Eine Welt ohne Urknall
Stand, 26.4.2025
Zusammenfassung
Die Urkallhypothese ist für die Beschreibung des Kosmos ungeeignet. Die Evolution des Universums vollzieht sich im ständigen Wechsel von Kontraktion und Expansion großer Massenansammlungen.
Die Entdeckung von Sauerstoff in alten Bereichen des Universums erfordert eine gründliche Überprüfung der Urknallhypothese.
Das Universum ist unendlich in Raum und Zeit.
1. Das Urknallmodell
Als im vorigen Jahrhundert Albert Einstein seine Relativitätstheorie veröffentlichte, begann ein neues Kapitel bei der Beschreibung des Universums. Durch die Entdeckung von Edwin Hubbel, das ein Teil des Universums expandiert, entstand sofort eine neue Fragestellung zur Evolution des Universums. Es war nahe liegend, den Expansionsvorgang zurück zu verfolgen, um Vorstellungen über den früheren Zustand des Universums zu finden. Leider ist man dabei mehr spekulativ als sorgfältig vorgegangen, und das Ergebnis war die Theorie vom Urknall. Wir wollen versuchen, den Expansionsvorgang schrittweise zurück zu verfolgen und fragen, ob sich der Urknall zwingend ergibt. Zu Anfang sei bemerkt, dass nur ein Teil des Universums an der Expansion teilnimmt, denn es werden zahlreiche Zusammenstöße großer Systeme wie Galaxien beobachtet, die bei einer allgemeinen Expansion streng radial erfolgen müsste. Die folgenden Überlegungen gelten nur für den Teil des Universums, der einer einheitlichen Expansion unterliegt.
Das Universum besteht aus festen Himmelskörpern, Gas und Strahlung. Für die Wechselwirkung zwischen einzelnen festen Himmelskörpern gilt die allgemeine Relativitätstheorie. Der Versuch, die Expansion des Universums zurück zu verfolgen, muss die Wechselwirkung aller Himmelskörper quantitativ erfassen. Ein solcher Versuch scheitert aber angesichts der großen Anzahl der Himmelskörper.
Beim stellaren Gas scheint die Situation besser zu sein. Wegen seiner geringen Dichte gilt die Zustandsgleichung für ideale Gase, und man kann die gedachte Umkehrung der Expansion anfänglich als Kompression sehr gut berechnen. Wenn aber der Druck einen Wert von 20 bis 30 bar erreicht, darf man die Wechselwirkung zwischen den Molekülen nicht mehr vernachlässigen. Die Zustandsgleichung für ideale Gase wird dann durch die van der Waalsche Gleichung ersetzt. Diese Gleichung enthält Korrekturgrößen, die experimentell bestimmt werden müssen. Auch der Geltungsbereich der van der Waalschen Gleichung ist begrenzt. Mit steigendem Druck muss die Zustandsgleichung immer wieder durch weitere, experimentell zu bestimmende Größen erweitert werden. Diese Anpassung der Zustandsgleichung gelingt aber nur solange wie Messwerte zur Verfügung stehen. Für die Zustandsgrößen, die in kosmischen Objekten zu erwarten sind, fehlen uns aber die Messmöglichkeiten. Wir haben keine gültige Zustandsgleichung und müssen auf den Versuch verzichten, die Expansion durch exakte Rechnung zurück zu verfolgen.
Wenn eine quantitative, exakte Beschreibung des Vorgangs nicht gelingt, muss man es qualitativ versuchen und in Kauf nehmen, dass die Ergebnisse unsicher werden. Dabei kann man aber auf die Beobachtung zurückgreifen, dass es in den Sternen Materiezustände mit einer hohen Dichte und hohen Temperaturen gibt. Die Annahme, dass das Universum bei seiner Expansion einen " Sternenzustand" durchlaufen hat, ist gerechtfertigt.
Noch höhere Materiedichten werden in Neutronensternen erreicht. Die Existenz der Neutronensterne scheint gesichert. Der Materiezustand sollte dem in den Atomkernen ähnlich sein. Über den Zustand der Materie in den Atomkernen gibt es Modelle aber noch keine sicheren Kenntnisse.
