Dunkle Energie auf dem Rückzug

In unendlichen Zeiten wird es keine Dunkle Energie im Universum mehr geben: Zu dieser Schlussfolgerung ist jetzt ein Heidelberger Physiker in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ gekommen. In seiner neuen Studie hat er die bisher so rätselhafte Dunkle Energie speziell unter dem Gesichtspunkt der Längenskalen betrachtet.

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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.

Längenskalen des täglichen Lebens

Professor Christof Wetterich vom Institut für Theoretische Physik der Universität Heidelberg hat die Dunkle Energie speziell unter dem Gesichtspunkt der Längenskalen untersucht. Er postuliert in seiner neuen Studie, 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 hoch minus 35 Metern bewegt.

Zwei Modelle

„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 heraus entwickelt 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 höher dimensionalen Gleichungen mit mehr als drei Raumdimensionen widerspiegelt und hier die kosmische Konstante beeinflusst, von der die Dunkle Energie einen Teil darstellen soll.

Dunkle Energie verschwindet

„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 von Wetterich die Dunkle Energie dynamisch, wobei in unserem gut 14 Milliarden Jahre alten Universum nur noch ein geringer Rest an Dunkler Energie vorhanden ist.

(idw – Universität Heidelberg, 21.04.2009 – DLO)