Frage von KingOff, 78

Was versteht man unter dunkle Energie?

Expertenantwort
von uteausmuenchen, Community-Experte für Physik & Universum, 62

Hallo KingOff,

der geheimnisvolle Begriff "Dunkle Energie" steht in der Kosmologie (also der Physik des Universums) für etwas, von dem wir aufgrund unserer Daten denken müssen, dass es da ist - von dem Physiker aber keine Ahnung haben, was es ist.

Wir wissen sogar, wieviel es davon gibt: rund 70% der Energiedichte im Universum scheint diese "Dunkle Energie" auszumachen. Und damit die absolute Mehrheit von allem, was es im Universum gibt.

"Wir" und alles, was wir im Universum sehen, die "normale Materie", das scheint dagegen eher ein "Schmutzeffekt" zu sein. Gerade einmal 4% der Energiedichte macht die normale Materie aus. Die Dunkle Materie (ist etwas anderes als die Dunkle Energie) bringt es auf über 20%. Der Rest ist etwas, das wir nicht verstehen.

Aber wir haben diesem unbekannten Etwas mal den "Arbeitstitel" Dunkle Energie gegeben.

Es gibt ganz verschiedene Beobachtungshinweise auf die Dunkle Energie.

1) Sicherlich der bekannteste ist die Diskrepanz zwischen den Distanzen zu weit entfernten Galaxien und ihrer Rotverschiebung, die wir messen.

Unsere Daten deuten darauf hin, dass sich die Expansion des Universums (also die Entstehung neuen Raumes im Universum) beschleunigt.

Das ist etwas anderes, als man erwartet hätte. Man dachte eigentlich, dass die Masse und Materiedichte im Universum der Expansion entgegenwirkt. Gibt es keine explizit treibende Kraft, so müsste die Expansionsgeschwindigkeit eher abnehmen. Könnte die Materie den Raum gar nicht beeinflussen, so müsste die Expansionsgeschwindigkeit ohne treibende Kraft immerhin noch konstant bleiben.

Die Daten scheinen uns aber zu sagen: Es wird schneller. Und das bedeutet, dass es irgendetwas im Kosmos geben muss, was diesen Effekt bewirkt. Etwas, was die Expansion des Universums beschleunigt.

Und das "Etwas" nennen wir erst mal "Dunkle Energie".

2) Messungen der Flachheit des Universums geben Hinweise auf die Menge der Dunklen Energie im Universum

Über große Entfernungen können wir recht gut messen, ob der Raum, in dem wir leben euklidisch ist oder nicht. Euklidisch bedeutet, dass die Gesetze einer flachen, nicht gekrümmten Raumgeometrie unseren Raum gut beschreiben. Ob zum Beispiel die Winkelsumme im Dreieck 180° ist. In einem gekrümmten Raum ist das nämlich nicht der Fall.

Und wir messen ein sehr, sehr flaches Universum.

Nach Einsteins Formeln bedeutet ein flaches (nicht in sich gekrümmtes) Universum eine ganz bestimmte Energiedichte - nämlich gerade den Grenzwert, der nicht zu einer Krümmung in die eine oder andere Richtung führen würde.

Die sichtbare Materie macht aber viel, viel zu wenig aus, um diese Energiedichte erklären zu können. Selbst wenn wir die aus anderen Beobachtungen naheliegende Dunkle Materie miteinrechnen, kommen wir erst auf rund 30% der kritischen Energiedichte.

Nach der gemessenen Energiedichte müsste der Raum also gekrümmt sein - wir messen ihn aber flach.

Wenn Einsteins ART den Raum gut beschreibt (und wir finden keine Beobachtungshinweise, dass das nicht der Fall ist), dann müssen die fehlenden 70% von etwas kommen, das wir noch nicht kennen.

Und das "Etwas" nennen wir erst mal "Dunkle Energie".

