Das Standardmodell der Teilchenphysik ist die beste Widerspiegelung unseres gegenwärtigen Verständnisses, wie das Universum funktioniert und wie es funktioniert. Dieses Modell betrifft jedoch nur fünf Prozent der Umgebung, der Rest besteht aus sogenannter Dunkler Materie und Dunkler Energie, über die Wissenschaftler nur durch indirekte Daten, durch Gravitationswechselwirkungen mit Objekten, die aus gewöhnlicher Materie bestehen, informiert wurden …
Und kürzlich hat einer der Physiker der Universität Oxford eine neue Theorie aufgestellt, nach der dunkle Materie und dunkle Energie Manifestationen desselben Faktors sind - die sogenannte "dunkle Flüssigkeit" mit einer negativen Masse, die das gesamte Universum ausfüllt.
Dunkle Energie und Dunkle Materie sind Konzepte, mit denen die "Löcher" zwischen dem theoretischen Teil (dem Standardmodell) und den Ergebnissen tatsächlicher Beobachtungen geschlossen werden. Zum Beispiel ist die von Astronomen beobachtete Bewegung und Verteilung von Galaxien im Universum unmöglich, wenn nur die sichtbare Materiemasse berücksichtigt wird. Und seit den 1930er Jahren wurde die Existenz einer unsichtbaren zusätzlichen Masse mit der Existenz unsichtbarer dunkler Materie verglichen.
Dunkle Energie ist ein frischeres Konzept als dunkle Materie. Bei der Beobachtung der Beschleunigung der Expansion des Universums, die 1998 entdeckt wurde, haben Wissenschaftler die Annahme vertreten, dass es einen Faktor gibt, der dafür verantwortlich ist. Und dieser Faktor nennt man dunkle Energie.
Die Konzepte der Dunklen Materie und der Dunklen Energie bilden in Kombination mit der Theorie des Standardmodells die Grundlage der aktuellen kosmologischen Haupttheorie, die mit dem Urknall verbunden ist und Lambda-CDM genannt wird. Der Begriff "Lambda" im Titel bezeichnet dunkle Energie als eine Art physikalische Konstante, und die Abkürzung "CDM" steht für kalte dunkle Materie. Die niedrige "Temperatur" der dunklen Materie wird durch die Tatsache angezeigt, dass sie sich extrem langsam bewegt und überhaupt nicht mit gewöhnlicher Materie interagiert.
Bis vor kurzem wurden dunkle Materie und dunkle Energie als getrennte Phänomene betrachtet. Aber einige der Wissenschaftler haben sich lange gefragt, ob es sich nicht um unterschiedliche Manifestationen desselben Faktors handelt. Die letzte Frage ist die Schlüsselidee hinter einer neuen Theorie, die auf dem Lambda-CDM-Modell basiert und von Jamie Farnes, Astrophysiker an der Universität Oxford, aufgestellt wurde.
Werbevideo:
Nach der neuen Theorie von Farnes sind 95 Prozent des Volumens des Universums mit einer Art "dunkler Flüssigkeit" gefüllt, und dunkle Materie und dunkle Energie sind nur verschiedene Manifestationen davon auf physikalischer Ebene. Und diese Theorie beschreibt übrigens sehr gut einige der Eigenschaften der "dunklen Faktoren", die zuvor von nichts anderem beschrieben werden konnten.
Die "dunkle Flüssigkeit", die das Universum füllt, muss eine negative Masse haben. Es klingt wie etwas aus Science-Fiction, aber selbst aus Sicht der Newtonschen Physik ist dies möglich, bisher nur hypothetisch. Objekte mit negativer Masse müssen völlig einzigartige und exotische Eigenschaften haben. Solche Objekte müssen negative Gravitationskräfte erzeugen, indem sie andere Objekte eher abstoßen als anziehen.
Wenn wir annehmen, dass der Raum mit "dunkler Flüssigkeit" mit negativer Masse gefüllt ist, würde seine negative Schwerkraft Effekte erzeugen, die den beobachteten Phänomenen vollständig entsprechen, für deren Erklärung das Konzept der dunklen Energie vorgeschlagen wurde. Und was Galaxien zurückhält, ist nicht die positive Schwerkraft der Cluster der dunklen Materie, sondern die negative Schwerkraft der sie umgebenden "dunklen Flüssigkeit". Mit anderen Worten, Galaxien sind eine Art "Blasen" gewöhnlicher Materie, die im kosmischen Ozean der "dunklen Flüssigkeit" schweben.
Eine der Hauptfragen der neuen Theorie ist die Frage der negativen Masse, für die es noch keine Bestätigung ihrer Existenz gibt. In seiner Theorie weist Farnes jedoch darauf hin, dass alle anderen physikalischen Kräfte ebenfalls negative Werte haben. Warum können Masse und Schwerkraft also nicht positiv und negativ sein? Es ist anzumerken, dass die Ergebnisse einiger neuerer Studien für die neue Theorie sprechen, in deren Verlauf es Wissenschaftlern gelang, Flüssigkeiten und Partikel zu erhalten, die Eigenschaften aufgrund des Vorhandenseins einer negativen Masse in ihnen aufweisen.
Der zweite kontroverse Punkt der neuen Theorie ist, dass mit der Ausdehnung des Universums die Dichte der "dunklen Flüssigkeit" so stark abnehmen sollte, dass die Auswirkungen ihrer negativen Masse keine greifbaren Auswirkungen mehr auf alles um sie herum haben sollten. Farnes erklärte dies durch das Vorhandensein eines bestimmten "Tensors der Schöpfung" in seinen Gleichungen, wonach im Universum ständig neue Materie mit negativer Masse erzeugt wird, die es ermöglicht, die Dichte der "dunklen Flüssigkeit" jederzeit auf einem relativ konstanten Niveau zu halten.
Wenn Farnes 'Theorie richtig ist, sind alle Versuche, nach Partikeln der dunklen Materie zu suchen, im Voraus zum Scheitern verurteilt, was voll und ganz mit den Ergebnissen von Experimenten übereinstimmt, die in dieser Richtung durchgeführt wurden. Natürlich gibt es sehr gute Chancen, dass Farnes 'Theorie weit von der Realität entfernt ist. In beiden Fällen planen Farnes und seine Kollegen bereits, das Square Kilometer Array (SKA) zu verwenden, um einige Effekte zu beobachten und zu suchen, die als Bestätigung für die Theorie der "dunklen Flüssigkeit" dienen könnten, einschließlich hier und der Suche nach Anzeichen für die Existenz von Objekten mit negativer Masse im Universum.