Einleitung
Das Buch, das Sie in Händen halten, behandelt im Wesentlichen die vielleicht elementarste Frage, die man sich stellen kann: Wo komme ich her? (Nein, es handelt sich nicht um die Frage nach Ihrem Geburtsort!)
Mit dem Buch Der Ursprung des Universums für Dummies wollen wir Sie auf eine Reise in die Vergangenheit einladen – eine Reise, die etwa 14 Milliarden Jahre der Geschichte unserer Welt umfasst – bis zu dem Zeitpunkt, als das Universum begann, jedenfalls nach der Vorstellung der meisten Wissenschaftler. Keine Angst, um zu verstehen, worüber wir schreiben, brauchen Sie nicht Stephen Hawking zu sein.
So weit in die Vergangenheit zurückzuschauen ist nicht einfach, besonders wenn man bedenkt, dass die meisten Leute sich nicht mehr daran erinnern können, was am letzten Mittwoch auf dem Mittagstisch stand. Aber die Wissenschaftler sind entschlossen, das komplexe Puzzlespiel aus Informationen zusammenzusetzen, die weiter in die Vergangenheit reichen als die Geschichte der Menschheit, Informationen über die Entstehung der Erde, der Erschaffung der Sonne und der Milchstraße, in der wir leben.
Wollen Sie mitkommen? Alles, was Sie für die Reise brauchen, ist Aufgeschlossenheit, Staunenkönnen und Neugierde. Sie können Ihren Taschenrechner zu Hause lassen, Sie werden ihn nicht benötigen.
Über dieses Buch
Es gibt eine Menge Theorien über den Ursprung des Universums. Einige davon sind wissenschaftlich, andere religiös, andere kulturgeschichtlich, einige ganz einfach verrückt. Wir wollen uns in diesem Buch mit der ersten Kategorie beschäftigen.
Doch selbst in der Wissenschaft gibt es eine ganze Reihe unterschiedlicher Auffassungen darüber, wie alles anfing. Deshalb konzentrieren wir uns auf die von den meisten akzeptierte wissenschaftliche Theorie, die unter dem Namen Urknalltheorie bekannt ist.
Die Experimente zur Erforschung der Frühzeit des Universums gehören zu den kompliziertesten überhaupt. Wir werden in diesem Buch erklären, warum die Wissenschaftler annehmen, dass es einen Urknall gab, und wir werden auch einige alltägliche Gedankengänge vorstellen, die Ihnen beim Verständnis dessen, was sich vor Milliarden Jahren im Universum abgespielt hat, helfen sollen.
Die in diesem Buch angesprochenen Themen sind sicherlich anspruchsvoll – warum der Raum gekrümmt ist, warum die Zeit nicht für alle gleich ist und warum alles um uns herum aus seltsamen Teilchen wie Quarks und Leptonen aufgebaut ist. Diese und andere Begriffe mögen kompliziert klingen, aber wir glauben, dass wir sie auf einfache Weise erklären können. Niemals wieder werden Sie in einer Wirtshauswette über die Frage stolpern, wie das hubblesche Gesetz mit der Entstehung des Universums zusammenhängt. Sie werden herausfinden, warum der Nachthimmel nicht strahlend hell ist, was es wirklich mit den Schwarzen Löchern auf sich hat und wie die Kosmologen alle möglichen Methoden erdacht haben, um herauszufinden, was in all den Jahren seit der Entstehung des Universums passiert ist.
Konventionen in diesem Buch
Um Ihnen das Lesen dieses Buches zu erleichtern, haben wir die folgenden Regeln verwendet:
- Kursiver Text markiert neue Wörter und Definitionen.
- Fetter Text zeigt Schlagwörter in Aufzählungen an.
- Schreibmaschinen-Text zeigt eine Internetadresse an.
Was Sie nicht lesen müssen
Dieses Buch ist keine langweilige Vorlesung über Astrophysik, es soll informativ und unterhaltend sein. Egal wo Sie es aufschlagen und lesen, Sie werden keine Probleme haben, da jedes Kapitel und jeder Abschnitt in sich abgeschlossen ist.
In den meisten Kapiteln finden Sie zusätzliche Informationen in Form von grau unterlegten Kästen. Diese enthalten weitergehende Texte, die zwar hilfreich sind, die Zusammenhänge besser zu verstehen, aber für die hauptsächlichen Begriffe dieses Buches nicht notwendig sind.
Beim Lesen des Buches werden Sie Abschnitte finden, die mit dem Symbol Technisches Detail markiert sind. Wenn Sie kein Freund von Formeln sind, können Sie diese Abschnitte überschlagen. Sie werden die hauptsächlichen Begriffe dieses Buches auch ohne die Lektüre dieser Detailstudien verstehen.
Törichte Annahmen über den Leser
Wir setzen bei Ihnen nicht viel voraus, außer dass Sie gerne etwas mehr über die Welt um sich herum und das Universum wissen wollen. Eine gewisse Kenntnis mathematischer Gleichungen ist manchmal nützlich – der Anhang erklärt, was es mit Gleichungen auf sich hat, falls Ihre Schulzeit schon ein bisschen her ist –, aber Sie brauchen kein Experte zu sein, um sich mit diesem Buch anzufreunden. Unserer Meinung nach sind Sachverhalte, die man nicht auf einfache Weise erklären kann, nicht wert, dass man sie weiß.
