Hawkings neues Universum

Absorptionslinien im Hintergrundlicht des Quasars können als Temperaturanzeiger genutzt werden. Bestimmte Anregungszustände der Kohlenstoff-Atome lassen darauf schließen, dass der Weltraum vor zehn Milliarden Jahren zwischen 6 und 14 Kelvin kalt war (0 Kelvin entspricht minus 273,15 Grad Celsius). Dieser Wert ist dreimal so hoch wie der heutige – 2,73 Grad über dem absoluten Nullpunkt – und eine glänzende Bestätigung der Urknall-Theorie, die eine Temperatur von 9,1 Kelvin in der Entfernung der intergalaktischen Wolke voraussagt.
    „Die Urknall-Theorie hat einen entscheidenden Test bestanden. Sie hätte aufgegeben werden müssen, wenn Astronomen niedrigere Temperaturen in der Frühzeit des Universums gemessen hätten als vorhergesagt“, kommentierte John Bahcall von Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey – und fügte schmunzelnd hinzu: „Obwohl das Ergebnis eine großartige Leistung ist, hat es mich etwas enttäuscht. Ich bin froh, dass die Urknall-Theorie bestätigt wurde, aber es wäre noch aufregender gewesen, wenn sie versagt hätte und wir nach einem neuen Modell für die Entwicklung des Universums suchen müssten.“
Die flache Welt
    „Gemalt hätt ich dich: nicht an die Wand, / an den Himmel selber von Rand zu Rand“, heißt es in Rainer Maria Rilkes Stundenbuch (1905). Tatsächlich steht am ganzen Himmel eine Botschaft geschrieben – nicht in menschlicher Schrift jedoch, sondern mit den Zeichen der Natur. Es ist eine Botschaft vom Anfang unserer Welt: die Kosmische Hintergrundstrahlung. Wobei das heute beobachtbare Universum damals lediglich ein Milliardstel seines Volumens hatte. Die Temperatur der Kosmischen Hintergrundstrahlung ist extrem gleichförmig. Erst 1992 hat der Satellit COBE winzige Temperaturschwankungen von etwa einem Hunderttausendstel Grad entdeckt. Sie sind eine Art Abdruck von geringfügigen Inhomogenitäten im Urgas, die sich unter der Schwerkraftwirkung später zu den Galaxien, Galaxienhaufen und -superhaufen verdichtet hatten. Allerdings war COBEs Auflösungsvermögen – circa 7 Grad oder 14 Vollmond-Durchmesser – nicht hoch genug, um feine Details sichtbar zu machen. Umso größer der Ansporn, genauere Daten zu erhalten. Denn die größenabhängige Verteilung der Temperaturschwankungen – Astrophysiker sprechen vom Winkelleistungsspektrum – birgt zahlreiche wertvolle Informationen über das Universum, die aus schärferen Himmelsaufnahmen herauszulesen sind:
die durchschnittliche Materiedichte,
der Anteil gewöhnlicher Materie sowie der Anteil der ominösen Dunklen Materie, die aus exotischen, bislang unbekannten Elementarteilchen zu bestehen scheint,
die Energiedichte des Vakuums,
die Ausdehnungsrate des Weltraums (Hubble-Konstante),
die Natur, Verteilung und Größe der Dichteschwankungen im Urgas, woraus sich Informationen über die ersten Sekundenbruchteile des Universums erschließen lassen (zum Beispiel der Expansionsverlauf und die Bedeutung der Gravitationswellen),
die großräumige Geometrie oder Krümmung des Weltraums, der nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie sphärisch, flach oder hyperbolisch sein kann: Im sphärischen Fall laufen parallele Lichtstrahlen aufeinander zu wie die Längengrade auf dem Globus, und das Universum hat ein endliches Volumen, aber – wie eine Kugeloberfläche – keine Grenze. Im flachen Fall bleiben parallele Lichtstrahlen wie in der auf Euklid zurückgehenden Schulgeometrie parallel, im hyperbolischen Fall laufen sie auseinander wie auf der Oberfläche eines Sattels, und in beiden Fällen ist das Universum dann unendlich groß.
    „Die Kosmische Hintergrundstrahlung ist für die Kosmologie, was die Erbsubstanz DNA für die Biologie ist“, sagt Max Tegmark, ein Kosmologe am Massachusetts Institute of Technology im amerikanischen Cambridge. „Ihre Temperaturschwankungen sind eine Art kosmische DNA, weil sie die Bauanleitung für die Evolution des Universums codieren.“
    Seit COBE haben Teleskope auf der Erde und in Ballons zahlreiche Messungen kleinerer Himmelsausschnitte in höherer Auflösung gemacht. Ein erster Durchbruch ist ab 2000 mit zwei Helium-gefüllten Höhenballons gelungen: Boomerang (Balloon Observations of Millimetric Extragalactic Radiation and Geophysics) und Maxima (Millimeter Anisotropy Experiment Imaging Array). Ihre Messungen übertrafen COBEs Auflösung um mehr als das Dreißigfache. Ebenso genau, aber viel umfassender sind die Daten, die der am 30. Juni 2001 gestartete