Frage von i8Sn0wZ, 89

Wissen über Dunkel Energie?

Was wissen wir aktuell über "Dark Energy"? Links, Zitate, Texte gerne erwünscht ;)

ps : Astronomie

Expertenantwort
von uteausmuenchen, Community-Experte für Astronomie, 20

Hallo i8Sn0wZ,

wenn ich es in einem Abschnitt sagen soll:

Die Dunkle Energie ( := DE) ist eine der spannendsten offenen Fragen der Kosmologie. 

Erste Hinweise in den Beobachtungsdaten gibt es seit den späten 1990ern. Es sind weitere hinzugekommen. Einfach zu sagen, Astrophysiker würden mit der DE "ihre Theorien" zusammenflicken, trifft es ganz sicher nicht. Tatsache ist aber, dass wir zum heutigen Zeitpunkt wirklich keine Ahnung haben, worum es sich bei der DE handelt. Wir haben Daten, die Hinweise liefern, dass sie da ist, dass sie knapp 70% der Energiedichte im Universum ausmacht - aber wir haben keine stimmige Erklärung oder vielversprechende Hypothese.

Aber für gewöhnlich sind meine Antworten etwas länger.... ;-)

Die ersten Beobachtungshinweise stammen wie gesagt aus den 1990ern. Man hatte erstmals die technischen Möglichkeiten, die aus der Rotverschiebung bestimmte Fluchtgeschwindigkeit weit entfernter Galaxien und ihre aus den SN Ia Standardkerzen bestimmte Entfernung genau zu messen und daraus auf die zeitliche Konstanz des Hubble Parameters zu schließen. Der Hubble-Parameter gibt die Ausdehnungsrate der Raumzeit im Universum wieder.

Das Ergebnis, zu dem 2 Forscherteams unabhängig voneinander kamen, hat überrascht: Die Expansion scheint zu beschleunigen. Vermutet hatte man eigentlich entweder eine zeitliche Konstanz oder ein Abbremsen der Expansion.

Mittlerweile hat man diese Messungen noch einmal an weiteren weit entfernten Galaxien mit noch besseren Messgeräten wiederholen können. Das Ergebnis sprach sogar noch eindeutiger als die Messungen aus den 1990ern für eine Expansion des Universums. Für diese Messungen wurde denn auch 2011 der Nobelpreis in Physik vergeben.

Es handelt es sich aber wie gesagt nicht um den einzigen, wohl aber den am öftesten zitierten Hinweis auf die DE.

Ein weiterer Hinweis ergibt sich aus der Messung der Krümmung des Uinversums in der Hintergrundstrahlung. Das ist also eine ganz andere Messung, ein ganz anderer Ansatz und auch ganz andere Rechnungen, die dem zugrunde liegen.

Wir messen einerseits, dass das Universum ziemlich flach ist. Im Universum gilt in sehr guter Näherung euklidische Geometrie (also dass zum Beispiel die Winkelsumme im Dreieck 180° ist. In einem irgendwie gekrümmten Raum wäre das anders).

Andererseits können wir berechnen, welche Energiedichte im Universum vorhanden sein muss, damit das Universum nicht geschlossen und damit nicht-euklidisch ist.

Und da fehlt halt sehr viel. Das Ergebnis ist nun einmal, dass die sichtbare Materie unter 5% der kritischen Energiedichte für ein flaches Universum liefert. Mit der Dunklen Materie zusammen - auf die es mittlerweile wirklich sehr viele Beobachtungshinweise gibt - kommen wir auf gut 30% der nötigen Energiedichte. Da fehlen ziemlich genau 68%. Und das ist einfach sehr viel für etwas, was es nicht geben soll.

Um das etwas anschaulicher zu machen:

Schau Dir einmal die beiden Bilder in diesem Artikel von Florian Freistetter an, vor allem das untere (Du darfst ihn natürlich auch lesen - ebenso die weiterführenden Links; Du wolltest ja Links)

http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/12/01/dunkle-energie-ist-keine...

Diese komischen farbigen Wolken, die zeigen die Fehlergrenzen verschiedener Messmethoden, mit denen Astrophysiker zuletzt das Universum befragt haben "Liebes Universum, wie hälst Du es denn mit der Krümmung und der Expansion?"

Das, was die meisten Astrophysiker von der Existenz der DE überzeugt, ist dass sich alle diese "Wolken" in einem einzigen Punkt schneiden. Und der liegt halt bei dem flachen Universum, das beschleunigt expandiert und dessen Energiedichte aus "zusammenklumpenden Zeugs" (= Normale + Dunkle Matrerie) nur rund 30% der tatsächlichen Energiedichte ausmacht. Wie immer wir das Universum auch befragen: es gibt uns konsistent immer dieselbe Antwort. Und diese Konsistenz der Messungen ist ein starkes Argument.

Es scheint einfach noch etwas in unserem Universum zu geben, was wir nicht direkt sehen, was nicht zusammenklumpt und was die Expansion des Universums antreibt. Wäre das ein völlig falscher Ansatz, so würden die "Wolken" der einzelnen Messungen nicht so schön in genau diesem einen Punkt zusammenfallen - die "Wolken" lägen dann also eher kreuz und quer in dem Bild.

Und deswegen ist das eine der entscheidenden Grafiken, die Physiker eigentlich davon überzeugt, dass da etwas ist, dem wir im Moment den Arbeitstitel "Dunkle Energie" geben. Auch - und das muss man ganz ehrlich sagen: Es gibt wohl im Moment auf der Welt keinen Astrophysiker, der mit der DE nicht etwas Bauchweh hat. Denn eine verbünftige theoretische Erklärung dafür gibt es nicht wirklich.

