weil sie so weit entfernt sind, dass das Licht, mit dem wir sie sehen, vor Milliarden von Jahren ausgestrahlt wurde. All dies sagt aus, dass das Universum definitiv sehr alt ist, und liefert Schätzungen, die mit den genaueren Werten übereinstimmen, die aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund abgeleitet wurden.
Weiterlesen:
- Könnten wir einen Aufzug zum Mond bauen?
- Was befindet sich in der fünften Dimension?
- Wo ist der Rand des beobachtbaren Universums? Und was kommt dahinter?
- Was ist Antimaterie und warum fehlt sie heute im Universum?