T. -2. 1.  Der Urknall

"Am Anfang war das Wort“  ( Johannes-Evangelium)

Wort-Ursprung

In dem Bibelspruch verbergen sich zahlreiche Interpretationsmöglichkeiten, die beabsichtigt sind und auf einfache Weise ausdrücken, dass im Glauben Gott das Maß aller Dinge ist. Eine Variante wäre der Gesichtspunkt, dass durch Gottes Wort die Welt entstanden ist.

In der modernen Wissenschaft steht ebenfalls ein Wort für die Geburt des Universums. 1931 stellte der Theologe und Physiker Georges Lemaître die Theorie über den Anfangszustand des Universums vor und sprach von einem Ur-Atom. In der Folgezeit war diese Theorie heftig umstritten und Sir Fred Hoyle machte sich darüber lustig und sprach vom „Big Bang“ (= großer Knall). Damit wurde der Begriff „Urknall“ geboren und ist heute in aller Munde. Gegenwärtig wird die Urknall-Theorie immer noch kontrovers diskutiert, doch hat sich diese Auffassung in der renommierten Wissenschaft durchgesetzt.

Intensive Forschungen haben inzwischen die Ur-Knall Theorie mit Fakten untermauert. Trotz der atomphysikalischen Beweisführung bleibt die Ur-Knall-These eine Hypothese. Es gibt allerdings keinen besseren Erklärungsversuch, der die Entstehung des Weltalls überzeugend erklären könnte.

Entstehung aus dem Nichts
Jeder kennt das Wunder der Geburt eines Menschen (Baby) oder wie aus einem Samenkorn eine Pflanze entsteht. Oder wie man aus den Grundbestandteilen Mehl, Milch und Eier einen köstlichen Kuchen backen. Hier verbinden sich im Prinzip Pulver und Flüssigkeit und werden durch Wärme zu einem festen Gebilde. Es sind die vielfältigen und alltäglichen Vorgänge, die für uns etwas sichtbar entstehen lassen.
Doch wie sieht es mit den unsichtbaren Teilchen der Atomen aus? Erinnern Sie sich noch an ihren Chemieunterricht?! Speziell meine ich das Periodensystem der Elemente. Im einfachen System sind 118 und im erweiterten System 218 Elemente angeordnet (Stand 2010). Die Chemiker kennen aber noch eine Vielzahl von weiteren Stoffen, die noch nicht eingeordnet werden konnten.

Merksatz:  Ein chemisches Element ist die Sammelbezeichnung für alle Atomarten mit  derselben Anzahl an Protonen im Atomkern. Somit haben alle Atome eines chemischen Elements dieselbe Kernladungszahl (auch Ordnungszahl genannt).
Die Elemente werden im Periodensystem nach steigender Kernladungszahl angeordnet.

Atomverbindungen

Solche Atom-Elemente oder auch chemische Stoffe, sind beispielsweise:

Sauerstoff = O, Wasserstoff =H, oder Eisen = Fe.
Diese Arten von kleinsten Teilchen, die auf Erden vorkommen, gehen in der Regel eine Stoff- verbindungen ein. Wasser (H2O) geht also aus der Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff hervor. Aus der Verbindung Natrium und Chlor entsteht Salz (NaCl).
Die beiden Beispiele verkörpern einfache Verbindungen. Viel komplizierter wird es bei viel- schichtigen und verzwickten Arten von Verbindungen. Die Chemiker unterscheiden zunächst einmal die Verbindungen in anorganisch und organisch. Informativ möchte ich Ihnen dazu einen kleinen allgemeinen Überblick in Kurzform geben.

Anorganische Verbindungen:

1. Molekulare Verbindungen: sind nichtmetallische Verbindungen und haben daher einen niedrigen Siedepunkt und sind Nichtleiter (Isolatoren). Beispiele: Kohlensäure, Wasser, Zucker, Methangas

2. Ionische Verbindungen ⇒ ist eine chemische Bindung zwischen einem Metall und einem    Nichtmetall, die auf elektrostatischer Anziehung basieren. Zu den Metallen gehören auch    Alkalimetalle, wie Natrium (Na) und werden mit Chlor (Cl) zu Natriumchloriden, also zu   Salz, die aus Kat-Ionen und An-Ionen bestehen.
3. Metallische Stoffe bilden mit nichtmetallischen Stoffen unter anderem Oxide (mit O2 -    Sauerstoff), Sulfide (S -Schwefel) oder Fluoride, Chloride oder Nitride (N - Stickstoff),    Carbide (C - Kohlenstoff) und Hydride (H - Wasserstoff). Nicht selten kommt bei solchen Reaktionsabläufen ein weiteres Element hinzu und ist meistens Sauerstoff und bildet u.a. Sulfate und Nitrate. Eine typische Ionen-Verbindung aus Metall- und Nichtmetallatomen, ist Eisenoxid  (umgangssprachlich auch Rost genannt), Kalziumsulfat (Gips), aber auch Natriumchlorid (Salz).

