Mit der Vakuumenergie ist es ähnlich – innerhalb der QFT merkt man nichts davon, aber statt Zinsen einzubringen müsste sie etwas anderes tun: Denn nach Einsteins berühmter Gleichung ist E=mc²; unsere Nullpunktsenergie entspricht also einer riesigen Masse (oder genauer gesagt, Massendichte), und die müsste sich bemerkbar machen. Stopft man nämlich das Weltall mit gigantisch viel Masse voll, dann müsste diese Masse nach der Relativitätstheorie die Expansion des Weltalls beeinflussen. Und weil die Masse wirklich riesig ist, wäre dieser Einfluss stark. So stark, dass das Weltall über die ersten paar Minuten seienr Existenz nicht hinausgekommen wäre, weil es sich durch die Vakuumenergie sofort wieder zusammengezogen hätte. Vergleicht man den theoretischen Wert der Vakuumenergie mit dem Wert, den sie maximal haben kann, damit das Universum seine heutige Form haben kann, dann stimmen diese beiden Zahlen nicht überein. Die Diskrepanz kann man am besten als faktor ausdrücken: Die theoretische Vakuumenergie laut QFT ist etwa 1Billion Billion Billion Billion Billion Billion Billion Billion Billion Billion mal zu groß – vermutlich die größte Abweichung zwischen Theorie und Experiment, die es je gegeben hat. (Und vermutlich ist der Faktor größer als eine Fantastlilliarde.) Ach ja, falls ihr jetzt die Idee habt, die Nullpunktsenergie könnte etwas mit der dunklen Energie zu tun haben, die die Astronomen so beschäftigt – da seid ihr nicht die ersten, bisher passt das aber nicht zusammen.
Natürlich hat man nach Ideen gesucht, wie man die Vakuumenergie loswerden kann. Eine davon ist zum Beispiel die Supersymmetrie – eine besondere Form der Quantenfeldtheorie, die viele neue Teilchen dazuerfindet, damit die Gleichungen hübscher werden. Ein großer Vorteil der Supersymmetrie liegt darin, dass in ihr die Nullpunktsenergie exakt verschwindet. Das liegt daran, dass es zwei unterschiedliche Arten von Teilchen gibt: Das eine sind die Bosonen, Teilchen wie das Photon oder die Gluonen, die für die Kernkraft verantwortlich sind. Das andere sind die Fermionen – die Teilchen, die wir als Materiebausteine ansehen wie Elektronen und Quarks. (Ja, irgendwann schreib ich auch noch mal was zum Teilchenzoo…) Rechnet man die Vakuumenergie für Fermionen aus, dann ist sie auch gigantisch groß – allerdings mit negativem Vorzeichen. (Und damit weiß niemand so recht etwas anzufangen.) In der Supersymmetrie gibt es jetzt für jede Bosonenart auch ein zugehöriges Fermion – dann heben sich all die vielen riesigen Energieterme alle sauber weg und nichts bleibt übrig. Das ist natürlich sehr nett und elegant – dummerweise gibt es bisher keine Anzeichen dafür, dass die SuSy (kurzform für Supersymmetrie) tatsächlich stimmt und die bisherigen Experimente am CERN sprechen eher dagegen. (Seit dem verlinkten Blogpost ist es tendenziell eher noch enger geworden…)
Es gibt noch ein paar andere Ideen zur Vakuumenergie (eine davon von Bob Klauber (die mich aber nicht überzeugt), dessen Buch ich gerade lese – ich stehe sogar in der Danksagung, weil ich letztes jahr mit Bob ein paar Ideen ausgetauscht habe und weil ich einen freundlichen Satz über das Buch geschrieben habe, der auch auf dem Cover steht…), aber letztlich ist sie ein offenes Problem in der QFT. Die meisten Theoretiker machen sich darum nicht so schrecklich viele Gedanken, und mit einem kleinen mathematischen Trick namens “Normalordnung” kann man die Vakuumenergie auch elegant – allerdings mathematisch meiner Ansicht nach letztlich ein bisschen illegal – aus der Theorie entfernen. (Hier gehen die Meinungen allerdings auseinander – siehe hierzu diese Diskussion, in der ich unter meinem US-Pseudonym poste (10 Hier-wohnen-Drachen-Taler für den, der die Herkunft meines Pseudonyms kennt)…)
Wie dem auch sei, da die Vakuumenergie immer da ist, kann man sie nicht in irgendeiner Form “anzapfen”.
Oder doch?
Der Casimir-Effekt
In den meisten Büchern oder Internetseiten wird zum Thema “Vakuum” ein experimenteller Nachweis zitiert – der Casimir-Effekt. Ich klaue das passende Bild bei Wikipedia
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