Explosion

Der Puls ew'gen Entstehens und Vergehens

Im Wechselwirken der Energien

Photon, Lepton, Quark und Gluon vergebens

Aus dem Urknall rasend entflieh'n

Als Puls kennen wir die Schlagfolge unseres Herzens. Wir spüren ihn als Druck der Halsschlagader an unserem Finger. Druckgefühl und Entspannung wechseln etwa 60 mal in der Minute. Ein Leben lang! Rund 12 mal pro Minute wird das Zwerchfell gedehnt und erschlafft im Rhythmus der Atemzüge. Wiederkehrende Vorgänge werden auch Schwingungen genannt. Breiten sich Schwingungen räumlich aus, erscheinen sie als Wellen. Verlaufen Schwingungen zeitlich regelmäßig, heißen sie periodisch. Kennst du neben dem Puls des Herzschlages und der Atmung weitere (periodische) Schwingungen?

Mit jedem Atemzug wird Sauerstoff in den Körper und Kohlendioxyd aus dem Körper transportiert. Die Herzschläge verteilen den Sauerstoff über die Blutgefäße. Das Kohlendioxyd wird in der Lunge gesammelt. Durch den Sauerstoff werden Nährstoffe zu Kohlendioxyd und Wasser abgebaut. Die dabei freiwerdende Energie hält unseren Körper warm und wird an die Außenwelt abgegeben. Darüber hinaus verfügbare Energie wird chemisch gespeichert und kann bei Bedarf in Wärme und Bewegung umgesetzt werden. Andernfalls könnten wir keinen Sport treiben! Mit dem Abbau der Nährstoffe entstehen aber auch neue Stoffe, die zur Bildung neuer Körperzellen gebraucht werden, da ständig welche zugrunde gehen. Der im Rhythmus des Pulses erfolgende fortwährende Auf- und Abbau im Stoffwechsel eines Organismus, ja des Lebens überhaupt, bildet eine Metapher (übertragbaren Sinn) für den Kosmos (die Weltordnung). Auch das (allumfassende) Universum lebt! Es pulsiert aber wesentlich langsamer als das Menschenblut. Das Weltall dehnt sich aus seit über 13 Gigajahren (Jahrmilliarden)! Nach Erreichen des Umkehrpunktes in vielleicht 12 Gigajahren wird es sich wieder zusammenziehen. Das Menschenherz schlägt etwa im Sekundentakt; das Universum im Takt von womöglich 50 Gigajahren.

Dem Blut als Energieträger im Stoffwechsel entspricht die Materie als Energieträger im Kosmos. Nach Einsteins Formel E = m c² sind in jedem Gramm Materie 10¹³ Joule Energie gespeichert (E steht für Energie, m für Masse und c bedeutet die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum: 3 10⁸ m/s)! Wie lange könntest du damit eine 100 Watt Glühlampe betreiben? Die Energie bleibt bei allen Materieumwandlungen erhalten; ihre Formen sind lediglich ineinander umwandelbar. In den grünen Blättern der Pflanzen wird beispielsweise Lichtenergie der Sonne in chemische Energie verwandelt. Gespeichert im Erdöl wird diese Energie durch das Verbrennen von Benzin im Motor eines Autos in Wärme und Bewegung verwandelt, zwei weitere Energieformen.

Die Energie- und Materieumwandlungen erfolgen auf der Basis grundlegender Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen. Die Elementarteilchen treten als Bausteine (Fermionen) und Austauschteilchen (Bosonen) der Materie in Erscheinung. Sie tragen die Namen der Physiker Fermi und Bose. Im Urzustand höchster Energie sind sie ununterscheidbar und heißen X-Teilchen, wobei das X für unbekannt steht. Im Materiespiel des Universums wechselwirken die Bausteine (Leptonen, Quarks) miteinander über die Austauschteilchen (Photonen, Gluonen). Die Leptonen wurden nach dem griechischen Wort für leicht benannt. Die Bezeichnung der Quarks ist dem Kunstwort quark aus finnegans wake von James Joyce nachempfunden: Three quarks for Muster Mark. Photonen heißen die Lichtteilchen. Die Gluonen bilden den (metaphorischen) Klebstoff, der die Quarks zusammenhält. Sie wurden nach dem englischen Wort für kleben bezeichnet. Wenn du beim Spielen ans Tischtennis denkst, kannst du dir den Ball als Austauschteilchen vorstellen, der dich als Baustein des Tennisspiels an deinen Mitspieler bindet. In den Sprachspielen der Menschen während einer Unterhaltung bilden Worte die Austauschteilchen. Träger der elektromagnetischen Wechselwirkung sind die Photonen. Sie vermitteln die Bildung der Atome, chemische Reaktionen und wir sehen sie in den vielfältigen Lichterscheinungen.

Mit der Metapher des Urknalls kann man sich den Beginn eines kosmischen Pulses als explodierenden Energieball vorstellen, der sich mit Lichtgeschwindigkeit wie ein rasch aufgeblasener Ballon ausdehnt. Als Folge der Ausdehnung wird es im Ballon ständig kühler. Die Abnahme der Temperatur ist verbunden mit einer verminderten Beweglichkeit der Materieteilchen. Dadurch kommen sich Teilchen leichter näher, um Gruppen bilden zu können. So wachsen im Frost aus dem Wasserfilm auf der Fensterscheibe lange Kristallformen heraus: die Eisblumen. Wie beim Wachsen von Eisblumen aus Wasserdampf kristallisieren im Kosmos die vielfältigsten Formen aus: Fermionen erscheinen als Quarks und Leptonen (Elektronen, Myonen, Tauonen). Aus Quarks entstehen Mesonen und Nukleonen. Elektronen formen mit Nukleonen Atome. Gigantischen Atomwolken erwachsen später die Sterne und Galaxien.

Quarks und Leptonen erscheinen unter den Mikroskopen der Elementarteilchenphysiker punktförmig. Sie sind demnach kleiner als die Auflösung von 10^-20 m! Weißt du, wie groß im Vergleich die Auflösung eines Lichtmikroskops ist? Unsere Heimatgalaxie, die Milchstraße, stellt sich in den Teleskopen der Astrophysiker als flache Scheibe dar mit einem Durchmesser von über 10²⁰ m! Die Ausdehnung des gesamten Universums folgt aus der Entfernung, die das Licht in 13 Gigajahren zurücklegt. Ein Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht in einem Jahr durcheilt: etwa 10¹⁶ m. Wie groß ist also das Universum?

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