4. Intermetallische Verbindungen, Legierungen genannt ⇒ bilden sich aus der Reaktion von zwei Metallen. Typische Beispiele: Bronze (Cu4Sn) und Messing (CuZn)

5. Komplexe Verbindungen ⇒ Verbindungen einer höheren Ordnung (Komplexe), bilden sich meist aus Reaktionen von Buntmetallen und Molekülen mit freien Elektronenpaaren   heraus. Beispiel: Blutfarbstoff Hämoglobin aus Eisen-II-Ionen.

Anorganische Verbindungen treten auf der Erde in binärer, ternärer und quaternärer Form auf und meinen die Anzahl der beteiligten chemischen Elemente.

• Binär = zwei Elemente: Chlorwasserstoff (HCl), Natriumfluorid (NaF) und Wasser (H2O)
• Ternär = drei Elemente: Natriumcarbonat (Na2CO3) = Natrium, Kohlenstoff, Sauerstoff
• Quaternär = vier Elemente: Kaliumhydrogencarbonat (KHCO3)

Organische Verbindungen
Molekulare Verbindungen werden als organisch bezeichnet, in denen Kohlen- und Wasserstoff die Grundlage bilden. In jenen Kohlenwasserstoff-Gerüsten befinden sich oft weitere Atom- gruppen, die die Eigenschaften der organischen Verbindung beeinflussen.

Dem Kohlenstoffgerüst entsprechend werden organische Verbindungen unterteilt in:

1. aliphatische Kohlenwasserstoffe (griech.: aleiphar = fettig): Methan, Propan, Butan
2. aromatische Kohlenwasserstoffe (entspricht Duft, Würze): Benzol, Xylol, Toluol
3. Heterocyclen = sind Verbindungsketten mit Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel, sind unter anderem bedeutend für die DNA Struktur
4. biochemische Verbindungen sind Alkaloide, Aminosäuren, Kohlenhydrate, Proteine,
5. Steroide, Terpene, Vitamine usw. 🡪 Diese Reaktions-Verbindungen sind die Grundlage des Lebens, der Entstehung der Pflanzen und Tierwelt auf der Erde

Organische Verbindungen werden zudem in funktionelle Gruppen eingeteilt, die im
Prinzip einen selbstständigen Entwicklungsprozess nähren. Diese Gruppen sind:

1. Sauerstoff- und Hydroxyverbindungen
2. Stickstoffverbindungen (Amine, Amide, Nitroverbindungen, Nitrile)
3. Schwefelverbindungen (Alkanthiole, Sulfide und Disulfide, Sulfone, Thiosäure)
4. Phosphorverbindungen (Phosphate, Phosphine)
5. Metallorganische Verbindungen (Essigsäure, Chlorophyll, Hämoglobin) 

100g Reis: Beispiel einer organischen Zusammensetzung
Organismen komplett chemisch darzustellen, käme mitunter einer Sisyphusarbeit gleich.
In der nachfolgenden Tabelle sind die Elemente aufgelistet, die in 100g Reis enthalten sind.  

Die Liste der Hauptbestandteile müsste nun noch weiter aufgeschlüsselt werden, sind aber teilweise in den schon erwähnten Mineralstoffen, Vitaminen und Aminosäuren enthalten.

Allein eine Kohlenhydratkette umfasst diese Formel:
n C6H12O6 -> C6nH10n+2O5n+1+(n-1) H2O

Der zuckerähnliche Stoff ist eine Kombination aus Kohlen-, Wasser- und Sauerstoff.

