☣️ 📽️ 😖 Häufig gestellte Fragen zu Dunkler Energie 🤹 😥 🕡

[ Sean Michael Carroll - Kosmologe, Professor für Physik, spezialisiert auf Dunkle Energie und allgemeine Relativitätstheorie, Studium am Department of Physics des California Institute of Technology - ca. perev. ]]

Was ist dunkle Energie?

Dies ist es, was das Universum beschleunigt, wenn es tatsächlich eine bestimmte Entität mit einer solchen Eigenschaft gibt.

Anscheinend sollte ich fragen - was bedeutet die "Beschleunigung" des Universums?

Erstens dehnt sich das Universum aus: Hubble hat gezeigt, dass entfernte Galaxien mit einer Geschwindigkeit von uns weglaufen, die ungefähr proportional zu ihrer Entfernung ist. "Beschleunigung" bedeutet, dass, wenn Sie die Geschwindigkeit einer dieser Galaxien messen und dann in einer Milliarde Jahren zu ihr zurückkehren und die Geschwindigkeit erneut messen, Sie feststellen werden, dass sie zugenommen hat. Galaxien entfernen sich mit zunehmender Geschwindigkeit von uns.

Aber dies ist eine Art Erklärung in einfachen Worten. Kann dies abstrakter und wissenschaftlicher erklärt werden?

Der relative Abstand zwischen entfernten Galaxien kann zu einem einzigen Indikator zusammengefasst werden, dem „Skalierungsfaktor“, der häufig als (t) oder R (t) geschrieben wird. Dies ist in der Tat die „Größe“ des Universums - wenn auch nicht ganz, da das Universum unendlich groß sein kann. Genauer gesagt ist dies die relative Größe des Raums von einem Moment zum anderen. Die Expansion des Universums bedeutet eine Zunahme des Skalierungsfaktors im Laufe der Zeit. Beschleunigung des Universums bedeutet seine Zunahme mit der Beschleunigung - das heißt mit einer positiven zweiten Ableitung.

Bedeutet dies, dass die Hubble-Konstante, die die Expansionsrate misst, zunimmt?

Nein. Hubbles „Konstante“ (oder „Hubbles Parameter“, da er sich im Laufe der Zeit ändert) beschreibt die Expansionsrate, dies ist jedoch nicht nur eine Ableitung des Skalierungsfaktors, sondern eine Ableitung geteilt durch den Koeffizienten selbst. Warum? Denn auf diese Weise wird es dimensionslos und ändert sich nicht mit der Änderung von Vereinbarungen. Die Hubble-Konstante ist ein Multiplikator, der die Änderungsrate des Skalierungsfaktors des Universums zeigt.

Wenn sich das Universum verlangsamt, nimmt die Hubble-Konstante ab. Wenn die Hubble-Konstante zunimmt, beschleunigt sich das Universum. Aber es gibt einen Zwischenmodus, in dem sich das Universum ausdehnt, aber die Hubble-Konstante abnimmt - und wir glauben, dass unser Universum in diesem Modus lebt. Die Geschwindigkeit einzelner Galaxien nimmt zu, aber die Verdoppelung der Größe des Universums nimmt immer mehr Zeit in Anspruch.

Mit anderen Worten: Das Hubble-Gesetz korreliert die Geschwindigkeit einer Galaxie v mit dem Abstand d zu ihr in der Gleichung v = H * d. Diese Geschwindigkeit kann sich erhöhen, selbst wenn der Hubble-Parameter abnimmt. wenn es langsamer abnimmt als die Entfernung wächst.

Aber haben Astronomen wirklich eine Milliarde Jahre gewartet, um die Geschwindigkeit von Galaxien neu zu messen?

Nein. Wir messen die Geschwindigkeit sehr weit entfernter Galaxien. Wenn sich das Licht mit einer festen Geschwindigkeit bewegt, ein Lichtjahr pro Jahr, blicken wir in die Vergangenheit. Die Rekonstruktion der Geschichte der Geschwindigkeiten und ihrer Unterschiede in der Vergangenheit zeigt uns die Tatsache der Beschleunigung des Universums.

Und wie misst man die Entfernung zu einer entfernten Galaxie?