Auch dazu ein Link in den Blog von Florian Freistetter zum Weiterlesen:

http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/11/05/was-ist-dunkle-energie/?...

Es gibt verschiedene Erklärungsansätze. Ein recht bekannter Ansatz über die Quantenfeldtheorie und die Vakuumenergie liegt um bis zu 120 Größenordnungen daneben. Je nachdem, wie man rechnet, kann man auf bis 60 Größenordnungen näher ran kommen - aber das ist nicht wirklich eine entscheidende Verbesserung. Bis auf Weiteres (also ohne weitere Erklärung) müssen wir deshalb davon ausgehen, dass die Quantenfluktuationen, so, wie wir es uns im Moment vorstellen nicht die richtige Erklärung sind. Man kann jetzt aber nicht behaupten, dass andere Ansätze wie z.B. die Quintessenz befriedigender wären.

Diskutiert wird natürlich auch, ob es sich bei der DE trotz allem um einen Fehler handeln könnte. Dabei könnte es sich zum Beispiel um einen Messfehler bei der Entfernungsbestimmung handeln, wenn die Entfernungsbestimmung über die Supernovae vom Typ Ia doch nicht so zuverlässig ist, wie es andere Messungen eigentlich vermuten lassen.

Ein anderer Ansatz ist, dass wir das Alter des Universums systematisch unterschätzt haben, weil wir die Einsteinschen Feldgleichungen mit einem homogenen Universum rechnen. Das Universum ist ganz gut homogen - allerdings erst auf den allergrößten Skalen. Auf kleineren Skalen haben wir Orte hoher Materiedichte (Galaxiencluster) und Orte geringer Materiedichte (Voids). Nach der ART ist die Raumzeitkrümmung und die Expansionsrate in diesen Gebieten unterschiedlich. (Zum Weiterlesen zu diesem Modell http://scienceblogs.de/hier-wohnen-drachen/2011/03/15/gibt-es-die-dunkle-energie/)

Das wäre eigentlich ein sehr schöner Ansatz. Doch leider sind bereits die einfachsten Varianten, die mit einer Blase geringer Dichte um die Milchstraße herum rechnen, mit den neuesten Messdaten nicht mehr in Einklang zu bringen. (Auch hier eine Quelle http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2011/03/29/messung-der-expansionsgeschwindigkeit-des-universums-widerlegt-alternative-zur-dunklen-energie/) Wenn, dann ist die Sache also zumindest etwas komplizierter....

Entsprechend ist leider eigentlich nicht mit einer befriedigenden Lösung des Problems zu rechnen.

In jedem Falle ist es aber falsch, was man leider oft über die DE liest: Dass sie einfach eingeführt wird, weil man die eigenen Modelle nicht hinterfragen will. Ich hoffe, zumindest das ist aus meiner Antwort deutlich geworden.

Wenn ich mir abschließend eine persönliche Bemerkung gestatten darf: In der Homöopathiediskussion bekomme ich immer wieder als Naturwissenschaftler gesagt "es gibt mehr Dinge zwischen Himmel und Erde, als Ihr es Euch mit Eurer Schulweisheit erträumen könnt". Der gute alte Shakespeare. In der Kosmologie haben wir nun Daten, die darauf hinweisen, dass es da draußen im Universum noch etwas gibt, was wir hier auf der Erde nicht kennen. Und auf einmal soll das das Unplausibelste schlechthin sein. Nein, völlig ausgeschlossen soll es sein, dass DM und DE wirklich real da draußen sind - das Ganze sei nur ein Hirngespinst der Physiker. Die Lektion für mich persönlich ist hier einfach, dass man es dem Wissenschaftsfeind prinzipiell nie recht machen kann. Der Wissenschaftler richtet sich deshalb streng an seine Daten. Und danach könnte da draußen etwas sehr Interessantes sein. Wir sollten uns die Zeit lassen, danach zu suchen.

Zum Abschluss (weil Du ja Links wolltest) noch 2 Vorträge zum Thema:

Ein recht einfacher Vortrag zum Gesamtthema, gehalten vor einem Laienpublikum und deshalb recht allgemeinverständlich:


Und ein Fachvortrag gehalten auf Englisch am CERN:


Das ist der 3. Teil einer Vortragsserie von Edward Kolb über DM und DE; die ersten beiden Vorträge gehen über DM, der letzte über DE. Und der geht richtig ins "Eingemachte", wenn Du etwas tiefer einsteigen möchtest.


Grüße

Antwort
von implying, 55

eigentlich wissen wir nichts, außer, dass wir uns ohne ihre existenz manche dinge im universum nicht erklären können. ziemlich dünn also xD

Kommentar von i8Sn0wZ ,

hm ok danke

Antwort
von ALEMAN2015, 63

Ebenso wie "dunkle Materie" ist "dunkle Energie" nur eine Hypothese, um Diskrepanzen zwischen astronomischen Beobachtungen und mathematischen Beschreibungsmodellen zu "erklaeren". Physikalische Anhaltspunkte fuer ihre Existenz gibt es nicht.

Kommentar von Reggid ,

derartige beobachtungen sind physikalische anhaltspunkte.

Kommentar von Hamburger02 ,

Das stimmt so leider nicht. Die Vermutung dunkler Materie resultiert aus mathematischen Berechnungen und ist mittlerweile auch durch Gravitationslinseneffekte belegt worden.

Antwort
von Reggid, 34

also wenn du nach links fragst: hier steht eigentlich alles wichtige, und jede menge weiterführende literatur ist auch angegeben.

https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_energy

Antwort
von Asiate88, 52

wenn der Ocean auf der Erde nur zu 1-2% erforscht worden ist, ist die Erforschung über Dunkelenergie noch viel geringer

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