„Ich möchte so nah am Rand stehen, wie ich kann, ohne hinüber zu gehen. Am Rande sieht man all die Dinge, die man vom Zentrum aus nicht sehen kann.“
-Kurt Vonnegut
Unser Universum begann aus einem Urknall, aber das bedeutet nicht, dass wir es uns richtig vorstellen. Die meisten von uns stellen es sich als eine Explosion vor: wo alles auf einmal heiß und dicht begann, sich dann ausdehnte und abkühlte, während die verschiedenen Fragmente voneinander weggeschleudert wurden. Aber so verlockend dieses Bild auch ist, es ist überhaupt nicht korrekt. Das veranlasste Jasper Evers, eine sehr gute Frage zu stellen:
Ich frage mich, warum es kein Zentrum des Universums gibt und warum die kosmische Hintergrundstrahlung überall, wohin wir schauen, weit weg ist. Es scheint mir, dass, wenn das Universum expandiert … es einen Ort geben sollte, an dem es zu expandieren begann.
Lassen Sie uns für einen Moment über die Physik einer Explosion nachdenken, und wie unser Universum aussehen würde, wenn es von einer solchen ausging.
Eine Explosion beginnt an einem Punkt und dehnt sich dann schnell nach außen aus. Das sich am schnellsten bewegende Material bewegt sich am schnellsten nach außen und breitet sich daher am schnellsten aus. Je weiter Sie vom Zentrum der Explosion entfernt sind, desto weniger Material wird Sie erreichen. Die Energiedichte nimmt mit der Zeit überall ab, aber sie nimmt schneller ab, je weiter man sich von der Explosion entfernt, weil das energetische Material am Rande spärlicher ist. Egal, wo Sie sich befinden, Sie werden – vorausgesetzt, Sie werden nicht zerstört – immer in der Lage sein, das Zentrum der Explosion zu rekonstruieren.
Aber dies ist nicht das Universum, das wir sehen. Das Universum sieht in großen und kleinen Entfernungen gleich aus: die gleichen Dichten, die gleichen Energien, die gleichen Galaxienzahlen usw. Die weit entfernten Objekte, die sich mit größeren Geschwindigkeiten von uns wegbewegen, scheinen nicht das gleiche Alter zu haben wie die näheren Objekte, die sich mit langsameren Geschwindigkeiten bewegen; sie erscheinen jünger. Es gibt nicht weniger Objekte in großen Entfernungen, sondern mehr von ihnen. Und wenn wir uns anschauen, wie sich alles im Universum bewegt, stellen wir fest, dass trotz der Tatsache, dass wir über Dutzende von Milliarden Lichtjahren hinaus sehen können, das rekonstruierte Zentrum genau auf uns zu liegen kommt.
Bedeutet das, dass wir, von all den Billionen von Galaxien im Universum, zufällig im Zentrum des Urknalls waren? Und dass der anfängliche „Knall“ genau so konfiguriert war – mit unregelmäßigen, inhomogenen Dichten, Energien, „Startzeiten“ und einem mysteriösen 2,7-K-Glühen -, dass er sich so verschworen hat, dass wir im Zentrum stehen? Was für ein ungnädiges Universum wäre es, wenn das der Fall wäre: sich auf diese unglaublich unrealistische Weise am Anfang zu konfigurieren.
Was die Allgemeine Relativitätstheorie jedoch vorhersagt, ist keine Explosion, sondern eine Expansion. Ein Universum, das von einem heißen, dichten Zustand ausgeht, dehnt sich in seiner Struktur aus. Es besteht der Irrglaube, dass dies von einem einzigen Punkt ausging; dem ist nicht so! Stattdessen gibt es eine Region, die diese Eigenschaften hat – gefüllt mit Materie, Energie, etc. – und dann entwickelt sich das Universum unter den Gesetzen der Schwerkraft.
Es hat überall ähnliche Eigenschaften, einschließlich Dichte, Temperatur, Anzahl der Galaxien, etc. Wenn wir aber hinausschauen würden, dann würden wir Beweise für ein sich entwickelndes Universum sehen. Da der Urknall vor einer endlichen Zeit überall gleichzeitig in einer Region des Raums stattfand, und diese Region alles ist, was wir beobachten können, sehen wir, wenn wir von unserem Standpunkt aus hinausschauen, eine Region des Raums, die sich nicht so sehr von unserer eigenen Position in der Vergangenheit unterscheidet.
Galaxien, deren Licht eine Milliarde Jahre brauchte, um hierher zu gelangen, erscheinen so, wie sie vor einer Milliarde Jahren waren; Galaxien, deren Licht zehn Milliarden Jahre brauchte, um hierher zu gelangen, erscheinen, wie sie vor zehn Milliarden Jahren waren! Vor 13,8 Milliarden Jahren wurde das Universum von Strahlung dominiert, nicht von Materie, und als das Universum zum ersten Mal neutrale Atome bildete, ist diese Strahlung immer noch vorhanden, nachdem sie durch das expandierende Universum abgekühlt und rotverschoben wurde. Was wir als kosmischen Mikrowellenhintergrund wahrnehmen, ist nicht nur das übrig gebliebene Glühen vom Urknall, sondern diese Strahlung ist von jedem Ort im Universum beobachtbar.
Es gibt nicht notwendigerweise ein Zentrum des Universums; das, was wir eine „Region“ des Raums nennen, in der der Urknall stattfand, könnte unendlich sein. Wenn es ein Zentrum gibt, könnte es buchstäblich überall sein und wir würden es nicht wissen; der Teil des Universums, den wir beobachten können, ist nicht ausreichend, um diese Information zu enthüllen. Wir müssten eine Kante sehen, eine fundamentale Anisotropie (wo verschiedene Richtungen unterschiedlich erscheinen) in den Temperaturen und der Anzahl der Galaxien, und unser Universum, auf den größten Skalen, sieht wirklich überall und in allen Richtungen gleich aus.
Es gibt keinen Ort, an dem das Universum durch den Urknall zu expandieren begann; es gibt einen Zeitpunkt, an dem das Universum zu expandieren begann. Das ist es, was der Urknall ist: ein Zustand, der das gesamte beobachtbare Universum zu einem bestimmten Zeitpunkt betrifft. Das ist der Grund, warum der Blick in größere Entfernungen in alle Richtungen einen Blick in die Vergangenheit bedeutet. Das ist der Grund, warum alle Richtungen grob einheitliche Eigenschaften zu haben scheinen. Und es ist der Grund, warum unsere Geschichte der kosmischen Evolution so weit zurückverfolgt werden kann, wie unsere Observatorien sehen können.
Vielleicht hat das Universum eine endliche Form und eine endliche Größe, aber wenn es das hat, ist diese Information für uns unzugänglich. Der Teil des Universums, der für uns beobachtbar ist, ist endlich, und diese Information ist darin nicht enthalten. Wenn Sie sich das Universum als einen Ballon, einen Laib Brot oder irgendeine andere Analogie vorstellen, die Sie mögen, denken Sie daran, dass Sie nur auf einen winzigen Teil des tatsächlichen Universums zugreifen können; was für uns beobachtbar ist, ist nur eine untere Grenze dessen, was da draußen ist. Es könnte endlich sein, es könnte unendlich sein, aber sicher ist, dass es sich ausdehnt, dass es weniger dicht wird, und je weiter wir wegschauen, desto weiter zurück in der Zeit können wir sehen. Wie die Astrophysikerin Katie Mack sagt:
Das Universum dehnt sich so aus, wie sich Ihr Geist ausdehnt. Es dehnt sich nicht in irgendetwas aus; Sie werden nur weniger dicht.