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Dunkle Energie und Längenskalen
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung der Universität Heidelberg
astronews.com
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.
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.
"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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