Direkt zum Inhalt
Login erforderlich
Dieser Artikel ist Abonnenten mit Zugriffsrechten für diese Ausgabe frei zugänglich.

Physik: Das kleinste der großen Rätsel

Die kosmologische Konstante gibt an, wie schnell das Weltall expandiert. Leider ist sie viel ­kleiner, als die Quantentheorie vorhersagt - für Physiker eine enorme Herausforderung.
Im Weltall gibt es zig Milliarden Galaxien, wie dieses Bild des Hubble-Weltraumteleskops zeigt.

In jedem bisschen Nichts gibt es etwas. Wenn man an einer beliebigen Stelle des Weltalls – weit abseits von Planeten, Sternen und Galaxien – in immer kleinere Skalen hineinzoomt, würde man naiverweise erwarten, auf reines Vakuum zu stoßen. Aber das stimmt nicht. Wenn man ganz genau hinsähe, stieße man auf ein wildes Durcheinander aus Teilchen, die plötzlich aus dem Nichts auftauchen und kurz darauf wieder verschwinden.

Der Grund: Die Quantenphysik, unsere Theorie des Allerkleinsten, lässt nichts einfach nicht zu. An einem Punkt in Raum und Zeit kann die Energie niemals exakt null sein; es bleibt immer etwas Spielraum. Die Folge sind »virtuelle« Teilchen, die sich die verfügbare Energie borgen. Meist ploppen sie als Paare aus Materie- und Antimaterie-Teilchen auf, die sich rasch wieder gegenseitig auslöschen.

Die virtuellen Partikel lassen das Vakuum gewissermaßen brodeln – sie drücken dabei jeden Flecken des Weltalls auseinander. Diese Aktivität gilt als die wahrscheinlichste Erklärung für das, was Kosmologen Dunkle Energie nennen. Sie umschreiben damit die Beobachtung, dass sich das Weltall immer schneller ausdehnt, und nicht, wie lange vermutet, entweder statisch ist oder mit einer gleich bleibenden Rate expandiert.

Das Problem mit der Vermutung ist, dass es nicht genug Dunkle Energie zu geben scheint …

Kennen Sie schon …

Spektrum der Wissenschaft – Quanten und Raumzeit - Mit dem Computer zur Quantengravitation

Wie lässt sich die Schwerkraft mit der Quantenphysik vereinen? In »Eine Welt aus Dreiecken« erläutert die Professorin Renate Loll einen Ansatz, der ohne exotische Zutaten auskommt und erstaunliche Vorhersagen liefert: die kausale dynamische Triangulation. Daneben berichten wir, mit welchen Tricks metastasierende Krebszellen in fremden Geweben überleben und wie sie sich vielleicht aufhalten lassen. In der Physik greifen Forschende vermehrt auf KI-Modelle zurück – und die Programme sorgten schon für einige Überraschungen, von Versuchsdesigns über genauere Formeln bis hin zum Aufdecken verborgener Symmetrien. Weitere Themen: wie der Mensch als Selektionsfaktor die Evolution von Tieren beeinflusst sowie die Idee, Chlor als Energiespeicher zu nutzen.

Sterne und Weltraum – Giganten im All – Riesenradiogalaxien

Riesenradiogalaxien, verschwundene Meteoriten und die Jagd nach Dunkler Materie: Unsere Milchstraße wirkt winzig, wenn man Sie mit den Radiogalaxien und ihren Materiestrahlen vergleicht. Ein Forscherduo hat die größten dieser Giganten untersucht und erklärt unter anderem ihren Einfluss bei der Magnetisierung des intergalaktischen Raums. Darüber hinaus: Der 15 Tonnen schwere El-Ali-Meteorit in Somalia sorgte für ein echtes Krimidrama: Erst ein seltener Fund, dann spurlos verschwunden. Und im Herzen unserer Galaxis könnten Gammastrahlen Hinweise auf die geheimnisvolle Dunkle Materie liefern, denn neue Auswertungen des Fermi-Observatoriums deuten auf einen möglichen Überschuss hin. Auf der Erde erobern Smart-Teleskope die Hobbyastronomie und versprechen beeindruckende Astrofotos mit minimalem Aufwand – wie gut sind die Kleinteleskope wirklich und was muss man für gute Ergebnisse können?

Spektrum - Die Woche – Vor dem Tod sind wir high

Warum stellt unser Körper die psychedelische Substanz DMT her, die Ayahuasca seine halluzinogene Wirkung verleiht? Die Forschung hierzu nimmt wieder Fahrt auf. Außerdem in »Die Woche«: ChatGPT löst ein Matheproblem, wie Zeit langsamer vergeht und mehr.

  • Quellen

Carlip, S.: How to hide a cosmological constant. International Journal of Modern Physics D 28, 2019

Kaloper N., Padilla, A.: Vacuum energy sequestering and graviton loops. Physical Review Letters 118, 2017

Schreiben Sie uns!

Beitrag schreiben

Wir freuen uns über Ihre Beiträge zu unseren Artikeln und wünschen Ihnen viel Spaß beim Gedankenaustausch auf unseren Seiten! Bitte beachten Sie dabei unsere Kommentarrichtlinien.

Tragen Sie bitte nur Relevantes zum Thema des jeweiligen Artikels vor, und wahren Sie einen respektvollen Umgangston. Die Redaktion behält sich vor, Zuschriften nicht zu veröffentlichen und Ihre Kommentare redaktionell zu bearbeiten. Die Zuschriften können daher leider nicht immer sofort veröffentlicht werden. Bitte geben Sie einen Namen an und Ihren Zuschriften stets eine aussagekräftige Überschrift, damit bei Onlinediskussionen andere Teilnehmende sich leichter auf Ihre Beiträge beziehen können. Ausgewählte Zuschriften können ohne separate Rücksprache auch in unseren gedruckten und digitalen Magazinen veröffentlicht werden. Vielen Dank!

Bitte erlauben Sie Javascript, um die volle Funktionalität von Spektrum.de zu erhalten.