Kapitel 2: Mikrowellen-Hintergrundstrahlung

Wie genau hat sich das Universum bis zu seiner heutigen Größe ausdehnt? Warum bricht das Universum nicht unter seinem eigenen Gewicht zusammen? Und warum fliegt es nicht auseinander, wie eine explodierende Bombe? Was ist zwischen den Galaxien unseres Universums, mit seinen Sternen und Planeten? - Leerer Raum. - Und woraus besteht dieser leere Raum? Was haben Wissenschaftler darüber herausgefunden?

Prof. Harald Fritzsch, ein deutscher Physiker: "Man stelle sich das Universum als einen großen Container vor, gefüllt mit den Photonen der kosmischen Radiostrahlung (und, natürlich, mit Galaxien). Nehmen wir an, dass sich dieser Container ausdehnt. In diesem Fall wird sich die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung auch ‚ausdehnen‘. Dadurch nimmt dann die Energie der Photonen ab, und auf die gleiche Weise, auch die Temperatur, die man der Strahlung zuschreiben kann. Die elektromagnetische Strahlung, die wir jetzt im Universum beobachten können, ist daher nur die ‚ausdehnte‘ Version dieser heißen Strahlung, die kurz nach dem Urknall vorhanden war.

"Man kann sich das Universum als einen großen Behälter vorstellen, der mit Photonen der kosmischen Radiostrahlung angefüllt ist (und natürlich auch mit Galaxien). Nehmen wir an, dieser Behälter dehnt sich aus. In diesem Fall wird auch die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung ‚ausgedehnt‘, was zur Folge hat, dass die Energie der Photonen abnimmt und in gleicher Weise die Temperatur, die man der Strahlung zuschreiben kann. Die elektromagnetische Strahlung, die wir heute im Universum beobachten, ist also nichts weiter als die ‚ausgedehnte‘ Version jener heißen Strahlung, die kurz nach dem Urknall vorhanden war Das würde bedeuten, dass die Strahlung im Verlauf der Entwicklung des Universums ständig gesunken ist. Früher, als der Kosmos etwa hunderttausendmal so klein war wie heute, hatten die Photonen der kosmischen Hintergrundstrahlung Energien im Bereich von 1 eV; sie waren also sichtbar ...

"Noch heute sinkt die Energie der Photonen im Weltall und damit die Temperatur des Photonensees ständig. ... Nicht nur die Energie der Photonen, sondern auch die Dichte der Photonen ist im Laufe der Expansion des Universums ständig gesunken. Die heute den Kosmos erfüllende Strahlung mit einer Temperatur von 2,8° K hat eine Photonendichte von fast genau 500.000 Photonen je Liter, eine recht stattliche Zahl, wenn man sie mit der Anzahl der Kernteilchen vergleicht, also der Anzahl der Protonen und Neutronen im Universum. Für ein geschlossenes Universum benötigt man mindestens drei Nukleonen je Kubikmeter, oder 0,003 Nukleonen je Liter. ... Hier möchte ich bemerken, dass es im Kosmos keine Gebiete gibt, in denen es wirklich langweilig ist. Selbst der intergalaktische Raum fernab von jeder Galaxis ist angefüllt mit elektromagnetischen Feldern, mit Wellen, die das All nach allen Richtungen hin mit Lichtgeschwindigkeit durcheilen." - Fritzsch, H. (1983:135, 263).

Hubert Reeves hat Kernphysik studiert. Er unterrichtete Physik an der Universität von Montreal, und war wissenschaftlicher Berater für die NASA. Seit dem Jahre 1966 ist Reeves Forschungsdirektor bei CNRS, und arbeitet beim Zentrum d‘études-nucláires in Saclay, Frankreich. Er schreibt:

"In unserer Analogie wird aus der Sonnenenergie die Materie des Universums, als dieses in seinen Anfängen sehr dicht war. Die eine wie die andere Materie ist opak. Diese Periode hat für das Universum1 Million Jahre gedauert bis zur Abstrahlung des nunmehr urzeitlichen 3-K-Lichts. ... Die urzeitliche 3-K-Strahlung ist das Analogon zum sichtbaren Licht der Sonne. Es besteht aus all jenen Photonen, die beim Übergang vom opaken in den transparenten Zustand abgestrahlt wurden und sich seither frei fortpflanzen. Es sind die ältesten Photonen des Universums. Sie besitzen das Alter des Universums weniger als 1 Million Jahre".

