Seit Jahrzehnten rätseln Wissenschaftler darüber, dass sich unser Universum ausdehnt. Aus logischer Sicht sollte die Schwerkraft Galaxien zueinander anziehen, aber Beobachtungen der neunziger Jahre zeigten, dass sich das Universum nicht nur ausdehnt, sondern mit einem sich beschleunigenden Trend ausdehnt und die sogenannte dunkle Energie schuld ist.
Dunkle Energie (nicht zu verwechseln mit dunkler Materie) ist eine hypothetische Kraft, die bis zu 68,3 Prozent der gesamten Energie im beobachtbaren Universum ausmacht. Und Wissenschaftler glauben, dass diese Energie Galaxien voneinander wegdrückt. Trotz der vielen indirekten Beweise für seine Existenz war noch niemand in der Lage, das Vorhandensein dunkler Energie direkt zu bestimmen oder zumindest angemessen zu erklären, woher sie stammte.
Nach der neuen Hypothese lag die Antwort auf diese Frage jedoch buchstäblich vor unserer Nase. Nach dieser Hypothese ist dunkle Energie aus der Sicht eines der Grundgesetze des Universums absolut alltäglich, was wir oft vergessen, wenn wir dieses Problem betrachten. Dieses Grundgesetz ist das Gesetz der Energieerhaltung. Sie reden in der High School über ihn. In einfachen Worten sagt er Folgendes: Energie kann nicht einfach erzeugt oder zerstört werden, sie kann nicht einfach verschwinden. Das einzige, was es tun kann, ist, von einem Zustand in einen anderen zu fließen oder sich von einem Körper in einen anderen zu bewegen. Der größte Teil unserer Grundphysik basiert auf diesem Gesetz.
Eine neue Studie eines Teams von Physikern aus verschiedenen Institutionen legt nahe, dass ein subtiler Energieverlust in den frühesten Tagen des Universums die Natur der dunklen Energie erklären könnte, über die viele Wissenschaftler heute sprechen. Die Autoren der Studie fügen hinzu, dass es durchaus möglich ist, dass dieses Leck, obwohl es gegen ein Grundgesetz verstieß, es so unbedeutend verletzte, dass es am Ende niemand bemerkt hätte.
Die Hypothese ist ziemlich gewagt, sollte angemerkt werden. Aber hier ist es interessant zu verstehen, was genau die Forscher zu einer solchen Hypothese geführt hat. Um das Problem der dunklen Energie zu verstehen und zu erklären, müssen Sie auf das Jahr 1917 zurückgehen, das Jahr, in dem Einstein zu verstehen versuchte, warum das Universum statisch ist und nicht dazu neigt, zu schrumpfen oder sich auszudehnen. Zu dieser Zeit war diese Theorie sehr beliebt.
Um das Fehlen einer Gravitationsbindung zu erklären, schlug Einstein vor, dass es im Universum etwas geben muss, das auf universeller Ebene Widerstand gegen die Schwerkraft erzeugen könnte. So erschien die kosmologische Konstante. Diese Idee gab er jedoch 1929 auf, als der Astronom Edwin Hubble zum ersten Mal die Zeichen eines expandierenden Universums sah, die er in seinen Berechnungen feststellte. In den frühen 90er Jahren des letzten Jahrhunderts haben Wissenschaftler bewiesen, dass sich das Universum mit der Beschleunigung ausdehnt, und Einsteins Konstante wurde wieder relevant. Astrophysiker sind zu der Überzeugung gelangt, dass diese Konstante, über die Einstein vor einigen Jahrzehnten in seinen Arbeiten sprach, tatsächlich immer das war, was wir heute dunkle Energie nennen.
Was ist das, dunkle Energie? Im Allgemeinen wird es als kosmologische Konstante betrachtet, eine unveränderliche Energiedichte, die entsteht und den Raum des Universums gleichmäßig ausfüllt. Aus der Quantenmechanik wissen wir, dass der leere Raum niemals leer ist - er ist mit Quantenteilchen und der Energie gefüllt, die unter dem Einfluss des Auftretens und Verschwindens dieser Teilchen erscheint. Und einige dieser Teilchen können abstoßende Kraft haben - diese sehr dunkle Energie.
