Zwei unabhängige Methoden hatten also zum selben Ergebnis geführt: es muss eine dunkle Energie geben.
Konstante oder Quintessenz?
Es schien also klar, dass die dunkle Energie existiert. Aber – so wie bei der dunklen Materie – war völlig unklar, um was es sich dabei handeln sollte!
Dabei zeigte sich, dass die dunkle Energie einen historischen Vorläufer hatte. Kein geringerer als Albert Einstein hatte in den Gleichungen seiner berühmten allgemeinen Relativitätstheorie einen Term eingeführt, der genau das Verhalten der dunklen Energie zu beschreiben schien: die kosmologische Konstante.
Einsteins Feldgleichungen werden durch Integration hergeleitet. Und – vielleicht erinnert sich noch jemand an den Schulunterricht – bei einer Integration gibt es immer eine Integrationskonstante. Die taucht auch bei Einstein auf – und je nachdem welchen Wert diese Konstante annimmt, ergeben sich gravierende Auswirkungen auf das Verhalten des Universums. Ist die Konstante negativ, dann entspricht dass einer kosmischen Anziehung – das Universum würde also in sich zusammenfallen. Ist die Konstante gleich null, dann bestimmt allein die Materie innerhalb des Universums durch ihre wechselseitige Anziehungskraft wie sich das Universum verhält. Und ist die Konstante positiv, dann entsteht eine kosmische “Abstoßung” – eine Kraft, die der Gravitation entgegenwirkt; so wie die dunkle Energie.
Als Einstein seine Gleichungen aufstellte, ging man allgemein von einem statischen, unveränderlichen Universum aus. Wenn die Konstante gleich null ist, kann das aber nicht der Fall der sein – denn dann würde die Masse darin sofort dafür sorgen, dass das Universum in sich zusammenfällt oder sich ausdehnt. Also wählte Einstein eine Konstante größer als Null – und verwarf diese Entscheidung wieder, als Hubble zeigen konnte, dass das Universum eben nicht statisch ist.
Albert Einstein und Edwin Hubble am Mt. Wilson-Observatory, 1931 (Bild: Archives, California Institute of Technology)
Seitdem gingen die Kosmologen davon aus, die kosmologische Konstante tatsächlich nahezu Null beträgt und die Expansion des Universums durch die in ihm enthaltene Materie irgendwann abgebremst wird. Die Entdeckung der dunklen Energie hat allerdings gezeigt, dass das falsch ist und das eine positive kosmologische Konstante benötigt wird um die beschleunigte Expansion zu erklären.
Aber selbst wenn wir wissen, dass sich die dunkle Energie durch Einsteins kosmologische Konstante beschreiben lässt, wissen wir immer noch nicht, was sie denn nun ist. Man schlug vor, dass es sich dabei vielleicht um die quantentheoretische Energie des Vakuums handelt. Diese Erklärung wäre insofern elegant, weil sie erklären würde, warum wir die dunkle Energie nur auf großen Skalen bemerken und nicht z.B. bei der Bewegung der Planeten in unserem Sonnensystem. Auf dieser Skala wäre die Vakuumenergie viel zu gering um messbare Auswirkungen zu haben.
Leider lässt sich diese Theorie aber nicht in Einklang mit den Beobachtungen bringen. Die entsprechenden Zahlen zwischen Vorhersage und Beobachtung weichen dramatisch voneinander ab. Das hat manche Wissenschaftler dazu bewogen, keine kosmologische Konstante in Betracht zu ziehen – also eine dunkle Energie, die immer gleich groß ist – sondern eine dunkle Energie, die sich im Laufe der Zeit ändert. Diese zeitabhängige Form nennt man Quintessenz.
Neuere Messungen zeigen allerdings, dass sich die dunkle Energie doch eher wie eine kosmologische Konstante verhält und zeitlich nicht variabel ist.
Gibt es eine Antwort?
Es existieren noch weitere, exotischere Erklärung für die dunkle Energie (“Phantom-Energie“, “Chaplygin-Gas“, “topologische Defekte“, …) – aber ohne weitere Beobachtungen werden wir wohl nicht herausfinden, um was es sich dabei wirklich handelt.
Ganz wie bei der dunklen Materie wissen wir, dass die dunkle Energie existieren muss. Bei der dunklen Materie haben wir mittlerweile aber immerhin einige konkrete Vorstellungen über ihre Natur und die Möglichkeit, diese Theorie im Experiment zu prüfen. Bei der dunklen Energie stehen wir buchstäblich noch im dunklen.
Kommentare (205)