Wie kompliziert eine Analyse für ein Lebewesen ist, lässt sich erahnen. Für Organismen gibt es daher die Biologie und Biochemie, die den Aufbau eines Lebewesen logisch strukturiert und ihr kleinstes Teilchen die Zelle nennt. Genau genommen ist eine Zelle eine Verbindung aus Atomen, die durch spezifische Reaktionsprozesse sich selbstständig entwickeln können. Im Gegensatz zu einem Stein sind Pflanzen und Tiere so konstruiert, dass sie lockere, sich ausbreitende Gebilde formen. Sie wachsen heran, erfüllen ihren Zweck / Aufgabe und sterben schließlich. Aber auch Steine haben einen gewissen Entwicklungskreislauf, deren Zeitabläufe andere gewaltige Dimensionen besitzen.

Die Explosion

Nach dem Urknall (s. Abb. oben) wuchs unser Universum heran. Die Forscher gehen davon aus, dass es keine organische Reaktion war, aber es gibt auch widersprechende Stimmen. Am Anfang war das Wort und in der Wissenschaft heißt es „Urknall“. 

Aber wie muss man sich das vorstellen?

Aufgrund der geladenen Teilchen besitzt ein Atom spezifische Eigenschaften. Sie basieren auf dem Wechselspiel der Elementarteilchen. Sie sind letztlich der entscheidende Auslöser einer Reaktion. Solche verursachen kleinste Elemente und werden Quarks und Leptonen genannt, die man als Unruheherd eines Atoms bezeichnen kann. Ein gereiztes Atom expandiert und in deren Folge schließt sich eine Kettenreaktion an. Es bilden sich Stoffverbindungen, die dann wiederum mit anderen Atomen oder Verbindungen verschmelzen oder neue Gruppierungen bilden.

Versuchen wir einen bildhaften Vergleich:

Nehmen wir an, Sie gehen in einer Stadt auf ein Rockkonzert und Sie drängen sich wie viele Zuschauer in Richtung Bühne, um die Band besser sehen zu können. Als Quarks versuchen Sie durch die Ansammlung von Menschen zu kommen, folgen einem bestimmten Ziel. In der Regel sind Ihnen dabei die anderen Zuschauer egal, da Sie lediglich bestrebt sind, sich an ihnen vorbeizuschleichen. Doch bald geht es nicht mehr weiter und sie müssen jetzt von einer bestimmten Stelle zuschauen. Jetzt erst fallen ihnen konkrete Personen in ihrem Umfeld auf und lösen bei ihnen unterschiedliche Emotionen aus. Obwohl Sie die Leute nicht kennen, bauen sich Gefühle mit einer klaren Wertung auf. Zu bestimmten Leptonen (Personen) fühlen sie sich hingezogen und zu anderen Leptonen gehen Sie auf Distanz. Es genügt jetzt ein kleiner Impuls, der in der Element-Ansammlung (Besucher) eine folgenschwere Reaktion auslösen kann. Es genügt nur ein versehentlicher Schubser, ein zu starkes Drängeln oder ein Streit, der zu einer Schlägerei ausartet. Unwillkürlich werden Unbeteiligte mit hineingezogen und auch Sie ergreifen Partei, wodurch sich eine Massenschlägerei entwickelt. Je mehr sich ein Konflikt ausbreitet, desto höher steigt nun die Gefahr einer Panik. Basierend auf der Angst versuchen Unbeteiligte vom Konfliktherd zu fliehen. In der gebündelten Ansammlung ver- ursacht ein Fluchtreflex im Gewühl nur neue Konflikte, wodurch eine Massenpanik (Urknall) entstehen würde.

Unterschiedlich motiviert sprengt sich eine Ansammlung unkontrolliert auseinander und in der Panik der Flüchtenden kommt es zu überstürzten unberechenbaren Handlungen. In dieser Situation schaltet der Selbsterhaltungstrieb oftmals die Logik aus und folgt rücksichtslos dem Eigenschutz. Andere Unbeteiligte werden mit- oder umgerissen, überrannt oder schlagen sich den Weg kopflos frei. Von einem Punkt (Bühne) bewegt sich also alles aus der Gefahrenzone heraus und verursacht diverse Handlungskonflikte (Galaxien) und in der panischen Streuung der Unbeteiligten entstehen immer noch neue Konfliktherde (Galaxien).
Beispielsweise können die Flüchtenden auf eine nahe gelegene Straße rennen und somit ein Verkehrschaos bewirken (bremsende Autos und Auffahrunfälle) oder Probleme mit Passanten, der Polizei oder Rettungskräfte. Das gesamte betroffene Gebiet könnte man als Universum bezeichnen. Letzten Endes wird es darum gehen, die Konfliktherde aufzulösen, aber es wird immer etwas Geschädigtes zurückbleiben.

