Das Weltraumteleskop Planck hat in die Vergangenheit gesehen. Weiter zurück und mit höherer Auflösung als jedes andere Teleskop bisher. Planck beobachtet eine Zeit kurz nach dem Urknall; eine Zeit, als die Grundlage für das heutige Universum gelegt wurde und eine Zeit, die uns viel über den Anfang von Allem verraten kann. Die Ergebnisse wurden letzte Woche veröffentlicht. Sie sind einerseits genau so, wie wir es erwartet haben und bestätigen uns, dass wir den Anfang des Alls und seine Entwicklung schon ziemlich gut verstanden haben. Sie sind aber ein klein wenig anders und tragen die Möglichkeit komplett neuer Physik und kommender wissenschaftlichen Revolutionen mit sich.
Planck hat wirklich viele Daten gesammelt. Der Satellit ist immerhin schon seit 4 Jahren im All. Die Wissenschaftler haben die Daten der ersten 15,5 Monaten ausgewertet und allein die haben schon gereicht, um 30 wissenschaftliche Artikel zu schreiben; die jeweils oft über 50 Seiten lang sind. Es ist unmöglich, all das in einem Blogartikel zusammenzufassen. Eigentlich sollte man darüber ein Buch schreiben (spannend genug wäre das Thema; hoffentlich macht das jemand). Ich habe es auch nicht geschafft, all diese Artikel zu lesen. Aber ich probiere trotzdem, die wichtigsten Ergebnisse zu erklären.
Was hat Planck beobachtet?
Planck beobachtet die kosmische Hintergrundstrahlung. Das junge Universum war heiß und dicht. So heiß, dass es noch keine kompletten Atome geben konnte. Ein Atom besteht aus einem Atomkern und einer Hülle aus Elektronen. Da die Temperaturen aber so hoch waren und die Teilchen dementsprechend schnell durcheinander sausten, konnten sich die Elektronen nicht an die Atomkerne binden. Das hatte auch Konsequenzen für die vielen Lichtteilchen im Universum. Sie konnten sich nicht ungehindert ausbreiten sondern stießen ständig mit den freien Elektronen zusammen. Das Licht war im “Urgas” gefangen. Es dauerte knapp 380.000 Jahre, bis das Universum kühl genug (das heißt ungefähr 3000 Grad) wurde, damit die Elektronen sich an die Atomkerne binden konnten. Das All wurde “durchsichtig” und das Licht konnte sich endlich ungehindert ausbreiten. Das ist der Ursprung der kosmischen Hintergrundstrahlung; hier hatte das “erste Licht” des Universums seinen Anfang. Es breitete sich überall im Universum aus und es breitete sich mit dem Universum aus. Denn wir wissen ja, dass das All ständig expandiert. Das heißt nicht, dass sich die Galaxien durch das Weltall bewegen, sondern das der Raum selbst ständig größer wird. Früher war alles näher beieinander und noch früher war alles am selben Ort. Jeder Ort heute, egal wie weit entfernt, war früher der selbe Ort und deswegen gibt es heute auch keinen Ort im Universum von dem man sagen könnte: Hier hat der Urknall stattgefunden. Dieser Ort ist überall und das gleiche gilt auch für die Hintergrundstrahlung. Sie war überall im jungen Universum und sie ist heute auch noch überall. Wir empfangen sie aus jeder Richtung des Himmels, egal wohin wir schauen. Die Strahlung ist immer noch da; nur ihr Aussehen hat sich verändert. Die Expansion des Alls hat die Wellenlänge der Strahlung gedehnt und das was früher hochenergetische Strahlung war, die zu einem 3000 Grad heißen Gas passt, ist heute langwellige Mikrowellenstrahlung.
Die Hintergrundstrahlung wurde in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts zuerst theoretisch vorhergesagt. Die Pioniere der Urknalltheorie haben berechnet, was im frühen Universum so alles passiert sein musste und sind dabei auch auf die Existenz der Hintergrundstrahlung gestoßen. Entdeckt wurde sie dann in den 1960er Jahren durch Zufall. Ihre Existenz und die Bestätigung der Vorhersage der Theoretiker war das, was der Urknalltheorie damals zum Durchbruch verhalf (ich habe die ganze Geschichte hier zusammengefasst). Und bis heute ist sie unsere wichtigste Informationsquelle, wenn es darum geht, das frühe Universum und den Urknall zu verstehen.
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