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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.Laden...

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 …

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  • 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