Dunkle Energie: Wenn das Universum seiner eigenen Schwerkraft entkommt

Entdeckung der kosmischen Beschleunigung

Im Jahr 1998 wurden zwei unabhängige Teams unter der Leitung vonSaul Perlmutter (1959-), Brian P. Schmidt(1967-) undAdam Riess(1969-) entdeckte dank der Untersuchung von Supernovae vom Typ Ia, dass sich die Expansion des Universums unter der Wirkung der Gravitation nicht wie bisher angenommen verlangsamte, sondern im Gegenteil beschleunigte. Um diese Beobachtung zu erklären, führten Kosmologen den Begriff eindunkle Energie, eine mysteriöse Komponente, die etwa 70 % des gesamten Energiegehalts des Universums ausmacht.

Hypothetische Natur der dunklen Energie

Dunkle Energie wird manchmal mit einer kosmologischen Konstante \(\Lambda\) verglichen, einem Begriff, der Einsteins Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie (1915) hinzugefügt wurde. Es kann als eine intrinsische Eigenschaft von interpretiert werdenQuantenvakuum (quantenvakuum: Minimaler Energiezustand der Quantenfeldtheorie), oder als dynamische Skalarfeldform (Quintessenz). Sein Unterdruck würde eine gravitative Abstoßung hervorrufen, die zu einer Beschleunigung der Expansion führen würde. Sein physikalischer Ursprung bleibt jedoch unbekannt.

Kosmologische Gleichungen

Im Rahmen des Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker-Modells lautet die Erweiterungsgleichung: \(\;H^2 = \frac{8\pi G}{3}\rho - \frac{k}{a^2} + \frac{\Lambda}{3}\;\) Dabei ist \(H\) die Hubble-Konstante, \(\rho\) die gesamte Materie-Energie-Dichte, \(k\) die räumliche Krümmung und \(\Lambda\) die kosmologische Konstante. Ein Term \(\Lambda > 0\) erzeugt eine beschleunigte Entwicklung.

Beschleunigte Expansion und Multiversum-Hypothesen

Einige kosmologische Theorien gehen von der Existenz eines ausMultiversum (multiversum: hypothetische Menge unterschiedlicher Universen), wo unser Universum nur eine Blase unter anderen wäre. In diesem Zusammenhang wurde vermutet, dass die beschleunigte Expansion nicht nur auf intrinsische dunkle Energie zurückzuführen sein könnte, sondern auch auf Gravitationswechselwirkungen oder Energieflüsse zwischen benachbarten Universen.

Nach diesen Modellen hätte jedes Universum seine eigenen physikalischen Konstanten und seine eigene Energiedichte. Von benachbarten Universen ausgeübte Gravitationskräfte könnten einen scheinbaren Abstoßungs- oder Beschleunigungseffekt hervorrufen der Ausdehnung unserer kosmischen Blase. Diese Hypothese bleibt spekulativ und mit aktuellen Beobachtungen schwer zu überprüfen, bietet jedoch eine Alternative zu Standardmodellen, die ausschließlich auf der kosmologischen Konstante \(\Lambda\) basieren.

Theoretische Arbeiten unter Verwendung der String- und Brane-Theorie legen nahe, dass Fluktuationen im Quantenvakuum oder Spannungsschwankungen universeller Membranen dies könnten beeinflussen die Expansion unseres beobachtbaren Universums. Diese Ideen wurden insbesondere von diskutiertLisa Randall(1962-) undJuan Maldacena(1968-) im Kontext von Branic-Modellen.

Hinweis::
DortStringtheorieschlägt vor, dass fundamentale Teilchen schwingende Saiten im 10- oder 11-dimensionalen Raum sind. Jede mögliche Konfiguration zusätzlicher Dimensionen (Calabi-Yau-Varianten) definiert ein „Vakuum“ mit seinen eigenen physikalischen Konstanten. Diese Vielzahl möglicher Lösungen nennt manLandschaft (landschaft: Menge möglicher Lösungen der Stringtheorie), und es führt natürlich zu der Idee von aMultiversum (multiversum: hypothetische Menge unterschiedlicher Universen): Unser Universum wäre dann nur eine Blase inmitten einer Reihe von Universen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften.

Vergleich mit anderen Komponenten des Universums

Dunkle Energie dominiert heute die kosmologische Entwicklung, vor dunkler Materie und gewöhnlicher Materie. Dieses Ungleichgewicht begann vor etwa 5 Milliarden Jahren, als die Dichte der Materie so weit abnahm, dass sie geringer wurde als die der Dunklen Energie.

• Quellen:NASA-WMAP (neues Fenster), ESA-Planck-Mission (neues Fenster), Nobelpreis für Physik 2011 (neues Fenster).

Hinweis::
L'dunkle Energiebleibt eine kosmologische Hypothese. Es wird nicht direkt beobachtet, sondern aus dynamischen Effekten auf die Expansion abgeleitet.