Im übertragenen Sinne ist so unser Universum entstanden. In der Elemente-Suppe wurden die Atome dicht zusammengezogen bzw. gepresst, wodurch sich ein eingequetschtes Ur-Atom nur durch eine Explosion befreien konnte. Nach Ansicht der Wissenschaft erfolgte dann eine trichterartige Reaktionskette und war keine übliche Explosion nach allen Seiten. Demnach muss das auslösende Atom einseitig auf eine Barriere gestoßen sein, es sei denn, im luftleeren Weltall funktionieren Detonationen anders. Andererseits ist es denkbar, dass sich die Richtung der Explosion auf einen Punkt konzentrierte. 

Ähnlich einem Luftballon, der sich durch das Aufblasen nur bis zu einem bestimmten Punkt aufbläht und am schwächsten Punkt der Hülle explodiert. Nach Ansicht der Wissenschaft soll der Urknall tellerartige Wellen erzeugt haben (s. Abb.), deren Strahlungen dann die enorme Ansammlung von Elementen zum Reagieren brachte und sich Reaktionsherde bildeten. Bei den Abläufen sind die Parallelen auffällig mit unseren Erkenntnissen zur Atomphysik.
Um unser Universum, die Galaxien und die Sonnensysteme zu verstehen, ist es notwendig, sich das einfache Atommodell (Rutherfordsches Modell) vor Augen zu führen. Im Atomkern (roter Punkt) befindet sich in der Regel ein kompliziertes Gebilde aus positiven Protonen und Neutronen, die durch einen Kernmantel begrenzt werden. Um den Atomkern herum schwirren negativ geladene Elektroden, die ebenso eine Hülle abschließt. Solche Kleinteilchen fliegen nun überall umher und Atome unterscheiden sich in der Anzahl der positiv und negativ geladenen Teilchen. Im Weltall gibt es besonders viele und diese reagieren miteinander. Und mit den unberechenbaren Größen von Quarks und Leptonen sind gigantische Reaktionen möglich und bilden Konfliktherde (Galaxien).

Galaxien bilden sich

Der vermeintliche Urknall hatte ein unendliches Chaos ausgelöst. Elemente verbanden sich zu Gas- und Staubwolken, woraus nun die verschiedensten Objekte (Ansammlungen) entstanden. Neben Meteoriten formen sich Sonnen und Planeten heraus, denen eine systematische Grund- ordnung fehlte. 

Stellen Sie sich einen LKW mit Glasmüll vor. Der gesamte Abfall wird vor ihren Füßen aus- geschüttet und Sie erhalten den Auftrag, das Glas zu sortieren. Was Sie dazu benötigen, ist eine Herangehensweise. Damit Sie einen Plan entwickeln können, teilen Sie den Berg logisch in kleinere Haufen (Galaxien) auf. Die Menge ist übersichtlicher geworden und sondern jetzt die Großteile heraus. In der Regel sind es heile Flaschen oder Gläser (Sonnen), zu denen Sie jetzt die größeren Scherben sortieren. Sie werden sicherlich ähnliche Fragmente (Planeten, Monde) nach Farbe oder Art des Glases den unbeschädigten Gläser zuzuordnen.

In einer dritten Auswahl legen Sie Scherben (Asteroidengürtel) zusammen, die zumindest farblich zueinander passen. Die übrig bleibenden Glassplitter fegen Sie auf eine Schaufel und entsorgen den Müll in einem Eimer (Schwarzes Loch). Ähnliches passiert im Weltall. Das Universum strebt einen geordneten Zustand an, um dann den Urzustand wiederherzustellen. Es bindet Gruppierungen von Elementen (in Gaswolken, Elementar-Staub, Sonnensysteme, Meteoriten u.ä.) in eine gigantische Galaxie. Im Mittelpunkt steht das Schwarze Loch, das wie ein Staubsauger fungiert und die tote oder nicht mehr benötigte Materie eliminiert. Mitunter können das ganze Sonnensysteme sein. Die Galaxien treten in unterschiedlichen Größen und Formen auf. Die zu unserem Sonnensystem gehörende Galaxie nennt sich Milchstraße. 