Das ist nicht einfach. Die zuverlässigste Methode ist eine „Standardkerze“ - ein ziemlich helles Objekt, das von weitem sichtbar ist und dessen eigene Helligkeit im Voraus bekannt ist. Dann können Sie den Abstand dazu berechnen, indem Sie einfach die Helligkeit messen. Je schwächer es ist, desto weiter.

Standardkerzen gibt es leider nicht.

Was haben sie getan?

Glücklicherweise haben wir eine etwas schlechtere Methode: standardisierte Kerzen. Eine spezielle Art von Supernova , Typ Ia , ist sehr hell und nicht ganz, aber ungefähr gleich hell. Glücklicherweise entdeckte Mark Philips in den 1990er Jahren die erstaunliche Beziehung zwischen der intrinsischen Helligkeit und der Zeit, die eine Supernova benötigt, um nach Erreichen der maximalen Helligkeit zu verblassen. Wenn wir die Helligkeit messen und sie mit der Zeit abnimmt, können wir diesen Unterschied korrigieren und eine universelle Helligkeitsskala erstellen, mit der Entfernungen gemessen werden können.

Und warum erwiesen sich Supernovae vom Typ Ia als standardisierte Kerzen?

Wir sind uns definitiv nicht sicher - im Grunde ist alles empirisch berechnet. Aber es gibt eine Idee - wir glauben, dass diese Supernovae entstehen, wenn weiße Zwerge Materie von außen anziehen, bis sie die Chandrasekhar-Grenze erreichen und explodieren. Und da diese Einschränkung im gesamten Universum gleich ist, ist es nicht überraschend, dass Supernovae eine ähnliche Helligkeit haben. Abweichungen sind wahrscheinlich auf unterschiedliche Sternzusammensetzungen zurückzuführen.

Aber woher weißt du, wann eine Supernova auftreten wird?

Auf keinen Fall. Sie erscheinen selten, etwa alle hundert Jahre für eine durchschnittliche Galaxie. Daher müssen Sie sofort eine Reihe von Galaxien mit Weitwinkelkameras betrachten. Insbesondere werden die Bilder des Himmels, die zu verschiedenen Zeitpunkten aufgenommen wurden, im Abstand von mehreren Wochen voneinander verglichen (normalerweise werden die Bilder auf dem Neumond aufgenommen, wenn der Himmel am dunkelsten ist) - genau in dieser Zeit muss eine Supernova die Helligkeit dramatisch erhöhen. Mit Computern werden Bilder auf der Suche nach neuen Lichtpunkten verglichen. Diese Punkte werden dann untersucht, um herauszufinden, ob es sich um Supernovae vom Typ Ia handelt. Dies ist natürlich sehr schwierig, und es wäre unmöglich, wenn es nicht eine Reihe der neuesten technologischen Innovationen gäbe - Kameras mit CCD-Sensorenund Riesenteleskope. Heute können Sie sicher sein, dass aufgrund von Beobachtungen Supernovae in Dutzenden gesammelt werden können - aber als Perlmutter anfing, mit seiner Gruppe zu arbeiten, war dies überhaupt nicht offensichtlich.

Und was haben sie bei einem solchen Job entdeckt?

Die meisten Astronomen (fast alle) erwarteten eine Verlangsamung des Universums - Galaxien würden durch die Schwerkraft voneinander angezogen, was ihre Bewegung verlangsamen würde. Es stellte sich jedoch heraus, dass die entfernten Supernovae schwächer erscheinen als erwartet - ein Zeichen dafür, dass sie sich weiter als vorhergesagt befinden, dh das Universum beschleunigt sich.

Warum haben Kosmologen dieses Ergebnis so schnell akzeptiert?

Schon vor der Bekanntgabe der Ergebnisse im Jahr 1998 war klar, dass etwas mit dem Universum nicht stimmte. Es war, als wäre das Alter des Universums geringer als das Alter seiner ältesten Sterne. Materie war weniger als von Theoretikern vorhergesagt. Im großen Maßstab waren die Strukturen nicht so ausgeprägt. Die Entdeckung der dunklen Energie löste all diese Probleme auf einen Schlag. Alles passte zusammen. Obwohl die Menschen ziemlich vorsichtig waren, wurde das Universum nach dieser Beobachtung viel klarer.

Aber woher wissen wir, dass Supernovae nicht dunkler aussehen, nicht weil sie von etwas verdeckt werden oder weil in der Vergangenheit alles anders war?