"Das Sonnenzentrum ist als Punkt fassbar; der Beginn des Universums liegt überall. Infolgedessen erreichen uns die Photonen der 3-K-Strahlung aus allen Richtungen, während die Sonnenphotonen aus einer klar festgelegten Richtung kommen. Mit anderen Worten: Die Materie, die die 3-K-Strahlung abstrahlte, hat die Form einer sphärischen Schale, die uns in 15 Milliarden Lichtjahren Entfernung umgibt. Die Materie hingegen, die die Sonnenstrahlung abstrahlt (ebenfalls als sphärische Kugelmantelfläche angelegt), umgibt uns nicht. Die Ausdehnung hat dann diese roten Photonen zu Radiowellen herab transformiert. ... Die Photonen sind am zahlreichsten. Es gibt ihrer pro Kubikzentimeter etwa 400. Die bei weitem überwiegende Zahl gehört der 3-K-Strahlung an" (1983:232, 262, 263).

Die Professoren Halliday, Resnick, und Krane berichten über die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung: "Wenn wir die kosmische Uhr weit genug zurückdrehen, stellen wir fest, dass das Universum in seinem frühen Stadium aus unvorstellbar hohen Dichten von Materie und Strahlung bestand. Als sich das Universum ausdehnte, kühlten sich sowohl die Materie als auch die Strahlung ab. Die Wellenlängen der Strahlungs-Photonen dehnten sich bei der Ausdehnung aus. Die Strahlung füllte das ganze Universum in seinem kompakten Zustand. Und es füllt das ganze Universum immer noch aus, während es sich ausdehnt. Diese Strahlung sollte es heute noch geben. Sie sollte sich inzwischen soweit abgekühlt haben, dass ihr intensivster Bestandteil im Mikrowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums liegt. Man kennt sie jetzt als die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung.

"Messungen der Intensität der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung in verschiedenen Richtungen zeigen, dass die Strahlung eine gleichmäßige Intensität in allen Richtungen hatte; sie scheint nicht von irgendeiner besonderen Quelle im Himmel zu kommen, sondern füllt statt dessen das ganze Universum gleichmäßig, wie man das für Strahlung erwartet, die ebenso das frühe Universum füllte. Letzte Beobachtungen zeigen aber, dass es Temperaturschwankungen von etwa 10^-5 K zwischen verschiedenen Gebieten des Himmels gibt. ...

"Die Energiedichte der Strahlung kann man durch das Plancksche Strahlungsgesetz ermitteln. Die Zahlendichte dieser Hintergrund-Photonen ist etwa 400 je cm³, und die Energiedichte ist etwa 0,25 eV/m³ (das entspricht etwa der halben Ruheenergie eines Elektrons je m³). Die mittlere Energie je Photon ist etwa 0,0063 eV. Deshalb wissen wir gewöhnlich nicht, dass es diese Photonen gibt. Sie haben eine Temperatur von 2,735 K." - Halliday, et al. (1992:1203).

Es gibt etwa 400 Photonen in jedem Kubikzentimeter kosmischen Raumes, wie wir herausfanden. Wie viele dieser Photonen gehören zur Mikrowellen-Hintergrundstrahlung?

Prof. M. Taube: "Die Anzahl der Photonen ist etwa eine Milliarde mal größer, als die der Baryonen. Von etwa tausend Photonen sind 995 mit etwa 0,5 MeV niedrig-energetisch und entsprechen einer Wellenlänge von 1 mm, das heißt, den Radiowellen. Nur ein Photon hat eine Energie von 2 eV, das heißt, die Wellenlänge von 600 nm (Nanometer), und entspricht dem sichtbaren gelben Licht. Die anderen Photonen, auch die Röntgenstrahlen, haben andere Wellenlängen.

