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DUNKLE ENERGIE
Dunkle Energie und Längenskalen
Redaktion / idw / Pressemitteilung der Universität Heidelberg 
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20. April 2009

Seit rund zehn Jahren gehen die Astronomen von der Existenz einer sogenannten Dunklen Energie aus, die die Expansion des Weltalls beschleunigt und inzwischen als Hauptbestandteil des Universums gilt. Um was es sich dabei aber handelt, ist bislang unklar. Auch die theoretischen Physiker beschäftigen sich mit dieser mysteriösen Energie. Eine neue Untersuchung kommt etwas zu dem Schluss, dass es einmal keine Dunkle Energie mehr geben wird - in unendlich langer Zeit.

Hubble Deep Field

Die Entwicklung des Universum wird dominiert von einer mysteriösen Dunklen Energie. Bild: STScI / NASA

Das Universum besteht zu etwa 75 Prozent aus Dunkler Energie, doch direkt beobachtet wurde sie noch nie. Selbst wenn ihre Existenz bisher nur indirekt bewiesen wurde, so haben die Wissenschaftler bereits einige Eckdaten für diese mysteriöse Kraft herausgefunden. So wird sie beispielsweise für die immer schnellere Ausdehnung des Weltalls verantwortlich gemacht. Unklar ist aber beispielsweise, ob die Dunkle Energie einen konstanten Wert inne hat oder sich zeitlich verändert. Auf eine zeitliche Variation der Dunklen Energie hatten erst unlängst wieder Beobachtungsergebnisse hingedeutet (astronews.com berichtete).

Christof Wetterich, Professor am Institut für Theoretische Physik der Universität Heidelberg, hat jetzt die Dunkle Energie speziell unter dem Gesichtspunkt der Längenskalen betrachtet. Er postuliert in seiner Arbeit, dass Theorien ohne jegliche Längenskalen eine dynamische Dunkle Energie erklären.

"Die Längenskalen des täglichen Lebens sind von der Atomgröße vorbestimmt", erläutert der theoretische Physiker. Die Atomgröße wiederum ist von der Wellenlänge der Elektronen abhängig und diese, so nehmen viele Physiker an, von dem Higgs-Mechanismus, der die elektromagnetische und die schwache Wechselwirkung vereinheitlicht. Schließlich hängt alles von der so genannten Planck-Skala ab, die sich in einem Größenordnungsbereich von 10-35 Metern bewegt.

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"Für die Herkunft der Skalen gibt es zwei Modelle", erklärt Wetterich weiter. Entweder gab es schon immer eine intrinsische Längenskala, wodurch die kleinste mögliche Länge vorbestimmt ist, oder es gibt keine derartige ursprüngliche Längenskala. Danach wären die heute beobachteten Skalen durch eine so genannte spontane Symmetriebrechung entstanden, die dazu führte, dass aus den anfangs gleichwertigen Skalen sich eine herausentwickelt hat, die nun alle anderen Größen bestimmt.

Der Unterschied zwischen den beiden Modellen ist, dass im zweiten Fall die Skalensymmetrie der alles bestimmende Faktor ist. Diese Symmetrie ist es, die sich auch in höherdimensionalen Gleichungen mit mehr als drei Raumdimensionen widerspiegelt und hier die kosmische Konstante beeinflusst, von der die Dunkle Energie einen Teil darstellen soll. "Wenn die exakte Symmetrie alles bestimmt, dann ergeben sich stabile Lösungen nur, wenn Einsteins kosmologische Konstante gleich Null ist", beschreibt Wetterich das Ergebnis seiner Berechnungen.

Dieser Zustand wird allerdings erst in unendlich großen Zeiten erreicht. Er bedeutet ebenso, dass es in unendlich großen Zeiten keine Dunkle Energie mehr geben wird. In endlichen Zeiten, also in dem Zeitraum, den wir gerade beobachten, existiert jedoch die Dunkle Energie. Verursacht wird das durch eine Verletzung der Skalensymmetrie durch Quantenfluktuation. Damit entwickelt sich nach den Überlegungen des Physikers die Dunkle Energie dynamisch, wobei in unserem mit gut 14 Milliarden Jahren alten Universum nur noch ein geringer Rest an Dunkler Energie vorhanden ist.

Wetterich berichtet über seine Resultate in dem Artikel "Dilatation Symmetry in Higher Dimensions and the Vanishing of the Cosmological Constant", der in der Fachzeitschrift Physical Review Letters erschienen ist.

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