Die Frage ist legitim, und zwei Teams, die Supernovae untersuchen, haben sehr aktiv an ihrer Analyse gearbeitet. Sie können nie 100% sicher sein, aber Sie können ständig neue Bestätigungen erhalten. Zum Beispiel wissen Astronomen seit langem, dass dunkle Materie blaues Licht leichter streut als rot, wodurch die Sterne hinter Gas- und Staubwolken „erröten“. Sie können nach einer solchen Rötung suchen, und im Fall von Supernovae stellt sich heraus, dass sie unbedeutend ist. Darüber hinaus haben wir jetzt eine Fülle unabhängiger Beweise, die zu derselben Schlussfolgerung führen - so scheint es, dass die ersten Messungen mit Supernovae uns nicht angelogen haben.

Stimmt es, dass es unabhängige Beweise für die Existenz dunkler Energie gibt?

Oh ja. Das einfachste Argument ist die Subtraktion. Reliktstrahlung sagt uns die volle Energiemenge, einschließlich Materie, im Universum. Lokale Messungen von Galaxien und Clustern ergeben die Gesamtmenge an Materie. Es stellt sich heraus, dass Materie nur 27% der Gesamtenergie ausmacht, was uns 73% in Form einer für uns unsichtbaren Substanz lässt, aber keine Materie: "dunkle Energie". Diese Menge reicht aus, um die Beschleunigung des Universums zu erklären. Weitere Belege sind akustische Baryonenschwingungen (Wellen auf großräumigen Strukturen, deren Größe dazu beiträgt, die Geschichte der Expansion des Universums zu untersuchen) und die Entwicklung von Strukturen während ihrer Expansion.

Nun, und was ist dunkle Energie?

Schön, dass du gefragt hast! Dunkle Energie hat drei Haupteigenschaften. Erstens ist es dunkel. Wir sehen es nicht und soweit Messungen uns sagen, interagiert es überhaupt nicht mit Materie (wenn es interagiert, übersteigt es die Möglichkeiten unserer Beobachtungen). Zweitens ist es gleichmäßig verteilt. Es reichert sich nicht in Galaxien und Clustern an, oder wir würden es durch Untersuchung ihrer Dynamik entdecken. Drittens ist es konstant. Die Dichte der dunklen Energie (die Energiemenge pro kubischem Lichtjahr) bleibt konstant, wenn sich das Universum ausdehnt. Es löst sich nicht wie Materie auf.

Die letzten beiden Eigenschaften erlauben es uns, es "Energie" und nicht "Materie" zu nennen. Dunkle Energie verhält sich nicht wie Teilchen mit lokaler Dynamik und Streuung, wenn sich das Universum ausdehnt. Dunkle Energie ist etwas anderes.

Interessante Geschichte. Und was genau kann dunkle Energie sein?

Der Hauptkandidat für diesen Ort ist der einfachste: "Vakuumenergie" oder "kosmologische Konstante". Da wir wissen, dass dunkle Energie gleichmäßig verteilt und konstant ist, fällt uns als Erstes ein, dass sie perfekt verteilt und perfekt konstant ist. Dies wird die Energie des Vakuums sein: eine feste Energiemenge, die jedes Stück Raum besitzt und die sich nicht ändert, wenn man sich von einem Ort zum anderen bewegt oder im Laufe der Zeit. Einhundertmillionstel Erga pro Kubikzentimeter, wenn Sie interessiert sind.

Aber unterscheidet sich Vakuumenergie nicht von einer kosmologischen Konstante?

Ja Glauben Sie niemandem, der dies leugnet. Als Einstein auf diese Idee kam, betrachtete er sie nicht als „Energie“, sondern als eine Modifikation der Art und Weise, wie die Krümmung der Raumzeit mit Energie interagiert. Aber es stellt sich heraus, dass dies ein und dasselbe ist. Wenn jemand dies nicht glaubt, fragen Sie, welche Beobachtungen er voneinander unterscheiden wird.

Wird Vakuumenergie nicht aus Quantenfluktuationen abgeleitet?

Nicht wirklich. Ein ganzer Berg aller Phänomene kann die Energie des leeren Raums erzeugen, und einige von ihnen sind völlig klassisch und haben nichts mit Quantenschwankungen. Zu den klassischen Phänomenen, die zum Auftreten dieser Energie führen, kommen aber auch Quantenfluktuationen hinzu. Sie sind ziemlich stark, und dies führt uns zum Problem der kosmologischen Konstante.

