Die Variationen in der Hintergrundstrahlung sind so winzig, dass sie erst 1992 mit dem COBE-Satelliten beobachtet werden konnten. Aber so freudig ihr Entdeckung begrüßt wurde: man wusste auch, dass man da noch einiges nicht so ganz verstanden hatte. Die Verteilung der Galaxien zum Beispiel, die aus den Theorien von Peebles und seinen Kollegen resultierten stimmten nicht mit dem überein, was man tatsächlich sehen konnten. Andere Wissenschaftler stellten fest, dass das Universum viel zu flach war. Laut Einsteins Gleichungen sollte die Krümmung des Alls im Laufe der Zeit wachsen und wenn der Raum heute enorm flach und gar nicht gekrümmt ist, dann muss es früher noch flacher gewesen sein. Ein flaches Universum ist zwar als Lösung der Feldgleichungen zulässig – aber es ist ein enormer Spezialfall. Unser Universum schien ein ziemlich unwahrscheinliches Universum zu sein.
Die Lösung für dieses Problem wurde kürzlich gefunden. Nachdem die Theoretiker in den 1980er Jahren das erste Mal das Konzept der “kosmologischen Inflation” vorgeschlagen hatten – also eine kurze Phase enorm schneller Expansion des Alls kurz nach dem Urknall – konnte diese Phase 2014 durch Beobachtungen nachgewiesen werden. Ich habe das alles hier und hier schon ausführlich zusammengefasst und möchte die entsprechenden Stellen aus Ferreiras Buch hier nicht nochmal wiederholen. Die Inflation löste das Problem des flachen Universums (und noch ein paar andere Probleme) jedenfalls zufriedenstellend. Blieb nur noch die Sache mit der unsichtbaren Materie.
Schon seit den 1930er Jahren stellten Astronomen fest, dass die sichtbare Materie nicht alles sein konnte, da die Gravitationswirkung nicht mit der beobachteten Menge an Materie zusammen passte. Sterne bewegten sich schneller, als sie eigentlich sollten; Galaxien ebenso: Alles verhielt sich so, als wäre da noch viel mehr Materie als die, die man sehen kann. Auch zu dieser “dunklen Materie” habe ich schon eine ausführliche Serie geschrieben und möchte das hier nicht noch mal wiederholen. Die Kosmologen jedenfalls entwickelten ein Modell der Entwicklung des Universums mit Urknall, Inflation und dunkler Materie und stellten fest, dass es zwar recht elegant war und ein gutes Konzept. Nur die Beobachtungen ließen sich immer noch nicht einwandfrei erklären.
Das Universum war laut diesem “CDM-Modell” (“Cold Dark Matter-Modell”) viel zu jung; das Verhältnis von dunkler Materie zu normaler Materie viel größer als beobachtet. Und die Verteilung der Materie die man aus Einsteins Gleichungen erhielt stimmte immer noch nicht mit der Realität überein. Es gab eine Möglichkeit, das Modell zu verbessern und es mit der Realität in Einklang zu bringen. Aber diese Möglichkeit wollte niemand so wirklich nutzen. Denn dazu hätte man die kosmologische Konstante wieder einführen müssen.
Lambdas sind doof!
Diese Modifikation der Einsteinschen Feldgleichungen hatte Einstein damals noch selbst durchgeführt um die seiner Meinung nach unsinnige Konsequenz eines expandieren Universums aus den Gleichungen zu eliminieren. Später strich er sie wieder, als er erkannte, dass das All tatsächlich expandiert. Nun aber hätten die Kosmologen eine das ganze Universum durchdringende Kraft durchaus gut gebrauchen können um ihr CDM-Modell zu verbessern. Aber die kosmologische Konstante war tabu – obwohl sie immer wieder auftauchte. 1984 stellte Peebles selbst fest, dass ein funktionierendes CDM-Modell eine kosmologische Konstante braucht, die eine Energie beschreibt die 80 Prozent der gesamten Energie im Universum ausmacht. Andere Wissenschaftler kamen zu ähnlichen Ergebnissen und verwarfen sie so wie Peebles es tat, weil er das schlicht und einfach nicht plausibel fand.
Aber 1998 gab es neue Beobachtungsdaten. Ich habe sie hier im Detail beschrieben: Zwei Forschergruppen entdeckten, dass sich das All tatsächlich immer schnell ausdehnt und da tatsächlich eine noch unbekannte Form von Energie im Universum vorhanden sein muss, die diese beschleunigte Expansion antreibt. Man nannte sie analog zur “dunklen Materie” die “dunkle Energie” und stellte fest, dass die Beobachtungsdaten gut zu den verworfenen Theorien passten. Die kosmologische Konstante war zurück gekehrt und das CDM-Modell durch das “Lambda-CDM-Modell” ersetzt (“Lambda” steht für den griechischen Buchstaben, der die kosmologische Konstante in Formeln beschreibt).
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