Die Vorstellung, dass Atomkerne aus Neutronen und Protonen bestehen ist gerechtfertigt, weil bei der Kernspaltung beide Teilchenarten entstehen. Wichtig aber ist, dass bisher noch keine Atomkerne gefunden wurden, die nur aus Neutronen zusammengesetzt sind. Außerdem nimmt die Stabilität der Kerne jenseits des Urankerns mit der Anzahl der Teilchen ab. Aus diesem Grund dürfte es Neutronensterne nicht geben. Dass es sie gibt, zeigt nur, dass wir über diesen Materiezustand nicht genügend wissen. Darf man auf dieser Wissensbasis noch weiter denken? Vielleicht, denn es gibt Schwarze Löcher. Die Existenz Schwarze Löcher ist nachgewiesen. Die einzige bestimmbare Größe bei Schwarzen Löchern ist die Masse. Alle anderen Informationen wie die Größe, Temperatur usw. sind hinter dem Ereignishorizont verborgen. Aus diesem Grunde werden wir niemals Kenntnisse über den Zustand der Materie in Schwarzen Löchern haben. Für ein Weiterdenken in Richtung einer noch höheren Dichte fehlt uns damit jede Grundlage. Alle Vorstellungen über noch dichtere Zustände der Materie sind reine Spekulation. Damit hat die Vorstellung, dass es eine Expansion aus einem Materiezustand jenseits der Schwarzen Löcher gibt, keine sichere Basis.
2. Ein neues Weltmodell
Die Urknalltheorie nimmt an, dass das gesamte, als endlich gedachte Universum aus einem Punkt - aus dem Nichts - entstanden wäre. Dabei wird der fundamentale Satz von der Erhaltung von Masse und Energie verletzt. Die Urknalltheoretiker haben für dieses Problem ein Schönheitspflaster; sie nennen diesen Punkt "Singularität" und hoffen, damit alle Probleme aus der Welt geschafft zu haben. Weil die Singularität keinen Drehimpuls haben kann, muss die Expansion ein kugelförmiges Universum ergeben, in dem alle Teilchen sich radial vom Zentrum weg fortbewegen. Aber unser Universum ist flach. Bei einer kugelförmigen Expansion ist außerdem die Zusammenlagerung von kleinen zu größeren Teilchen nicht möglich, weil die Wahrscheinlichkeit der Wechselwirkung zwischen benachbarten Teilchen sich im Verlauf der Expansion ständig vermindert. Für die Bildung größerer Teichen werden in der Urknallhypothese schwer zu begründende Annahmen angewendet.
Der zweite Denkfehler ist die Annahme eines endlichen Universums. Für die älteste Strahlung, die man gemessen hat, wurde ein Alter von 13,8 Mrd. Jahre bestimmt. Mit dieser Größe wurde der Durchmesser des Universums definiert. Im antiken Griechenland wurde das Ende der Welt hinter der Straße von Gibraltar vermutet, weil noch niemand weiter gefahren war. Warum muss das Ende der Welt der Bereich des uns bekannten Universums sein?
Ein endliches Universum bringt weitere Probleme:
- Bei der Expansion wird Arbeit im Gravitationsfeld geleistet, die zu einer Abnahme der Expansionsgeschwindigkeit führen muss.
- Versuche zur quantitativen Beschreibung der Expansion sind bisher nur gelungen, wenn man das Vorhandensein von dunkler Materie und dunkler Energie annimmt. Man muss nochmals betonen, dass es keine experimentell abgesicherte Zustandsgleichung für die nach dem Urknall angenommenen Materiezustände gibt. Die Urknalltheoretiker berechnen Materiezustände, die sie nicht kennen mit Zustandsgleichungen, die sie nicht haben.
Wenn wir für den Beginn der Expansion unseres Universums eine oder mehrere sehr große Massenansammlung annehmen, vermeiden wir alle Schwierigkeiten der Urknalltheorie.