Was ist das Problem der kosmologischen Konstante?

Wenn uns nur die klassische Mechanik bekannt wäre, wäre die kosmologische Konstante nur eine Zahl - es gäbe keinen Grund dafür, besonders groß oder klein, positiv oder negativ zu sein. Wir würden es einfach messen und uns beruhigen.

Aber unsere Welt ist nicht klassisch, sondern quantenhaft. Und in der Quantenfeldtheorie müssen klassische Größen Quantenkorrekturen unterzogen werden. Im Fall von Vakuumenergie haben diese Korrekturen die Form der Energie virtueller Teilchen, deren Schwankungen im Vakuum des leeren Raums auftreten.

Wir können die Energiemenge addieren, die sich aus diesen Schwankungen ergibt, und unendlich werden. Dies ist anscheinend nicht wahr, und wir vermuten, dass wir die Berechnung übertreiben. Zum Beispiel beinhaltet diese grobe Berechnung Schwankungen aller Größen, einschließlich Wellenlängen, die kleiner als die Planck-Länge sind, bei denen die Raumzeit möglicherweise ihre konzeptionelle Zuverlässigkeit verliert. Wenn wir nur die Wellenlängen summieren, die länger als die Planck-Länge sind, erhalten wir eine Schätzung der kosmologischen Konstante.

Infolgedessen werden 10 ¹²⁰ mehr als der beobachtete Wert ausgegeben . Dieser Unterschied ist das Problem der kosmologischen Konstante.

Warum ist die kosmologische Konstante so klein?

Niemand weiß es. Obwohl wir nicht in der Lage waren, mit Supernovae zu arbeiten, glaubten viele Physiker an die Existenz einer verborgenen Symmetrie oder eines dynamischen Mechanismus, der die kosmologische Konstante zurücksetzt, da wir zuversichtlich waren, dass sie unter unseren Schätzungen lag. Jetzt müssen wir sowohl erklären, warum es klein ist als auch warum es nicht Null ist. Außerdem gibt es ein Zufallsproblem - warum fallen die Größenordnungen der Dichte von dunkler Energie und Materie zusammen?

So schlimm ist es: Im Moment ist das anthropische Prinzip die beste Erklärung für die Bedeutung der kosmologischen Konstante. Wenn wir in einem Multiversum leben, in dem sich die Werte der Vakuumenergie in verschiedenen Bereichen unterscheiden, können wir sagen, dass Leben nur in den Bereichen existieren kann (sowie Beobachtungen machen und Nobelpreise gewinnen kann), in denen die Vakuumenergie viel geringer ist als geschätzt. Wenn es groß und positiv wäre, würden Galaxien und sogar Atome auseinandergerissen. Wenn es groß und negativ wäre, würde das Universum schnell wieder zusammenbrechen. In solchen Situationen würde ein typischer Beobachter einen Wert erhalten, der dem beobachteten nahe kommt. Steven Weinberg machte diese Vorhersage 1988, lange bevor die Beschleunigung des Universums entdeckt wurde. Aber er hat sich nicht stark dafür ausgesprochen, sondern einfach gesagt: "Wenn alles so ist, werden wir so etwas wie das Folgende sehen."Es gibt viele Probleme mit diesen Berechnungen, insbesondere wenn wir anfangen, „typische Beobachter“ einzubeziehen, selbst wenn wir an die Existenz des Multiversums glauben. Ich denke gerne über das Multiversum nach, bin aber ziemlich skeptisch, ob wir Vorhersagen über die beobachtbaren Größen dieser theoretischen Plattform treffen können.

Wir brauchen eine einfache Formel, die eine kosmologische Konstante als Funktion aller anderen Konstanten der Natur vorhersagt. Wir haben es nicht, aber wir versuchen es herauszubringen. Die vorgeschlagenen Optionen arbeiten mit Quantengravitation, zusätzlichen Dimensionen, Wurmlöchern, Supersymmetrie, Nichtlokalität und anderen interessanten, aber spekulativen Ideen. Bisher hat nichts Wurzeln geschlagen.

Haben irgendwelche Experimente die Entwicklung der Stringtheorie beeinflusst?

