Eine kurze Geschichte der Zeit (German Edition)

Körpern zusammen, die heute, wie die Erde, die Sonne umkreisen.
    Die Erde war ursprünglich sehr heiß und ohne Atmosphäre. Im Laufe der Zeit kühlte sie ab und erhielt durch die Gasemissionen des Gesteins eine Atmosphäre. In dieser frühen Atmosphäre hätten wir nicht leben können. Sie enthielt keinen Sauerstoff, sondern viele Gase, die für uns giftig sind, zum Beispiel Schwefelwasserstoff (das Gas, dem verdorbene Eier ihren unangenehmen Geruch verdanken). Es gibt jedoch primitive Formen des Lebens, die unter solchen Bedingungen existieren können. Man nimmt an, daß sie sich im Meer entwickelt haben, möglicherweise dank Zufallsverbindungen von Atomen zu größeren Strukturen, sogenannten Makromolekülen, die in der Lage waren, andere Atome im Meer zu ähnlichen Strukturen zusammenzusetzen. Auf diese Art könnten sie sich reproduziert und vermehrt haben. In einigen Fällen wird es zu Reproduktionsfehlern gekommen sein. Die meisten Fehler dürften dazu geführt haben, daß sich die neuen Makromoleküle nicht mehr reproduzieren konnten und schließlich verschwanden. Doch einige wenige Fehler haben vermutlich neue Makromoleküle hervorgebracht, die zu noch besserer Reproduktion fähig waren. Sie waren deshalb im Vorteil und haben allmählich die ursprünglichen Makromoleküle ersetzt. Auf diese Weise wurde ein Evolutionsprozeß eingeleitet, der zur Entwicklung immer komplizierterer reproduktionsfähiger Organismen führte. Die ersten primitiven Lebensformen haben verschiedene Stoffe aufgenommen, unter anderem Schwefelwasserstoff, und Sauerstoff freigesetzt. Dieser Austausch veränderte die Atmosphäre allmählich, bis sie die Zusammensetzung annahm, die wir heute vorfinden und die die Entwicklung höherer Lebensformen wie die der Fische, Reptilien, Säugetiere und schließlich des Menschen ermöglichte.
    Dieses Bild eines Universums, das in sehr heißem Zustand begann und mit seiner Ausdehnung allmählich abkühlte, stimmt mit allen heute vorliegenden Beobachtungen überein. Trotzdem läßt es noch einige wichtige Fragen offen:
     
1 . Warum war das frühe Universum so heiß?
2 . Warum ist das Universum, großräumig gesehen, so gleichförmig? Warum sieht es von allen Punkten des Raums und in alle Richtungen gleich aus? Vor allem: Warum ist die Temperatur des Mikrowellen-Strahlenhintergrunds nahezu gleich, wenn wir in verschiedene Richtungen blicken? Es ist, als stellte man einer Reihe von Studenten eine Prüfungsfrage. Wenn sie alle eine gleichlautende Antwort geben, kann man ziemlich sicher sein, daß sie sich irgendwie verständigt haben. Doch in dem oben beschriebenen Modell hätte das Licht nicht genügend Zeit gehabt, von einer fernliegenden Region in andere zu gelangen, auch wenn die Regionen im frühen Universum dicht zusammenlagen. Nach der Relativitätstheorie kann keinerlei Information von einer Region in die andere gelangen, wenn dies dem Licht nicht möglich ist. Die verschiedenen Regionen des frühen Universums können also nicht alle die gleiche Temperatur gehabt haben, es sei denn, sie haben aus irgendeinem ungeklärten Grund alle mit der gleichen Temperatur begonnen.
3 . Warum hat das Universum fast genau mit der kritischen Expansionsgeschwindigkeit begonnen, durch die sich die Modelle, nach denen das Universum irgendwann rekollabiert, von jenen unterscheiden, die eine ewige Expansion beschreiben, so daß es sich heute – zehn Milliarden Jahre später – noch immer fast genau mit der kritischen Geschwindigkeit ausdehnt? Wäre die Expansionsgeschwindigkeit eine Sekunde nach dem Urknall nur um ein Hunderttausendmillionstel Millionstel kleiner gewesen, so wäre das Universum wieder in sich zusammengefallen, bevor es seine gegenwärtige Größe erreicht hätte.
4 . Obwohl das Universum im großen Maßstab so gleichförmig und homogen ist, enthält es regionale Unregelmäßigkeiten, etwa Sterne und Galaxien. Man nimmt an, daß diese sich im frühen Universum durch kleine Unterschiede in der Dichte zwischen einzelnen Regionen entwickelt haben. Welchen Ursprung hatten diese Dichtefluktuationen?
    Mit der Allgemeinen Relativitätstheorie allein lassen sich diese Eigenschaften nicht erklären und diese Fragen nicht beantworten, weil nach der Vorhersage dieser Theorie das Universum mit der Urknall-Singularität im Zustand unendlicher Dichte begann. An der Singularität büßen die Allgemeine Relativitätstheorie und alle anderen physikalischen Gesetze ihre Gültigkeit ein: Man kann nicht