Ein Blick in die Vergangenheit des Universums – der Rückwärtslichtkegel

Text nach R. Penrose und S. Hawking

Wenn wir unseren Blick an den Sternenhimmel heften, sehen wir etwas Seltsames. Wir blicken nämlich in die Vergangenheit. Die Gegenwart ist nur um uns herum. Das Licht nämlich, das uns gerade erreicht, hat seinen Ursprung vor Jahren, vor Jahrhunderten, ja vielleicht sogar vor Jahrmillionen. Je tiefer wir in den Weltraum mit unseren Teleskopen dringen, umso weiter schauen wir in die Vergangenheit. Und eigentlich sollten wir auch bis an den Zeitpunkt des Urknalls zurückschauen können. Das ist aber nicht möglich. Und dafür gaben uns die beiden britischen Top-Physiker und Kosmologen Stephen Hawking und Roger Penrose einleuchtende Gründe.
Rückwärtslichtkegel Sie ersannen ein trickreiches Diagramm, den Rückwärtslichtspiegel. Man muß sich eine Zeitachse, beispielsweise senkrecht in der Papierebene, vorstellen und sich an einem Ende die Gegenwart markieren. Von da aus geht man nach unten und kommt immer mehr in die Vergangenheit zu einer Zeit beispielsweise vor 5 Milliarden Jahren, der Zeit also als die ersten Galaxien entstanden sein sollen. Das Licht kommt aus jener Zeit jetzt zu uns und kommt deshalb auch aus einem Raum, der der Größe einer Scheibe vom Radius R = Lichtgeschwindigkeit multipliziert mit der vergangenen Zeit entspricht. Die Zeitachse geht dabei durch den Mittelpunkt der Scheibe. Für jeden Zeitpunkt gibt es eine eigene Scheibe. Wenn man alle Scheiben aufeinander türmt, sieht das ganze wie ein Kegel aus, dessen Spitze die Gegenwart markiert. Der Kegel kann nun gezeichnet werden bis zu dem Zeitpunkt, der dem 2,7K-Hintergrundrauschen entspricht. Was verbirgt sich hinter dem Hintergrundrauschen?
Die Kosmologen sagen, daß das Universum zu Beginn undurchsichtig war und deshalb auch eine hohe Massen- und Strahlungsdichte hatte. Hier meinen Hawking und Penrose, macht sich die Raumzeitkrümmung infolge der hohen Dichte entsprechend der Vorstellungen der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein (1916) stark bemerkbar. Sie wird umso ausgeprägter, je näher man an den Zeitpunkt des Urknalls kommt. Die Linien des Kegels werden nach innen verzogen und schneiden sich schließlich in einem Punkt auf der Zeitachse. Und dieser Punkt ist der Zeitpunkt des Urknalls. Die Zeit ist tropfenförmig oder birnenförmig. Übrigens ist das auch einer der Beweise dafür, daß das Universum einen Anfang hat.

Vielleicht kann man den Bereich der starken Raumzeitkrümmung ehrfürchtig als "Werkstatt Gottes" ansehen, innerhalb derer die Schöpfung zu suchen ist, vor 10 bis 15 Milliarden Jahren also.


Ref.: S.Hawking, "das Universum in der Nußschale", Hoffmann und Kampe, 2001
Text: Uwe Ritter, AAU (2002)