Ja: Beschleunigung des Universums. Zuvor hatten Theoretiker angenommen, dass das Universum ohne Vakuumenergie beschrieben werden muss. Als die Möglichkeit bestand, es von Null zu unterscheiden, stellte sich die Frage, ob diese Tatsache in die Stringtheorie einfließen könnte. Es stellte sich heraus, dass dies nicht so schwierig ist. Das Problem ist, dass es eine absurd große Anzahl anderer gibt, wenn Sie eine Lösung finden. Eine solche Landschaft der Stringtheorie lässt die Hoffnung auf eine einzigartige Lösung aufkommen, die die reale Welt erklären kann. Das wäre schön, aber die Wissenschaft muss nehmen, was die Natur bietet.

Was ist das Zufallsproblem?

Mit der Expansion des Universums verschwimmt die Materie und die Dichte der dunklen Energie bleibt konstant. Dies bedeutet, dass die relative Dichte von Dunkler Energie und Materie im Laufe der Zeit stark variiert. Es gab mehr Materie in der Vergangenheit, in der Zukunft wird dunkle Energie dominieren. Aber heute sind sie ungefähr gleich verteilt. Wenn sich die Zahlen um das ^10.100- fache oder mehr unterscheiden können, wird eine dreifache Differenz nicht berücksichtigt. Warum sind wir so glücklich, geboren zu werden, wenn es genug dunkle Energie gibt, um entdeckt zu werden, und nicht genug, um solche Versuche zu machen, die den Nobelpreis verdienen? Entweder ist dies ein Zufall (warum nicht) oder wir leben zu einer besonderen Zeit. Teilweise aus diesem Grund sind die Menschen so bemüht, das anthropische Prinzip zu akzeptieren. Das Universum erweist sich als inkonsistent.

Wenn dunkle Energie eine konstante Dichte hat und sich der Raum ausdehnt, bedeutet dies, dass Energie nicht erhalten bleibt?

Ja, und das ist in Ordnung.

Was ist der Unterschied zwischen dunkler Energie und Vakuumenergie?

Dunkle Energie ist der allgemein akzeptierte Begriff für eine gleichmäßig verteilte und konstante Substanz, die eine Beschleunigung des Universums bewirkt. Vakuumenergie ist einer der Kandidaten für die Rolle der dunklen Energie, die ideal verteilt und konstant ist.

Gibt es also andere Kandidaten für die Rolle der Dunklen Energie?

Ja Sie brauchen nur etwas ziemlich gleichmäßig Verteiltes und Konstantes. Es stellt sich heraus, dass die meisten dieser Dinge ihre Dichte verlieren, so dass es nicht einfach ist, konstante Energiequellen zu finden. Die einfachste und beste Idee ist die Quintessenz, nur ein Skalarfeld, das das Universum ausfüllt und sich im Laufe der Zeit langsam ändert.

Ist die Idee der Quintessenz natürlich?

Nicht besonders. Es war ursprünglich geplant, dass man durch Betrachten von etwas Dynamischem und Veränderlichem und nicht nur Festem eine kluge Erklärung dafür finden kann, warum die dunkle Energie so schwach ist, und das Problem des Zufalls auch erklärt werden kann. Aber diese Hoffnungen haben sich nicht erfüllt.

Es wurden nur neue Probleme hinzugefügt. Nach der Quantenfeldtheorie sind Skalarfelder gerne schwer. Im Falle der Quintessenz sollte das Skalarfeld jedoch unrealistisch leicht sein ( ^10-30)nach Gewicht des leichtesten Neutrinos (aber nicht Null). Und dies ist ein Problem, und das zweite - ein leichtes Skalarfeld sollte mit gewöhnlicher Materie interagieren. Selbst wenn eine solche Interaktion schwach wäre, sollte es möglich sein, sie zu erkennen - aber sie haben sie nicht gefunden. Dies ist natürlich nicht nur ein Problem, sondern auch eine Chance - vielleicht finden die besten Experimente „die Kraft der Quintessenz“, und wir werden uns endlich mit dunkler Energie befassen.

Wie können wir sonst die Idee der Quintessenz testen?

Direkt - Supernovae verwenden, nur schlauer. Im Allgemeinen: eine Karte der Expansion des Universums mit einer solchen Genauigkeit erstellen, dass ersichtlich ist, ob sich die Dichte der dunklen Energie mit der Zeit ändert. Normalerweise wird dies als Versuch dargestellt, den Parameter w der Zustandsgleichung der Dunklen Energie zu messen. Wenn w -1 ist, ist die Dunkle Energie konstant - dies ist die Energie des Vakuums. Wenn w etwas mehr als -1 ist, nimmt die Dichte der dunklen Energie ab. Wenn es etwas kleiner als -1 ist (zum Beispiel -1,1), nimmt die Dichte der dunklen Energie zu. Aus vielen theoretischen Gründen ist dies gefährlich , aber wir müssen dies immer noch im Auge behalten.

