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Kosmologie: Die Dunkle Energie und ihre Feinde

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Im letzten Jahrzehnt mussten die Kosmologen sich allmählich daran gewöhnen, dass ihr Verständnis des Universums noch etliche Lücken aufweist. Zwar sind manche Eigenschaften des Weltalls wie seine Ausdehnung, sein Alter und seine mittlere Dichte sehr gut bekannt, aber die Zusammensetzung der kosmischen Materie und Energie gibt neue Rätsel auf: Nur ein geringer Teil, etwa fünf Prozent, des Universums besteht aus der uns bekannten Materie – den chemischen Elementen wie Wasserstoff, Helium, Kohlenstoff und Sauerstoff, aus denen wir selbst, die Erde sowie alle anderen Planeten und die Sonneaufgebaut sind. Etwa 21 Prozent macht die Dunkle Materie aus: nicht leuchtende Wolken oder Klumpen aus bis jetzt noch unbekannten Elementarteilchen. Der überwiegende Anteil von etwa 74 Prozent scheint aus einem gleichmäßig im Raum verteilten Etwas zu bestehen, das von vielen "Dunkle Energie" genannt wird – eine unglückliche Bezeichnung, denn seit Einstein wissen wir, dass Materie und Energie eigentlich dasselbe sind. Dunkle Materie und Dunkle Energie haben aber nichts miteinander zu tun.

Während Materie und normale, materielle Energie sich im Verlauf der kosmischen Ausdehnung verdünnen, wächst die Dunkle Energie proportional zum expandierenden Volumen an; ihre Dichte bleibt also konstant. Diese Größe verhält sich wie eine Spannung des Raums, ähnlich einer elastischen Feder, welche die Ausdehnung des Kosmos unermüdlich vorantreibt.

Der Name "Dunkle Energie" deutet auf eine geheimnisvolle Substanz hin, obwohl zunächst ganz pragmatisch nichts anderes eingeführt wird als eine zusätzliche Bestimmungsgröße des kosmologischen Modells, die durch astronomische Messungen einen bestimmten Wert erhält. Schon Albert Einstein hatte eine solche Größe, von ihm "kosmologische Konstante" genannt, in die Modelle eingesetzt, die aus seiner Theorie hergeleitet werden können. Er wollte ein statisches Weltmodell beschreiben, denn um 1915 waren die meisten Astronomen davon überzeugt, der Kosmos sei einfach eine Ansammlung von Sternen – gleichförmig, unendlich und unveränderlich. Dazu musste die Gravitationsanziehung der Sterne durch eine abstoßende Kraft, eine Art kosmischer Antigravitation, ausgeglichen werden. Die kosmologische Konstante ergab bei geeigneter Wahl genau diese Abstoßung. Doch als der US-Astronom Edwin Hubble die Expansion des Galaxiensystems entdeckte und der russische Wissenschaftler Alexander Friedmann zeigte, dass einfache Lösungen der einsteinschen Gravitationstheorie ein dazu passendes Weltmodell liefern, verwarf Einstein seine ursprüngliche Idee und schlug vor, "die kosmologische Konstante gleich null zu setzen" ...
November 2008

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft November 2008

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