Mit dem Urknall vor 13,7 Milliarden Jahren, ist weder die Bildung neuer Sonnen noch die von Galaxien abgeschlossen. Es wird immer wieder neue Reaktionsabläufe geben mit einer gewissen Eigendynamik. Die Neubildungen stehen allerdings im entferntesten Sinne mit dem eigentlichen Urknall in Verbindung. Zudem bewegen sich die Galaxien unterschiedlich.
Wissenschaftler konnten die Bewegung von Sternen (Sonnen) messen. Beispielsweise wird irgendwann unsere Milchstraßen-Galaxie mit der benachbarten und langsameren Andromeda- Galaxie zusammenstoßen. Bisher errechneten Computeranimationen eine mögliche Kollision in etwa drei Milliarden Jahren. Der Zusammenprall dürfte heftige Reaktionen hervorrufen. Wie die viele Galaxien ist unsere Milchstraße ein tellerartiges Gebilde mit einem spiral- förmigen Strudel. Darin begründet, liegt die Ursache für die Energie niederer Materie, die Staub und Gase in höherer Form (Sonnensystem) bindet. Zugleich stützt die Scheibenform die Urknalltheorie, von der trichterförmigen Ausbreitung. Im Prinzip funktioniert die galaktische Entwicklung wie ein Kochvorgang. Wenn der Sud zur Soße gerührt (Strudel) wird, kann sie den vollen Geschmack entfalten und brennt nicht an. In einem Strudel lassen sich Substanzen besser vermengen. In der Galaxie ist das Schwarzen Loch dafür zuständig.  

Mit dem Auftrag, Materie in den Urzustand (dem Nichts) zurückzusetzen, saugen schwarze Löcher tote Objekte auf und wandeln sie um. Bisher ist nicht sicher, inwiefern das Aufsaugen einen endgültigen Effekt hat. Statt Materie zu vernichten, könnte sie auch Atomstrukturen wieder aufbereiten (recyceln) oder die Energie in Parallelwelten befördern. Die Erkenntnisse über Schwarze Löcher sind derzeit spekulativ, was auch für die Parallelwelten gilt. Genau genommen steht die gesamte Urknalltheorie auf wackeligen Füssen und trotz einer gewissen Logik bleiben zahlreiche Fragen offen.
Wie groß ist unser Universum und gibt es noch andere (z.B.: Parallelwelten)? Warum gab es nur einen Urknall? Könnte ein weiterer Ur-Knall so einen gigantischen Effekt auslösen? Sind einige Galaxien durch die Folge einer Explosion entstanden? Im Grunde kann lediglich nur hypothetisch anhand von Erkenntnissen eine logische Theorie entwickelt werden, doch ob sie stimmt, steht in den Sternen (bleibt Fiktion). 

Hauptformen von Galaxien

1. Elliptische Galaxien haben keine besonderen Unterstrukturen. Die Linien gleicher  Helligkeit besitzen die Form einer Ellipse und haben einen gleichmäßigen Helligkeits-    abfall von innen nach außen. Sie beinhalten nahezu keine Gase und daher tendiert ihre    Sternentstehungsrate gegen null.

2. Lentikuläre (linsenförmige) Galaxien haben einen Kern, der dem der Spiralgalaxien   entspricht, ihre galaktische Scheibe enthält jedoch keine Spiralarme, sondern ist etwa    gleichmäßig hell.

3. Spiralgalaxien haben einen sphäroidischen Kern und davon ausgehende Spiralarme, die   in einer flachen Scheibenkomponente liegen.

4. Balkenspiralgalaxien haben vom Zentrum ausgehend einen langen Balken, an dem sich  dann die Spiralarme anschließen. Ebenfalls wie die Spiralgalaxien werden sie mit zu- nehmender Ausprägung des Kerns und Öffnung ihrer Spiralarme in Klassen unterteilt. Bei unserer Galaxis handelt es sich wahrscheinlich um eine Balkenspiralgalaxie.
5. Irreguläre (unregelmäßige) Galaxien haben weder Spiralarme noch eine elliptische    Form. Sie sind in der Mitte leuchtschwacher als elliptische und Spiralgalaxien. Zu dieser Gruppe gehören meistens Zwerggalaxien.

Des weiteren gibt es unbedeutende Abarten:

• Zwerggalaxien
• Wechselwirkende Galaxien (Polarring, Gezeiten)
• Starburst Galaxien
• Aktive Galaxien ( Radio G., Seyfert G., Lacertae Objekte, Quasare )

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