Was ist w?

Es wird der Parameter der Zustandsgleichung genannt, weil es den Druck der dunklen Energie p mit seiner Energiedichte ρ über w = p / ρ verbindet. Natürlich misst niemand den Druck der dunklen Energie, daher ist die Definition ziemlich dumm - aber dies ist nur ein historischer Fall. Was zählt, ist, wie sich die Dunkle Energie im Laufe der Zeit ändert, aber in der GTR hängt dies direkt mit dem Parameter der Zustandsgleichung zusammen.

Bedeutet dies, dass der Druck der dunklen Energie negativ ist?

Genau. Unterdruck bedeutet, dass die Substanz zieht und nicht drückt, wie eine längliche Feder, die von beiden Enden nach innen zieht. Dies wird oft als Spannung bezeichnet. Deshalb schlug ich den Begriff „glatte Spannung“ anstelle von „dunkler Energie“ vor, aber ich war spät dran.

Warum beschleunigt dunkle Energie das Universum?

Weil es konstant ist. Einstein sagt, dass Energie die Raumzeit verbiegt. Im Fall des Universums manifestiert sich diese Krümmung in Form einer Krümmung des Raums (und nicht der Raum-Zeit) und der Ausdehnung des Universums. Wir haben die Krümmung des Raums gemessen und sie ist im Wesentlichen Null. Konstante Energie führt daher zu einer konstanten Expansionsrate. Insbesondere ist der Hubble-Parameter nahezu konstant, und wenn Sie sich an das Hubble-Gesetz v = H * d erinnern, werden Sie verstehen, dass v aufgrund zunehmender Entfernungen zunimmt, wenn H nahezu konstant ist. Da hast du es.

Wenn Unterdruck wie Spannung ist, warum zieht er dann nicht alles zusammen und drückt es zur Seite?

Manchmal hört man Ausdrücke wie "Dunkle Energie beschleunigt das Universum aufgrund von Unterdruck". Genau genommen ist es das, aber es ist ein bisschen das Gegenteil: Ein solcher Ausdruck gibt nur die Illusion des Verstehens. Ihnen wird gesagt, dass "die Schwerkraft von der Dichte und dem Dreifachdruck abhängt. Wenn also der Druck gleich und entgegengesetzt zur Dichte ist, stößt die Schwerkraft ab." Es klingt vernünftig, aber niemand wird Ihnen erklären, warum die Schwerkraft von der Dichte und dem dreifachen Druck abhängt. Und im Allgemeinen hängt nicht die Schwerkraft davon ab, sondern die lokale Ausdehnung des Raums.

Die Frage ist: "Warum ziehen Spannungen die Dinge nicht zusammen?" legitim. Die Antwort ist, dass dunkle Energie auf nichts drückt und nichts zieht. Es interagiert nicht mit gewöhnlicher Materie und ist gleichmäßig im Raum verteilt, so dass jede Spannung, die es in eine Richtung ausüben würde, durch genau dieselbe in der entgegengesetzten Richtung kompensiert würde. Das Universum wird durch den indirekten Effekt der dunklen Energie beschleunigt, die durch die Schwerkraft wirkt.

Tatsächlich bewirkt dunkle Energie, dass sich das Universum beschleunigt, weil es konstant ist.

Sieht dunkle Energie nach Antigravitation aus?

Nein. Dunkle Energie ist keine Antigravitation, sondern einfach Schwerkraft. Stellen Sie sich eine Welt ohne dunkle Energie vor, mit Ausnahme von zwei Blasen dunkler Energie. Diese beiden Blasen stoßen sich nicht ab, sie werden angezogen. Aber in den Blasen drückt dunkle Energie den Raum und es dehnt sich aus. Dies sind die Wunder der nichteuklidischen Geometrie.

Ist das eine neue abstoßende Kraft?

Nein. Dies ist nur eine neue Art von Quelle alter Kraft - die Schwerkraft. Keine neuen Kräfte.