3. Schwarze Löcher
Die Existenz Schwarzer Löcher ist durch astronomische Beobachtungen und theoretische Arbeiten gesichert. Bei der Entstehung von Schwarzen Löchern sind drei grundlegende Modelle möglich:
- Bildung aus Gas
- Bildung aus Gas und Staub
- Bildung aus festem Material/Staub
Bei Massenansammlungen, die sich ausschließlich aus Gas bilden, gelten die Gesetze der Thermodynamik. Der Kompressionsvorgang ist berechenbar, solange man eine gültige Zustandsgleichung hat. Wenn Druck und Temperatur so hoch werden, dass die bekannten Zustandsgleichungen nicht mehr gelten, kann man nicht mehr exakt rechnen. Man kann aber davon ausgehen, dass mit dem Druck die Temperatur weiterhin ansteigen wird. Wenn die Temperatur eine Kernfusion ermöglicht, wird das System instabil und expandiert. Materieansammlungen, die nur aus Gas bestehen, expandieren wahrscheinlich, bevor sie die Masse eines Schwarzen Loches erreichen.
Die meisten Massenansammlungen entstehen aus Staub und Gas. Das Verhältnis und die Menge von Staub und Gas und entscheidet über die Größe der Massenansammlung und Ihre Stabilität, das heißt, ob sich ein Stern oder ein Schwarzes Loch bildet.
Bei der Entstehung aus Staub entsteht keine nennenswerte Kompressionswärme. Es können sich große Massen ansammeln. Wenn die Gravitation in einer große Massenansammlung das Stadium eines Neutronensterns übersteigt, müssen sich im Neutronenplasma kleinere, zusammen gesetzte Teilchen bilden. Mit zunehmendem Gravitationsdruck bilden sich Pionen , Mesonen (Tabelle 1) und danach stufenweise weitere, schwerere Teilchen. Die große Anzahl und Masse schwerer, kosmischer Teilchen zeigt, dass es sehr massereiche Schwarze Löcher geben muss.
Subatomare Teilchen (Tabelle 1). Sie erlauben hohe Dichten, wie man sie in Schwarzen Löchern erwartet.
Tabelle 1 Subatomare Teilchen (berechnete Werte) 
Für die Dicht erhält man:+
zum Vergleich: Dichte eines Neutrons: 1,74*1017 kg/m3
Dichte Neutronenstern : 3,7...5,9*10 17 kg/m3
Die hohe Materiedichte und die Gravitationskraft bilden geeignete Bedingungen für die Entstehung der kosmischen Teilchen. Für die Bildung der geladenen Pionen und Myonen wird Energie benötigt (Tabelle 1). Sie kann dem Gravitationsfeld entnommen werden, wobei Feldenergie sich in Masse umgewandelt. Diese Masse erhöht die Masse des Systems und damit seine Gravitation. Dadurch kann die Kontraktion weiter bis zu einer maximalen Dichte fortschreiten. Man darf aber nicht annehmen, das die Kontraktion unbegrenzt verlaufen kann und das Schwarze Loch in sich selbst verschwinden kann - ein "inverser Urknall".
Die Bildung neutraler Teilchen liefert Energie, was zur Aufheizung und Expansion führen muss. Welche Vorgänge bei der Bildung subatomarer Teilchen im Schwarzen Loch stattfinden, ist Spekulation.
Die in Gravitationsfelder wie auch elektrische Feldern gespeicherte Energie im Kosmos sind nicht messbar. Felder haben keine Masse; man kann sie nicht wiegen. Man kann die Energieumwandlung für die Bewegung einzelner Körper im Feld berechnen, aber für mehrere Körper die Energie dieser Felder nicht bestimmbar.
Die Feldenergie ist ein Teil der dunklen Energie. Dunkle Energie ist auch die Energie .die mit der Änderung der Wellenstruktur bei der Expansion eines kosmischen Systems verbunden ist.
Die Entstehung neutraler Teilchen ist bevorzugt, weil ihre Bildungsenergie geringer ist, als die geladener Teilchen. Die Materiedichte erreicht Werte, die man in Schwarzen Löchern erwartet (Tabelle 1).