"Die häufigste Art elektromagnetischer Strahlung, mit einer Wellenlänge von etwa 1 mm, die sogenannte Hintergrundstrahlung, kommt mit erstaunlicher Gleichmäßigkeit von allen Seiten des Himmels zu uns. Die Abweichungen von der Isotropie ist geringer als 0,01 Prozent vom mittleren Wert. Diese Hintergrundstrahlung zeigt das fast ideale Spektrum einer Schwarzkörperstrahlung mit einer Temperatur von 2,75 Kelvin (Bild 2.5 in seinem Buch). Es gibt eindeutige Beweise dafür, dass diese Hintergrundstrahlung das Überbleibsel einer früheren heißen Ära der Evolution des Universums ist." - Taube, M. (1988:51, 52).

Das sich ausdehnende Universum. Nach J. D. Barrow und J. Silk (1987:173). Unser Universum wurde zur Zeit Null geboren, als ein winziger Ball, mit nur einem Bruchteil eines Millimeters im Durchmesser. Es enthielt schon alle Energie (Hardware) und Information (Software), die man braucht, um unser Universum zu machen und es in Gang zu halten. Es hat jetzt einen Radius von etwa 12 Milliarden Lichtjahren. Die Punkte auf der Oberfläche des Luftballons stellen die Galaxien des Universums dar (unten). Wenn sich der Luftballon aufbläht, bewegen sich die Punkte (= Galaxien) auseinander, von einander weg (oben).

Mikrowellen-Hintergrundstrahlung

Warum gibt es Hintergrundstrahlung? Was zeigt uns das über den Ursprung unseres Universums?

Steven W. Hawking, britischer Professor theoretischer Physik, in Cambridge, England: "Diese Ausdehnung (des Universums) ist gleichmäßig und nicht chaotisch. Anhaltspunkte dafür kommen von einem Hintergrund der Mikrowellenstrahlung, die aus dem Weltraum kommt. ... Man nimmt an, dass diese Strahlung (von 2,7 K) aus einem sehr heißen frühen Zustand unseres Universums stammt. Aber wirklich bemerkenswert ist hier, dass die Energie dieser Strahlung, die aus allen Richtungen kommt, beinahe gleich zu sein scheint. Man hat sie sehr genau mit dem Satelliten ‚Kosmischer Hintergrund Forscher‘ (COBE) gemessen. Eine Himmelskarte, die man von diesen Beobachtungen gemacht hat, zeigt uns andere Strahlungs-Temperaturen in verschiedenen Richtungen, aber diese Schwankungen sind sehr klein, ein Teil in ein hunderttausend. Der Mikrowellen-Hintergrund muss in verschiedenen Richtungen anders sein, weil das Universum nicht vollkommen gleichförmig ist. Es gibt örtliche Unregelmäßigkeiten, wie Sterne, Galaxien, und Haufen von Galaxien. Aber die Schwankungen im Mikrowellen-Hintergrund sind, in Übereinstimmung mit den örtlichen Unregelmäßigkeiten, die wir beobachten, sehr klein. Bei 99.999 Teilen von 100.000 ist der Mikrowellen-Hintergrund in allen Richtungen gleichförmig." (1993:146).

Was beweist das?

Steven W. Hawking: "Wir müssen daher annehmen, dass der Hintergrund in allen Richtungen und in jeder anderen Galaxis gleich ist. Dies ist nur möglich, wenn die durchschnittliche Dichte und die Ausdehnungsgeschwindigkeit des Universums überall gleich sind. Jede Variation der durchschnittlichen Dichte oder der Ausdehnungsgeschwindigkeit in einem größeren Gebiet würde im Mikrowellen-Hintergrund als eine Variation erscheinen. Das bedeutet, wenn man ihn in einem sehr großen Maßstab betrachtet, dass sich das Universum einfach verhält, und nicht chaotisch. Deshalb kann man es weit in die Zukunft vorhersagen." (1993:146).

Die Große Kosmische Undurchsichtige Wand

Die kosmische Mikrowellen-Strahlung und ihre undurchsichtige Wand. Warum ist sie entstanden? - Rudolf Kippenhahn war Professor für Astrophysik am Max-Planck-Institut in Garching, bei München, Süddeutschland. Er schreibt:

"Als Strahlung und Materie noch heißer waren als 3000° Absoluttemperatur, da gab es noch fast keine richtigen Atome. Atomkerne und Elektronen flogen unabhängig voneinander durch den Raum. Die Materie der Welt bestand noch nicht aus Atomen, sondern nur aus deren Bausteinen. Als die Temperatur unter 3000° ging, schlossen sich Protonen und Elektronen zu Wasserstoffatomen zusammen. Das hatte schwerwiegende Folgen.

