Vor dem Urknall

etwas immer heißer wird, glüht es erst rot, dann gelb und schließlich weiß. Schwarzkörperstrahlung ist die reine Abgabe dieser Art von Glühen. Wir beginnen mit einem Gegenstand, der kein auf ihn treffendes Licht wieder herauslässt, sodass es keine Verwechslung mit reflektiertem Licht gibt und wir lediglich die Photonen sehen, die von der Wärme des Körpers abgegeben werden.
    Stellen Sie sich also einen unglaublich heißen Urknall vor. Anfangs wäre das Universum, wenn alles sich so weit abgekühlt hätte, dass Atome sich bilden könnten, ein Plasmasee. Ein Plasma ist einer der Aggregatzustände der Materie. Um eine potenzielle Verwechslung auszuräumen: Dies hat nichts mit Blutplasma zu tun. (In Wirklichkeit trifft keine der beiden Anwendungen des Wortes seinen ursprünglichen Sinn, denn ursprünglich bedeutete «Plasma» etwas Geformtes oder Modelliertes, und beiden Plasmatypen mangelt es offensichtlich an Form.) Blutplasma ist die farblose Flüssigkeit, in der Blutkörperchen schwimmen; es ist der flüssige Bestandteil des Blutes. Im physikalischen Sinn ist Plasma der vierte Aggregatzustand der Materie, eine energiereichere Materieform als ein Gas.
    Um zu zeigen, wie wenig Plasma verstanden wird: Mein Wörterbuch definiert Plasma als ein Gas, in dem es eher Ionen statt Atome oder Moleküle gibt. Im Augenblick sollten wir uns keine Sorgen um diese Ionen machen, aber festhalten, wie nachlässig das Wörterbuch diesen Begriff behandelt. Eine solche Definition käme der Erklärung nahe, eine Flüssigkeit sei «ein sehr dichtes Gas mit flüssigen Eigenschaften». Ein Plasma ähnelt eher einem Gas als einer Flüssigkeit, so wie ein Gas eher eine Flüssigkeit als ein Festkörper ist. Aber es ist immer noch etwas anderes, nämlich ein anderer Zustand der Materie.
    In der Praxis neigen wir zu einer eher direkten visuellen Erfahrung mit Plasma, als uns dies mit Gasen vergönnt ist. Die Sonne ist ein riesiger Plasmaball. Jede bescheidene Kerzenflamme enthält ein wenig Plasma, obwohl diese für Plasmaverhältnisse ziemlich kühl ist. Flammen sind daher normalerweise eine Mischung aus Plasma und Gas. So wie ein Gas das ist, was einer Flüssigkeit passiert, wenn man sie kontinuierlich erhitzt, so ist ein Plasma das, was einem Gas passiert, wenn man es stark genug erhitzt.
    Während das Gas immer heißer wird, werden die Elektronen in den Gasatomen zu immer höheren Energiezuständen hinaufgetrieben. Schließlich haben einige genügend Energie, um als unabhängige Teilchen davonzufliegen. Im Allgemeinen neigen Atome, je nachdem, wie viele Elektronen am weitesten von ihrem Kern entfernt sind, dazu, entweder ein Elektron oder mehrere zu verlieren oder hinzuzugewinnen. Atome, die leicht Elektronen verlieren, tun dies und werden zu positiv geladenen Ionen. Atome, die wiederum leicht Atome hinzugewinnen, saugen die überschüssigen Elektronen der positiven Ionen auf und enden als negativ geladene Ionen. Das ist ein Plasma.
    Plasmen sind recht geläufig, wenn man das Universum als Ganzes berücksichtigt. Immerhin sind Sterne ziemlich große Objekte. Bis zu 99  Prozent der sichtbaren Materie des Universums sind Plasma. Obwohl Plasmen gasähnlich und dabei nicht besonders dicht sind, unterscheiden sie sich von Gasen. So sind Gase zum Beispiel recht gute Isolatoren, während Plasmen hervorragende Leiter sind.
    Wenn wir in der Zeit zurückblicken, war das Universum kurz nach dem Urknall mit Plasma gefüllt. Wie wir gesehen haben, sind Plasmen (im Gegensatz zu Gasen) gute Leiter. Und gute Leiter neigen dazu, lichtundurchlässig zu sein, weil Materie mit all diesen freien, in einer Ionensuppe schwimmenden Elektronen großartig mit den Photonen des Lichts reagiert. Das trifft auch auf Plasmen zu: Sie streuen das Licht.

Durchsichtig werden
    Dieser Begriff des «Streuens» hinterlässt den Eindruck, das Licht pralle vom Elektron ab. In Wirklichkeit prallen Photonen im Streuungsprozess nicht ab, nicht mehr jedenfalls, als Licht von einem Spiegel abprallt. Eigentlich passiert Folgendes: Ein streuendes Elektron (wie eines der Elektronen auf der Spiegeloberfläche) absorbiert die Energie des Photons, von dem es getroffen wird. Dabei wird das Photon zerstört. Und weil das Elektron jetzt Energie gewonnen hat, macht es einen sogenannten Quantensprung, indem es sich von einem Energieniveau auf ein anderes begibt.
    Allerdings neigen Elektronen auf hohen Energieniveaus zur Instabilität. Sehr schnell ist die gesamte Energie oder ein Teil