Weil die kosmische Strahlung eine Vielzahl noch schwererer Teilchen enthält, deren Herkunft ebenfalls Schwarze Löcher sein können, kann man mit noch höheren Materiedichten rechnen. Die in der kosmischen Strahlung vorkommenden Teilchen zeigen, dass Schwarze Löcher expandieren können und die Myonen dabei erhalten bleiben.
Bei der Entstehung Schwarzer Löcher wird die zuströmende Materie um so stärker beschleunigt, je schwerer das Schwarze Loch ist. Die Materie trifft in der Äquatorebene tangential auf, wobei die Drehfrequenz und der Drehimpuls anwachsen. Wenn bis die Zentrifugalkraft die Gravitation übersteigt und, ist die Expansion des Schwarzen Lochs möglich.
Wenn die Form des Schwarzen Loches etwas zu einem Ellipsoid abweicht, ist die Gravitation zwischen der kleinen Halbachse und dem Zentrum größer als die der großen Halbachse und dem Zentrum. Die Folge ist eine Verformung zu einer Scheibe, die ein Ring oder eine Spirale sein kann und die im Zentrum ein Schwarzes Loch haben kann.
Die Expansion erfolgt nach dem Wellenlängengesetz.
Expansion und Kompression sind die Vorgänge, die die Evolution im ewigen und unendliche Kosmos bestimmen.
Wenn eine großen Massenansammlungen der Ausgangszustand der Expansion gewesen sein sollte, muss sie eine Vorgeschichte gehabt haben. Die Expansion kann keine "Urexpansion " gewesen sein. Die Existenz des Universums ist ewig. Bei seiner Expansion wird Arbeit im Gravitationsfeld geleistet, wobei die Expansionsgeschwindigkeit ständig abnehmen muss.
Man hat aber für unser Universum eine Zunahme der Expansionsgeschwindigkeit gemessen. Die Ursache einer beschleunigten Bewegung ist immer eine Kraft. Diese Kraft könnte die Gravitation großer Massenansammlungen außerhalb des uns bekannten Universums sein. Die Existenz dieser Massenansammlungen äußert sich nur in ihrer Gravitation. Sie sind - wie alle Schwarzen Löcher - mit einem Ereignishorizont umgeben. Die Gesamtheit aller Massenansammlungen überlagert sich und erzeugt einen gemeinsamen Erkenntnishorizont, der uns jeden Blick in den Bereich außerhalb des uns bekannten Universums verwehrt. Dieser Erkenntnishorizont könnte mit dem bisher als Rand des Universums bezeichneten und mit dem Wert von 13.8 Mrd. Lichtjahren identisch sein.
Ohne Urknall muss es kein zentrales Expansionszentrum geben. Es kann mehrere Systeme geben, die sich in unterschiedlicher Richtung und mit verschiedener Geschwindigkeit bewegen.
Die Hubble-Konstante könnte die Relativgeschwindigkeit zwischen zwei benachbarten Bereichen unseres Universums sein. Damit stört es nicht, dass es kosmischen Gebilde gibt, die eine andere Bewegungsrichtung haben als die Richtung der allgemeinen Expansion. Jedes kosmische Systeme hat einen eigenen Wellenraum mit Expansion oder Kontraktion. Durch die Überlagerung der Wellenräume unterschiedlicher Systeme sind Kollisionen kosmischer Objekte möglich.
Der Große Attraktor ist ein solches System. Er zieht große Teile unseres Universums in seine Richtung. Seine Existenz ist mit der Urknalltheorie unvereinbar.
Was wird aus uns?
Irgendwann wird auch unsere Erde in einem Schwarzen Loch enden. Dann werden alle Werke menschlicher Kultur und alle Informationen über uns endgültig gelöscht sein. Alles was menschlicher Erfindergeist erdacht und geschaffen hat verschwindet für immer spurlos hinter dem Ereignishorizont eines Schwarzen Loches.
Aber vielleicht gibt es doch noch etwas in der ewigen Unendlichkeit des Universums, etwas Geheimnisvolles, etwas Unfassbares, auf das wir hoffen dürfen.