"Frei herumfliegende Elektronen stellen für die Strahlen ein starkes Hindernis dar. Als die Elektronen noch nicht in Wasserstoffatomen gebunden waren, wurde jeder Lichtstrahl immer wieder von seinem geraden Weg abgelenkt. Nach jeder Begegnung mit einem Elektron wurde er in eine andere Richtung gebracht. Wir beobachten auf der Erde bei Nebel etwas Ähnliches. Die Lichtstrahlen werden von den Wassertröpfchen des Nebels immer wieder abgelenkt. Sie gehen nicht geradlinig, sondern im Zickzack-Kurs durch die Nebelwand. Deshalb können wir im Nebel Gegenstände nicht über größere Distanzen erkennen. Ähnlich war es während der ersten 300.000 Jahre des Weltalls. Das Licht wurde durch die freien Elektronen zu einem Zickzack-Kurs gezwungen. Das Weltall war undurchsichtig wie eine Nebelwand.

"Doch als sich das Weltall auf Temperaturen unter 3000° Absoluttemperatur abgekühlt hatte, wurde das anders. Die Atomkerne des Wasserstoffs und die Elektronen paarten sich zu Wasserstoffatomen. Es gab keine frei herumstreunenden Elektronen mehr. Gebundene Elektronen stellen den Strahlen kein Hindernis entgegen. Das Licht konnte plötzlich ungehindert über weite Strecken gradlinig durch den Raum eilen. Es war, wie wenn sich der Nebel schlagartig gelichtet hätte. Die das Weltall erfüllende Materie wurde durchsichtig. Dieser Übergang fand statt, als im frühen Weltall die Absoluttemperatur von 3000° unterschritten wurde. Das war eben etwa 300.000 Jahre nach dem Urknall, mit dem alles begonnen hatte. (1991:229, 230).

"Wir dürfen uns aber nicht vorstellen, dass man in dem Augenblick, als das Weltall durchsichtig wurde, schlagartig bis in alle Weiten des Weltalls sehen konnte. So blickten wir ein Jahr danach nur ein Lichtjahr weit und schauten dort auf eine Wand, an der sich die Elektronen gerade an die Atomkerne des Wasserstoffs anlagerten. Wir wissen schon, dass die zugehörige Absoluttemperatur 3000° betrug. In der folgenden Zeit erweiterte sich dieser Horizont immer mehr. Auch heute blicken wir auf eine Wand von 3000°. Sie steht in vielleicht 20 Milliarden Lichtjahren Entfernung. Weiter hinaus reicht unser Blick nicht, denn weiter hinaus hieße gleichzeitig, weiter in die Vergangenheit zurückzublicken, in eine Zeit, zu der die Materie der Welt noch undurchsichtig war. Sie versperrt uns noch heute die Sicht.

Wenn wir in den Raum hinausblicken, schauen wir in Gegenden, von denen das Licht Jahrmillionen und Jahrmillionen zu uns unterwegs war. Es zeigt uns den Zustand des Weltalls in der Vergangenheit. So sehen wir im Universum nicht nur die räumliche Anordnung der kosmischen Objekte, sondern auch gleichzeitig ihre Geschichte.

"Wir sehen in der Nachbarschaft unseres Milchstraßensystems Galaxien. Weiter draußen, dort wo wir weit in die Vergangenheit der Welt zurückblicken, erkennen wir fast nur Quasare. Noch weiter draußen erkennen wir überhaupt keine Strukturen. Wir blicken dort in eine Zeit zurück, in der die Materie noch nicht einmal die Verdichtungen zeigt, aus denen Galaxien und Sterne ausgeflockt sind.

"Was ist noch weiter draußen? Wo ist der Rand der Welt? Das Licht von dort ist das Licht von ihrem Anfang. Da die Materie bei Absoluttemperaturen unter 3000° undurchsichtig war, blicken wir draußen auf undurchsichtiges Gas dieser Temperatur. Nicht, dass die Materie heute dort undurchsichtig wäre, nein, damals, als sie das Licht aussandte, das uns heute erreicht, war sie es.

