Ein Universum aus Nichts

Anhand der aktuell beobachteten Dichte freier Elektronen in unserer Milchstraße können wir die Plasmafrequenz darin abschätzen. Diese Abschätzung ergibt, dass der größte Teil der Kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung zu einem Zeitpunkt, in dem das Universum etwa 50-mal älter sein wird als heute, auf so lange Wellenlängen gedehnt und damit auf so niedrige Frequenzen reduziert sein wird, dass sie unterhalb der Plasmafrequenz unserer künftigen (Meta-)Galaxie liegt. Danach wird die Strahlung einfach nicht mehr in unsere (Meta-)Galaxie gelangen; sie wird nicht mehr zu beobachten sein, wie hartnäckig der Beobachter auch sein mag. Auch der CMBR wird verschwunden sein.
    Also keine beobachtete Expansion mehr, kein verbliebenes Nachglühen des Big Bang. Aber was ist mit der Häufigkeit der leichten Elemente Wasserstoff, Helium und Lithium, die ebenfalls eine unmittelbare Signatur des Urknalls liefert?
    Wie in Kapitel 1 geschildert, zeige ich tatsächlich jedem, der nicht an den Big Bang glaubt, gern die folgende Abbildung, die ich für solche Fälle in meiner Brieftasche mit mir herumtrage. Dann sage ich: »Schauen Sie! Den Big Bang hat es wirklich gegeben!«

    Ich weiß, die Abbildung sieht sehr kompliziert aus, zeigt aber nur die relative vorhergesagte Häufigkeit von Helium, Deuterium, Helium-3 und Lithium im Vergleich zu Wasserstoff und beruht auf unserem aktuellen Verständnis des Big Bang. Die obere Kurve (sie verläuft nach rechts oben) zeigt die vorhergesagte Häufigkeit von Helium (dem zweithäufigsten Element im Universum) im Vergleich zu Wasserstoff (dem häufigsten Element), bezogen auf das Gewicht. Die nächsten beiden nach rechts unten verlaufenden Kurven stehen für die vorhergesagten Häufigkeiten von Deuterium bzw. Helium-3 im Vergleich zu Wasserstoff, hier nicht auf das Gewicht bezogen, sondern auf die Zahl der Atome. Die untere Kurve schließlich gibt die vorhergesagte Häufigkeit des nächstleichtesten Elements Lithium wieder, auch hier bezogen auf die Zahl der Atome.
    Die vorhergesagten Häufigkeiten sind als Funktion der angenommenen Dichte normaler Materie (aus Atomen) im heutigen Universum wiedergegeben. Würde durch Variation dieser Größe keine Kombination aller vorhergesagten Elementhäufigkeiten erzeugt, die auf unsere Beobachtungen passt, so wäre das ein starker Beleg dafür, dass sie nicht in einem heißen Big Bang entstanden sind. Anzumerken ist, dass die vorhergesagten Häufigkeiten dieser Elemente um fast zehn Größenordnungen variieren.
    Die mit jeder Kurve assoziierten, nicht eingefärbten Rechtecke zeigen den zulässigen Spielraum der geschätzten ursprünglichen Häufigkeit dieser Elemente; sie beruhen auf Beobachtungen alter Sterne und heißem Gas innerhalb und außerhalb unserer Milchstraße.
    Das senkrechte eingefärbte Rechteck repräsentiert dann jene Region, in der alle Vorhersagen und Beobachtungen tatsächlich übereinstimmen. Diese Übereinstimmung zwischen Vorhersagen und Beobachtungen ist ein kaum zu übertreffender Beleg für einen frühen heißen Urknall, in dem all die leichten Elemente entstanden sind – es handelt sich hier um Elemente, deren vorhergesagte Häufigkeiten um zehn Größenordnungen voneinander abweichen.
    Es lohnt sich, die Implikationen dieser bemerkenswerten Übereinstimmung nachdrücklich zu wiederholen: Nukleare Reaktionen, die genau die Häufigkeit der leichten Elemente Wasserstoff und Deuterium, Helium und Lithium erzeugen, die gemäß unseren Folgerungen die Grundbausteine der unseren Nachthimmel füllenden Sterne bilden, konnten nur in den ersten Sekunden eines Big Bang ablaufen; dazu war eine anfängliche Häufigkeit von Protonen und Neutronen erforderlich, aus der annähernd die beobachtete Materiedichte in heute sichtbaren Galaxien hervorgehen konnte, sowie eine Strahlungsdichte, deren Reste genau der beobachteten Stärke der heutigen Kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung entsprechen.
    Einstein hätte vielleicht gesagt, nur ein sehr boshafter (und deshalb für ihn unvorstellbarer) Gott hätte sich verschworen, ein Universum zu schaffen, in dem alles so eindeutig auf den Ursprung in einem Big Bang hinweist, ohne dass dieser stattgefunden hätte.
    In den 1960er Jahren konnte erstmals gezeigt werden, dass zwischen der aus Messungen erschlossenen Heliumhäufigkeit im Universum und der vorhergesagten Häufigkeit des aus einem Big Bang hervorgehenden Heliums eine grobe Übereinstimmung besteht. Das war tatsächlich einer der