Wie gesagt: Ich kann Dir Deine Frage, was das ist nicht beantworten. Niemand kann das. Die Dunkle Energie ist das spannendste Thema der modernen Kosmologie.

Sind vielleicht unsere Formeln falsch und das sogenammte ΛCMD ("Lambda-CMD) Modell beschreibt den Raum nicht so gut, wie es im Moment scheint?

Wir haben im Moment kein Modell, das auch nur annährend in der Lage wäre, unsere Beobachtungen ebenso gut zu beschreiben, wie ΛCMD. Nein, auch die "MOND" (modifizierte Newtonsche Dynamik) nicht. Und nein, auch nicht ihr relativistischer Ableger "TeVeS".

Könnte es eine Eigenschaft des Raumes selbst sein?

Das wird heftig diskutiert. Als Kandidat galten die Vakuumfluktuationen, wie sie Quantenmechanik und Casimireffekt für das Vakuum im Universum beschreiben: Das ständige Entstehen und Vergehen virtueller Teilchen/Antiteilchenpaare.

Ist eine tolle Idee. Hat nur einen kleinen, unschönen Haken: Rechnet man das durch, wie groß die zu erwartenden Effekte über die Vakuumfluktuationen wären - dann liegt man um  120 Größenordnungen daneben.

Also nicht nur ein bissi daneben. Und auch nicht um das 10 oder 100fache. Nein 120 Größenordnungen. Ich denke, das ist der größte je gemessene Unterschied, den es bei der Nichtübereinstimmung von Messung und Modell je gegeben hat.

Wenn die Vakuumfluktuationen also für die Dunkle Energie verantwortlich sein sollten, dann bin ich auf die Erklärung gespannt, welcher Effekt die Diskrepanz überbrücken wird.

Neben diesen beiden eher naheliegenderen Überlegungen werden auch sehr ausgefallene Ideen diskutiert. Eine weitere, gänzlich unbekannte Art der Wechselwirkung zum Beispiel.

All das sind aber nur neue Formulierungen für "Wir wissen es nicht". Und das könnte auch erst einmal noch ein paar Jahre so bleiben.

Zum Weiterlesen:

http://pauli.uni-muenster.de/tp/fileadmin/lehre/teilchen/ws0809/DunkleEnergie.pd...

Grüße

Antwort
von DerFuenfte, 44

Ich hab mal ne Doku gesehen
Dunkle Materie und dunkle Energie sind gleich
96% des Universum besteht draus
Normale Materie kann man sehen Sie reflektiert das Licht
Und die dunkle Materie nicht als ob sie unsichtbar wäre

Expertenantwort
von Peppie85, Community-Experte für Energie, 64

so wie ich es verstanden habe, ist die dunkle energie das, was das universum aus einander treibt. aber was es genau ist, darüber streitet sich selbst die fachwelt noch...

meines erachtens ist es irgend eine form von energie, die wir noch nicht so recht verstehen. noch vor "wenigen" jahren war das mit der elektrizität ja nicht anders...

lg, Anna

Kommentar von prohaska2 ,

Da die Dichte der dunklen Energie konstant ist, könnte es auch einfach eine Eigenschaft des Raumes sein.

Antwort
von oxygenium, 78

http://www.weltderphysik.de/gebiet/astro/dunkle-materie/

Kommentar von prohaska2 ,

Das war nicht gefragt. Ist doch was dran an der PISA-Studie.

Kommentar von uteausmuenchen ,

Dunkle Materie hat mit Dunkler Energie nichts zu tun. Wird leider oft verwechsbuchselt...

Kommentar von prohaska2 ,

Stiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiimt.

Ich mag deine Meldungen. ;-)))

Antwort
von KosmoFreak, 47

Hallo KingOff,

dunkle Energie soll für die beschleunigte Expansion des Universums verantwortlich sein. Was genau sie aber ist, weiß bis heute niemand. Es gibt Theorien über eine quantenmechanische Vakuumsenergie, aber das ist alles reine Spekulation.

LG, KosmoFreak.

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