"Wir blicken also auf eine Wand von 3000° Absoluttemperatur, also von etwa 2730° C. Müsste dann der Nachthimmel nicht neben den Sternen auch noch das Licht der heißen Wand zeigen? Heiße Sterne vor einem heißen Hintergrund, das müsste wieder einen gleißend hellen Nachthimmel geben! Aber da sich die Materie der Welt von jeher ausdehnte, bewegt sich die Materie in der heißen Wand mit großer Geschwindigkeit von uns weg. Die Lichtquanten kommen deshalb spärlicher zu uns, wie die Tauben des sich von zu Hause entfernenden Züchters. Da sich die Materie dort, als das Licht auf seinen Weg zu uns geschickt wurde, nahezu mit Lichtgeschwindigkeit von uns wegbewegte, erscheint die 2730° C heiße Wand unserem Auge pechschwarz, nur die Radioastronomen messen ihr Licht als die von allen Seiten gleichmäßig bei uns eintreffende kosmische Hintergrundstrahlung. Sie ist das Licht vom Rande der Welt. Und das ist letztlich der Grund, warum der Nachthimmel schwarz ist: Weil die Welt sich ausdehnt. Wir sehen die Expansion, die das Weltall seit Anbeginn ausführt, nachts mit freiem Auge." - Kippenhahn, R. (1991:233, 234).

Ergebnis

Die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung entstand, als das Universum etwa 300.000 Jahre alt war, und als es auf 3000 Kelvin (absolute Temperatur) abgekühlt war. Es gibt jetzt etwa 400 Photonen (elektromagnetische Wellen) dieser kosmischen Hintergrundstrahlung in jedem Kubikzentimeter kosmischen Raumes. Sie haben jetzt eine Temperatur von 2,735 K und eine Wellenlänge von 1 mm. Sie haben sich ausgedehnt, während sich das Universum ausdehnte. Diese 2,7-K-Strahlung ist vor etwa 10-20 Milliarden Jahren zu uns geschickt worden. Diese ältesten elektromagnetischen Wellen beweisen, dass die physischen Gesetze und Fundamental-Konstanten des Universums konstant sind, dass sie sich nicht mit der Zeit verändert haben. Die elektromagnetische Welle hängt von mehreren universalen Fundamental-Konstanten ab: der Geschwindigkeit des Lichts im Vakuum c, der Konstanten des elektrischen Feldes e _o, der Konstanten des magnetischen Feldes µ _o, der Planckschen Konstanten h, vom Spin ħ, und der kritischen Energiedichte des Universums.

Die 2,7-K-Photonen haben sich jetzt 10-20 Milliarden Jahre lang durch den kosmischen Raum mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Sie begannen, als das Universum 300.000 Jahre alt war. Das sind die ältesten elektromagnetischen Wellen der Welt. Sie sind Boten aus einer fernen Vergangenheit, als unser Universum noch jung war. Sie enthalten physische Gesetze, fundamentale Konstanten, und hohe Mathematik. Und sie existieren unabhängig von der Menschheit. Diese 2,7-K-Photonen kommen gleichmäßig zu uns von allen Seiten, zu 99.999 Teilen von 100.000. Deshalb muss sich das Universum sehr gleichmäßig ausgedehnt haben, seit es geboren wurde, und zwar mit einer Genauigkeit von 1:10¹²³.

Die kreative und operative Information und hohe Mathematik, die diese alten elektromagnetischen Wellen enthalten, beweisen uns, dass eine intelligente Person sie erdacht hat. Diese intelligente Person muss mehr über Physik und Mathematik wissen, als irgendein Mensch, der jetzt auf dieser Erde lebt. Die Information und Mathematik, die in der kosmischen Mikrowellen-Strahlung enthalten sind, widerlegen die Behauptung der Evolutionisten, es gebe im Universum kein Design und keine Planung.

Die kosmische Mikrowellen-Strahlung, die gleichmäßig von allen Seiten mit 99.999 von 100.000 zu uns kommt, beweist auch, dass unser Universum eine Sphäre, eine Kugel ist. Es besteht aus einem anziehenden Gravitationsfeld und einem sich ausdehnenden elektromagnetischen Feld.