Der vielleicht umstrittenste Punkt ist, dass die vorhergesagte Menge an entstehender dunkler Energie im Rahmen dieses Prozesses größer sein sollte als der derzeit vorgeschlagene Indikator unter Berücksichtigung der Beobachtung der Expansion des Universums - genauer gesagt bis zu 120 Größenordnungen mehr. Dies kann darauf hinweisen, dass wir dieses Volumen entweder falsch messen oder gar nicht verstehen, woher genau die Dunkle Energie stammt.
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Neue Forschungsergebnisse legen nahe, dass letzteres das wahrscheinlichste Szenario ist, und bei dieser Gelegenheit wird eine neue Hypothese aufgestellt. Was wäre, wenn das Universum zu Beginn seines Auftretens einen Energieverlust erleiden würde und dieser Verlust das Tempo für die Entstehung dunkler Energie bestimmen würde?
„In unserem Modell wird dunkle Energie durch etwas dargestellt, das die Menge an Energie und Impuls anzeigen kann, die in der gesamten Geschichte des Universums verloren gegangen ist“, sagt einer der Forscher, Alejandro Perez.
Im Zentrum dieser neuen Hypothese steht ein alternatives Modell der allgemeinen Relativitätstheorie, zu dem Einstein in den 1910er Jahren gelangte. Es wird das unimodulare Schwerkraftmodell genannt. Ihrer Meinung nach muss Energie überhaupt nicht erhalten werden. Gleichzeitig sagen Forscher, dass bei Anwendung des Modells der unimodularen Schwerkraft in Berechnungen der Wert der kosmologischen Konstante idealerweise mit den Beobachtungen korreliert, nach denen sich unser Universum mit der Beschleunigung ausdehnt.
Es ist auch wichtig anzumerken, dass dieses Modell unserem gegenwärtigen Verständnis des Universums nicht unbedingt stark widerspricht. Obwohl das Verschwinden von Energie im frühen Universum die Änderung der Werte der Volumina dunkler Energie beeinflusst, wird es nichts anderes beeinflussen oder zumindest in unseren modernen Experimenten nicht wahrnehmbar sein.
„Die Energie der Substanz, aus der die Materie besteht, kann auf das Gravitationsfeld übertragen werden, und dieser‚ Energieverlust 'wird als kosmologische Konstante wirken - er wird sich später mit der Expansion des Universums nicht verdünnen “, sagt Thibault Josse, ein weiteres Mitglied des Forschungsteams.
"Vor diesem Hintergrund könnte der Verlust oder die Erzeugung von Energie in der fernen Vergangenheit heute und auf einer völlig anderen Ebene und in größerem Maßstab schwerwiegende Folgen haben."
Hier stellt sich jedoch die Frage: Wenn das Verschwinden von Energie keine Auswirkungen auf das Universum hat, außer den Wert der dunkelsten Energie selbst zu ändern, wie kann dann die Richtigkeit oder Unrichtigkeit dieser Hypothese überprüft werden? Dies ist das Hauptproblem.
„Unser Vorschlag ist sehr allgemein gehalten, und jede Änderung des Energieerhaltungsgesetzes wird wahrscheinlich zur Effizienz der kosmologischen Konstante beitragen. Zum Beispiel könnte es phänomenologischen Modellen außerhalb der Quantenmechanik neue Einschränkungen auferlegen “, sagt Josse.
„Andererseits scheint ein direkter Beweis dafür, dass dunkle Energie durch gewöhnliche Energie angetrieben wird, die ihren Zustand ändert, jenseits der Realität zu liegen, da wir bereits den Wert des Lambda-Terms haben (er ist auch eine kosmologische Konstante) und darüber hinaus begrenzt sind nur das letzte Mal ihrer (dunklen Energie) Evolution “.
Im Allgemeinen scheint diese Hypothese die bisherige zu sein, eine Hypothese, die noch nicht getestet wurde. Physiker sagen jedoch, dass sie es in Zukunft genauer auf Wahrscheinlichkeiten untersuchen wollen.
„Von Gewissheit ist keine Rede. Diese neue Idee scheint jedoch zumindest interessant zu sein und verdient daher Aufmerksamkeit “, sagt Lee Smolin, ein theoretischer Physiker am kanadischen Institut für theoretische Physik in Waterloo, der nicht an der Studie beteiligt war.
NIKOLAY KHIZHNYAK
