Wird sich das Universum für immer ausdehnen oder wird es sich irgendwann in einen winzigen Fleck verwandeln?
Ein im Juni veröffentlichter Artikel legt nahe, dass eine unendliche Expansion nicht möglich ist, und dies hat die gesamte Physikgemeinschaft sehr begeistert.
"Die Menschen reagieren sehr emotional, denn wenn es entdeckt und bewiesen wird, wird es beeindruckend", sagte Timm Vraze, Physiker an der Technischen Universität Wien.
Jetzt haben Vraze und seine Kollegen eine separate Studie veröffentlicht, die den vorherigen Artikel ausgleicht. Dies bedeutet, dass die Theorie eines sich ständig erweiternden Universums noch nicht ausgeschlossen werden kann.
Dunkle Energie und Raumerweiterung
Unser Universum ist von einer immensen unsichtbaren Kraft durchdrungen, die sich der Schwerkraft zu widersetzen scheint. Physiker nennen diese Kraft dunkle Energie. Es wird angenommen, dass sie es ist, die unser Universum ständig nach außen "drückt" und eine Expansion provoziert.
Im Juni veröffentlichte eine Gruppe von Physikern einen Artikel, in dem behauptet wurde, dass sich die Dunkle Energie im Laufe der Zeit ändert. Dies bedeutet, dass sich das Universum nicht für immer ausdehnen wird, sondern möglicherweise auf die Größe zusammenbricht, die es vor dem Urknall hatte.
Werbevideo:
Fast sofort entdeckten die Physiker die Mängel der Theorie: Mehrere unabhängige Gruppen veröffentlichten anschließend Artikel, in denen Korrekturen an der Hypothese vorgeschlagen wurden. Das Papier, das am 2. Oktober in der Zeitschrift Physical Review D veröffentlicht wurde, besagt, dass die ursprüngliche Hypothese derzeit nicht gerechtfertigt werden kann, da sie die Existenz des Higgs-Bosons, das wir aus dem Large Hadron Collider kennen, nicht erklären kann. Laut Vraze, der diesen Artikel mit einigen theoretischen Anpassungen mitverfasst hat, kann die Hypothese eines kollabierenden Universums dennoch tragfähig sein.
Wie erklären wir alles, was jemals existiert hat?
Die Stringtheorie, manchmal auch Theorie von allem genannt, ist ein mathematisch elegantes, aber experimentell unbewiesenes Modell zur Kombination von Einsteins Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik. Die Stringtheorie geht davon aus, dass alle Teilchen, aus denen das Universum besteht, keine Punkte sind, sondern eindimensionale Strings, die vibrieren. Die Unterschiede in diesen Schwingungen ermöglichen es uns, ein Teilchen als Photon und ein anderes als Elektron zu sehen.
Damit die Stringtheorie eine brauchbare Erklärung für das Universum darstellt, muss sie jedoch dunkle Energie enthalten.
Laut Vraze können Sie sich dunkle Energie als einen Ball zwischen Bergen und Tälern vorstellen, der die Menge an potentieller Energie darstellt. Wenn sich der Ball auf einem Berg befindet, kann er stationär sein, aber aufgrund der geringsten Störung herunterrollen, sodass er instabil ist. Wenn sich der Ball im Tal befindet, bewegt er sich nicht, hat wenig Energie und befindet sich in einem stabilen Universum, da ein starker Druck dazu führen würde, dass er zurückrollt.
Theoretiker, die an der Stringtheorie arbeiten, haben lange angenommen, dass die Dunkle Energie im Universum konstant und unveränderlich ist. Mit anderen Worten, der Ball befindet sich in den Tälern zwischen den Bergen, rollt nicht von den Berggipfeln ab und ändert sich im Laufe der Zeit nicht.
Eine im Juni vorgebrachte Hypothese legt jedoch nahe, dass die Landschaft keine Berge oder Täler über dem Meeresspiegel haben darf, damit die Stringtheorie funktioniert. (In diesem Konzept befindet sich unser Universum über dem Meeresspiegel, was eine Metapher für den Punkt ist, an dem dunkle Energie beginnt, das Universum entweder auszudehnen oder zusammenzuziehen.)
Vielmehr hat das Gelände eine leichte Neigung und der "Ball der dunklen Energie" rollt nach unten. "Während es herunter rollt, gibt es immer weniger dunkle Energie", sagte Vraze. „Die Höhe des Balls entspricht der Menge an dunkler Energie in unserem Universum.
In dieser Theorie könnte dunkle Energie schließlich unter den Meeresspiegel "rutschen" und das Universum wieder auf seine Größe vor dem Urknall zurückziehen.
Es gibt jedoch ein Problem.
Es wurde gezeigt, dass solche instabilen Berggipfel existieren, weil das Higgs-Boson existiert, sagte Wraze. Und es wurde experimentell nachgewiesen, dass Higgs-Partikel auf diesen Berggipfeln ("instabile Universen") existieren und bei der geringsten Berührung gestört werden können.
Schwierigkeiten mit der Stabilität von Universen
Kamrun Wafa, der in Harvard an der Stringtheorie arbeitet und leitender Autor der Juni-Hypothese ist, bestätigte, dass die ursprüngliche Hypothese tatsächlich "Schwierigkeiten mit instabilen Universen" hat. Und nachfolgende Artikel haben dieses Problem reflektiert.
Laut Vraze werden wir jedoch, selbst wenn die Hypothese überarbeitet wird, "immer noch nicht in einem stabilen Universum sein - vielmehr wird sich alles andere ändern." Nach der überarbeiteten Version können Berggipfel existieren, stabile Täler jedoch nicht (stellen Sie sich die Form eines Pferdesattels vor). Der Ball sollte irgendwann anfangen zu rollen und die dunkle Energie sollte sich im Laufe der Zeit ändern.
Aber wenn die Hypothese völlig falsch ist, kann die dunkle Energie konstant sein, wir werden in einem Tal zwischen zwei Bergen sitzen und das Universum wird sich weiter ausdehnen.
Er hofft, dass Satelliten, die die Expansion des Universums genauer messen, in den nächsten 10 bis 15 Jahren helfen werden, zu verstehen, ob die Dunkle Energie konstant ist oder sich ändert. Wafa stimmte zu: "Dies ist eine aufregende Zeit in der Kosmologie und hoffentlich werden wir in den nächsten Jahren experimentelle Beweise dafür sehen, dass sich die Dunkle Energie in unserem Universum verändert."
