Dunkle Energie und Quintessenz

Dunkle Energie ist der Name, den Physiker dem geben, was die Ausdehnung des Universums auf verursacht beschleunigen. Die kosmische Beschleunigung wurde 1998 durch Beobachtung entfernter explodierender Sterne entdeckt und war eine tiefgreifende Überraschung: Die Schwerkraft sollte Materie zusammenziehen und die Expansion verlangsamen, doch das Universum fliegt immer schneller auseinander. Dunkle Energie macht etwa 68 % der Gesamtenergie des Kosmos aus und ihre Erklärung ist wohl das tiefgreifendste offene Problem der Physik.

Die kosmologische Konstante

Der einfachste Kandidat ist ein kosmologische Konstante – eine konstante Energiedichte, die den gesamten Raum erfüllt und überall und zu jeder Zeit gleich ist. Einstein führte ursprünglich einen solchen Begriff in ein Allgemeine Relativitätstheorie, dann weggeworfen; Die moderne Kosmologie hat es als führende Beschreibung der Dunklen Energie wiederbelebt, das Λ im Standardmodell „ΛCDM“. Seine Haupteigenschaft ist ein stark negativer Druck, der in der Allgemeinen Relativitätstheorie als abstoßende Form der Schwerkraft wirkt, die den Raum auseinandertreibt.

Eine natürliche Vermutung ist, dass diese Energie die Energie des Quantenvakuums selbst ist. Aber hier liegt eine berühmte Peinlichkeit: Wenn Physiker die Vakuumenergie anhand der Quantentheorie schätzen, ist das Ergebnis um bis zu 120 Größenordnungen größer als der beobachtete Wert – die schlechteste quantitative Vorhersage in der Geschichte der Wissenschaft. Warum die kosmologische Konstante so klein, aber nicht genau Null ist, ist ungeklärt.

Quintessenz: eine sich verändernde dunkle Energie

Da eine Konstante so schwer zu erklären ist, untersuchen viele Physiker die Alternative, dass dunkle Energie entwickelt sich über kosmische Zeit. Quintessenz Modelle schlagen ein dynamisches Feld vor – eine fünfte Essenz jenseits gewöhnlicher Materie, Strahlung und allem anderen –, deren Energie sich langsam ändert, wenn sich das Universum ausdehnt. Der entscheidende Beobachtungsgriff ist die dunkle Energie Zustandsgleichung, das Verhältnis seines Drucks zu seiner Energiedichte, geschrieben w:

w = p / (ρc²)

Eine reine kosmologische Konstante hat genau w = −1 für immer. Quintessenz erlaubt w von −1 abweichen und mit der Zeit driften. Messen w Genau und zu testen, ob es sich ändert, ist das zentrale Ziel großer Umfragen wie DESI und Euclid – denn jede Abweichung von −1 würde das einfachste Bild ausschließen und auf neue Physik hinweisen.

Ein häufiges Missverständnis

Dunkle Energie ist nicht dasselbe wie dunkle Materie. Dunkle Materie ist unsichtbar Angelegenheit das verklumpt und zieht Galaxien zusammen; Dunkle Energie ist ein sanfter, raumfüllender Einfluss, der das Universum auseinandertreibt. Es handelt sich um unterschiedliche Mysterien, die das Wort „dunkel“ gemeinsam haben, was nur bedeutet, dass wir keines von beiden direkt sehen können.