Wie dieses Buch aufgebaut ist
Das Inhaltsverzeichnis gibt Ihnen einen Überblick darüber, wie das Buch in Teile, Kapitel und Abschnitte gegliedert ist. Hier geben wir Ihnen aber schon eine kurze Zusammenfassung der Hauptabschnitte dieses Buches.
Teil I: Am Anfang war …: Frühe Ideen über das Universum
Am Anfang des Buches erfahren Sie etwas über die Ansichten der alten Völker über die Vorgänge am Himmel und wie Sonne, Mond und Planeten durch religiöse, kulturelle und spirituelle Prinzipien erklärt wurden.
Die Griechen waren die Ersten, die die Welt wissenschaftlich zu erklären suchten. Griechische Gelehrte fanden als Erste, dass der Mond scheint, weil er das Sonnenlicht reflektiert. Sie konnten Sonnen- und Mondfinsternisse vorhersagen, weil sie wussten, dass die Himmelskörper in regelmäßigen Bahnen liefen.
Die kosmologische Revolution begann mit Kopernikus’ Erkenntnis, dass die Erde nicht im Mittelpunkt der Welt steht. Dieser radikale Gedanke war der erste kleine Schritt zur Erkenntnis, dass das Universum riesig ausgedehnt ist und die Erde keine bevorzugte Stellung darin einnimmt.
Zwei Jahrhunderte später war es Isaac Newton – sicherlich einer der einflussreichsten Kosmologen der Neuzeit –, durch dessen Bewegungsgesetze und dessen Konzept der Schwerkraft unsere Einsicht in den Aufbau des Universums Gestalt gewann.
Teil II: Moderne Kosmologie: Am Anfang war der Urknall
Unser heutiges Verständnis des Ursprungs des Universums entstand zu Beginn des 20. Jahrhunderts. In diesem Teil des Buches begegnen wir Albert Einstein und erkunden seine spezielle und seine allgemeine Relativitätstheorie. Wir finden heraus, warum Objekte sich nicht schneller als das Licht bewegen können, was E = mc2 wirklich bedeutet und was Einstein für die größte Eselei seines Lebens hielt.
Als Nächstes begegnen wir Edwin Hubble, dem Vater der modernen Kosmologie, der die Sonne und das Sonnensystem in eine Ecke der Milchstraße verwies und zeigte, dass es neben der Milchstraße auch andere Galaxien gab. Wir zeigen auch, warum das hubblesche Gesetz – die von ihm entdeckte Beziehung zwischen der Geschwindigkeit, mit der sich andere Galaxien von uns entfernen, und ihrer Entfernung von uns – darauf hindeutet, dass das Universum expandiert und dass zu irgendeinem Zeitpunkt in der fernen Vergangenheit alles vom gleichen Punkt seinen Ausgang nahm.
Die verbreitete Ansicht, wie all dies vonstattenging – der Urknall –, wird in diesem Teil des Buches ebenfalls ausführlich erklärt. Wir erwähnen, wie der Urknall seinen Namen erhielt und warum Einsteins Gleichungen der Relativitätstheorie die Vorstellung eines Urknalls unterstützen. Wir diskutieren auch die kosmische Hintergrundstrahlung, die aus allen Richtungen des Kosmos auf die Erde fällt und die den besten Hinweis darauf liefert, dass es den Urknall gegeben hat.
Wir erklären dann, warum der Urknall allein nicht ausreichend ist, um das Universum zu erzeugen, in dem wir heute leben, sondern dass es auch eine sogenannte Inflation – eine rasche Ausdehnung des frühen Universums in einem sehr kurzen Zeitraum – gegeben haben muss.
Da der Urknall nicht die einzige wissenschaftliche Erklärung des Universums ist, diskutieren wir zum Abschluss Pro und Kontra dreier anderer Theorien für den Ursprung des Universums: die Steady-State-Theorie, die Lichtermüdungs- und die Mixmaster-Theorie.
Teil III: Das Do-it-yourself-Universum
Um ein Universum von Grund auf aufzubauen, braucht es einen guten Werkzeugkasten und eine große Menge unterschiedlicher Baumaterialien – das entdecken Sie in Teil III dieses Buches.
Wir führen das Standardmodell ein, einen Satz von Elementarteilchen mit sehr seltsamen Namen, aus denen alles besteht, was wir um uns herum sehen.
Wir erforschen auch die vier Grundkräfte der Natur – Gravitation, Elektromagnetismus sowie die schwache und die starke Wechselwirkung – und betrachten, wie das Verhalten der Elementarteilchen durch diese Kräfte bestimmt wird.
Wir studieren dann, wie sich diese elementaren Bausteine zusammensetzen und Atome und Moleküle bilden, deren Verhalten durch die Chemie beschrieben wird. Wir betrachten die Entstehung schwerer Elemente im Innern der Sterne und die Bedeutung dieses Vorgangs für...