Was ist der Unterschied zwischen dunkler Energie und dunkler Materie?

Das sind ganz andere Dinge. Dunkle Materie ist ein Teilchen, das wir noch nicht entdeckt haben. Wir wissen um seine Existenz, weil wir sehen, wie es mit Hilfe der Schwerkraft verschiedene Objekte (Galaxien, Cluster, großräumige Strukturen, Reliktstrahlung) beeinflusst. Es sind 23% des Universums. Tatsächlich ist dies jedoch die gute alte Angelegenheit, die wir (bisher) nicht beheben können. Es sammelt sich unter dem Einfluss der Schwerkraft an und löst sich während der Expansion des Universums auf. Dunkle Energie hingegen sammelt oder zerstreut sich nicht. Es besteht nicht aus Partikeln, es ist etwas völlig anderes.

Oder gibt es vielleicht keine dunkle Energie, sondern muss nur die Schwerkraft auf kosmologischer Ebene leicht korrigieren?

Das ist möglich. Es gibt mindestens zwei beliebte Ansätze für diese Idee: die f®-Schwerkraft, an deren Entwicklung Mark Philips und ich mitgewirkt haben, und die DGP-Schwerkraft - Dvali, Gabadadze und Porati. Der erste Ansatz ist phänomenologisch, darin ändert sich die Einstein-Feldgleichung einfach durch Korrektur der Aktion in vier Dimensionen, und der zweite verwendet zusätzliche Messungen, die nur in großen Entfernungen festgelegt werden können. Beide haben Probleme - nicht unbedingt unüberwindbar, aber ernst - mit neuen Freiheitsgraden und der damit verbundenen Instabilität.

Eine veränderte Schwerkraft ist eine Überlegung wert. Aber wie im Fall der Quintessenz schafft es zumindest vorerst mehr Probleme als es löst. Ich bevorzuge die folgenden Vorhersagen von Erfolgschancen: kosmologische Konstante: 0,9, dynamische Dunkle Energie = 0,09, modifizierte Schwerkraft = 0,01.

Was sagt dunkle Energie über die Zukunft des Universums aus?

Kommt darauf an, was dunkle Energie ist. Wenn es eine ewige kosmologische Konstante ist, wird sich das Universum weiter ausdehnen, kühl und leer. Infolgedessen bleibt nichts als leerer Raum übrig.

Die kosmologische Konstante kann vorübergehend konstant sein; Das heißt, in Zukunft kann ein Phasenübergang auftreten, nach dem die Vakuumenergie abnimmt. Dann kann das Universum wieder zusammenbrechen.

Wenn dunkle Energie dynamisch ist, ist alles möglich. Wenn es dynamisch ist und zunimmt (w immer weniger als -1), können wir sogar eine große Lücke bekommen .

Was kommt als nächstes?

Wir möchten mit dunkler Energie (oder modifizierter Schwerkraft) durch verbesserte kosmologische Beobachtungen umgehen. Dies bedeutet, den Parameter der Zustandsgleichung zu messen und die Schwerkraftbeobachtungen in Galaxien und Clustern zu verbessern, um verschiedene Modelle zu vergleichen. Glücklicherweise entwickelt die Europäische Weltraumorganisation während der Aufgabe ehrgeiziger wissenschaftlicher Projekte in den USA einen Satelliten zur Messung der Dunklen Energie . Entwickelt und landbasierte Forschungsprojekte und ein großes Panorama-Teleskop (Large synoptisches Musterungsteleskop) soll uns nach dem Start eine Menge geben.

Aber die Antwort mag langweilig sein - dunkle Energie wird eine einfache kosmologische Konstante sein. Dies ist nur eine einzelne Zahl, und was kann man damit machen? In diesem Fall brauchen wir offensichtlich verbesserte Theorien sowie Beiträge aus verwandten empirischen Datenquellen - Teilchenbeschleuniger, Suche mit fünfter Kraft, Schwerkraftprüfungen -, wo immer Sie Informationen darüber erhalten, wie Raum-Zeit- und Quantenfeldtheorie auf einer Basis kombiniert werden Niveau.

Was in der Wissenschaft großartig ist, ist, dass es am Ende des Buches keine richtigen Antworten gibt. Zunächst müssen Sie sich selbst graben. Und dunkle Energie ist eine der größten Herausforderungen.

Häufig gestellte Fragen zu Dunkler Energie