Techniklexikon

kosmologische Epochen

Zeitabschnitte in der Entwicklung des Universums, die jeweils durch bestimmte physikalische Prozesse dominiert und durch Temperatur und Dichte charakterisiert sind und sich aus Modellrechnungen bis nahezu zurück zum Urknall ergeben. Eine sinnvolle Beschreibung der kosmologischen Entwicklung setzt erst bei der Planck-Zeit (10^-43 s), bei der die Temperatur des Universums etwa 10³³ K und die Dichte ca. 10⁹⁴ g / cm³ betragen haben dürfte, ein; für den davor liegenden Zeitraum steht gegenwärtig keine physikalische Theorie (Quantengravitation) zur Verfügung. In der bei der Planck-Zeit beginnenden und etwa 10^-4 Sekunden dauernden Quark-Epoche mit Temperaturen über 10¹⁴ Grad bestand das Universum überwiegend aus Quarks, Antiquarks, Leptonen und energiereichen Photonen. Vermutlich sind Leptonen und Quarks aus dem Zerfall hypothetischer Eichbosonen einer vereinheitlichten Theorie (GUT) hervorgegangen; in dem Phasenübergang von einer ungebrochenen zu einer gebrochen GUT-Symmetrie könnte auch der Grund für die Teilchen-Antiteilchen-Asymmetrie im Universum liegen.

An die Quark-Epoche schloss sich die etwa 10^-2 Sekunden dauernde Hadronen-Epoche an, in der die Temperatur so weit abgesunken war, dass sich Quarks zu Hadronen zusammenschliessen konnten. Letztere entstanden auch aus der Paarerzeugung von Phtonen. Die Hadronen-Epoche endete, als die Temperartur für eine häufige Paarerzeugung nicht mehr ausreichte, sich die restlichen Teilchen-Antiteilchen-Paare vernichteten und nur Protonen und Neutronen übrig blieben, deren Gesamtzahl seit dem unverändert blieb. In der anschliessenden, etwa 10 Sekunden langen Leptonen-Epoche bestand das Weltall bei etwa 10¹⁰ K aus Leptonen und Photonen, deren Dichte so gering war, dass der Kosmos durchsichtig fuer Neutrinos wurde (Neutrino-Auskopplung). Danach begann die etwa 500 000 Jahre dauernde Strahlungsepoche, in der die Energiedichte des Universums überwiegend von Photonen dominiert wurde. Es wurden weder Teilchen gebildet noch vernichtet, mit Ausnahme der Fusions-Epoche etwa 4 Minuten nach dem Urknall, als sich bei Temperaturen unter 10⁹ Grad für etwa 30 Minuten Protonen und Neutronen zu Atomkernen verschmolzen, vor allem zu Deuteronen und Helium-Kernen.

Bis zum Beginn der Materie-Epoche war die Temperatur auf 3 000 K gefallen. Nun begannen die Elektronen mit den Atomkernen Atome zu bilden (Rekombination), und das Universum wurde für Photonen durchsichtig; Strahlung und Materie entkoppelten. Die zu diesem Zeitpunkt übrig bleibenden Photonen lassen sich heute als kosmische Hintergrundstrahlung nachweisen. Aufgrund von sich verstärkenden Dichtefluktuationen setzte dann auch die Strukturbildung im Kosmos ein. (Kosmologie)