Dunkle Energie für Dummies

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Hallo Der Muselmann,

jetzt hast Du nicht geschrieben, auf welchen Physikseiten Du schon versucht hast, es zu verstehen.

Im Wesentlichen:

Der Begriff "Dunkle Energie" ist eine Art "Arbeitstitel". Wir wissen nicht genau, was es ist - nein, eigentlich wissen wir gar nicht, was es ist. Aber wir bemerken die Auswirkungen.

An dieser Stelle musst Du ein wenig über Kosmologie sprechen. Du musst erst mal erklären, wie man auf den Urknall gekommen ist; weil diese Beobachtungen - als sie detaillierter durchgeführt wurden - dann auch zur DE geführt haben.

Hubble hat vor etwa 80 Jahren über kosmologische Rotverschiebung gemessen, mit welchen Geschwindigkeiten sich entfernte Galaxien von uns entfernen. Die Entfernung zu diesen Galaxien hatte man vorher schon anders bestimmt (Supernova Typ I Standardkerzen, falls Du das erwähnen willst).

Also: Man wusste vor Hubbles Messungen, wie weit die Galaxien weg waren. Hubble konnte über seine Beobachtungen jeder Galaxie einen Wert für die Geschwindigkeit zuordnen, mit der sie sich von uns entfernt.

Das Ergebnis war: Die Dinger sind umso schneller, je weiter sie von uns weg sind.

Das lässt sich verstehen in einer Art Rosinenkuchenmodell: Die Galaxien sind die Rosinen und die uns umgebende Raumzeit ist der aufgehende Teig.

Pro eine bestimmte Normentfernung entsteht pro Zeiteinheit eine bestimmte Menge neuer Raumzeit - und das führt zu einer systematisch schnelleren Distanzzunahme bei eintfernteren Galaxien.

Für Hubbles Beobachtung ist also eine Entstehung neuer Raumzeit verantwortlich - und rechnet man das zurück, wird das beobachtbare Universum in der Vergangenheit eben immer kleiner und kleiner gewesen sein - bis man schließlich beim Urknall ankommt.

So. So weit so gut, bisher nichts von dunkler Energie.

Wo kommt die rein?

Man entdeckte bei neueren Messungen, dass die Rate, mit der im Universum neue Raumzeit entsteht, zunimmt. Also pro Entfernung entsteht heute mehr Raumzeit als vor z.B. 1 Millirade Jahren.

Warum ist das erstaunlich?

Weil man eigentlich annahm, dass die Expansion eher gedämpft wird, weil die auseinanderfliegenden Massen ja über die Gravitation miteinander wechselwirken, sich anziehen, was der Expansion Energie hätte entziehen müssen. Man ging also eigentlich davon aus, dass die Expansion heute langsamer ist als im jungen Universum.

Beobachtungsdaten belegen aber das genaue Gegenteil: Die Expansionsgeschwindigkeit nimmt deutlich zu. Es muss also eine treibende Kraft geben, etwas, das die Expansion des Universums beschleunigt.

Was das ist, wissen wir nicht. Echt. Keine Ahnung. Aber bis wir genauer wissen, was es ist, nennen wir es "Dunkle Energie". "Dunkel", weil wir es nicht sehen, "Energie", weil es Energie in den Expansionsprozess steckt.

Mit "Dunkler Materie" hat das Zeug also nichts zu tun - nur einen ähnlichen Namen.

So. Wenn Du jetzt noch mehr wissen willst, müsstest Du mich noch gezielter fragen. Aber so als allgemeine Erklärung genügt das, was ich eben geschrieben habe.

Ich verlinke Dir jetzt noch 2 kurze Erklärungen von Physikern, die ich für sehr allgemeinverständlich halte. (Wobei ich das Thema für die 10. Klasse eines Gymnasiums als höchst anspruchsvoll halte. Aber: Nicht aufgeben, interessant ist es ja auch...)

1) Florian Freistetter hat es in seinem Podcast "Sternengeschichten" sehr schön erklärt:

http://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/sternengeschichten/

Folge 25 : Was ist Dunkle Materie?

Folge 26 : Was ist Dunkle Energie?

Beides wenige Minuten lang. Im Prinzip könntet Ihr Euch für Euer Referat sehr gut an dem, was FF hier erklärt, orientieren. Ihr müsst es "nur" noch verstehen. Vom Umfang her reicht das aber locker auf Eurem Level.

Freistetter ist Dr. der Astrophysik - und damit absolut zitierfähige Quelle.

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Danke für das Sternchen, ich freue mich sehr!!

=D

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Als Dunkle Energie wird in der Kosmologie eine hypothetische Form der Energie bezeichnet. Viel mehr Genaues ist gar nicht bekannt. Und das Wenige verstehen ohnehin nur wenige Spezialisten.

Hallo DerMuselmann!

Die Begriffe Dunkle Energie und Dunkle Materie, sind in der Kosmologie wissenschaftlich betrachtet ziemlich neu. Wir haben diese Komponenten erst kürzlich in unser kosmologisches Standardmodell eingefügt und dabei gemerkt, dass sie einige Dinge, die vorher unerklärt waren, sehr gut beschreiben konnten.

Vorab: DM und DE (abgekürzt) sind zwei völlig verschiedene Dinge! Zwar beinhalten beide Begriffe das Wort "dunkel". Dieses Adjektiv bezieht sich aber lediglich auf unsere Unkenntnis den Komponenten gegenüber und versucht sie auf diese Art und Weise zu beschreiben. Es ist sicher übertrieben anzunehmen, dass eine Antwort auf gf.net zur vollständigen Erklärung der Begrifflichkeiten ausreicht, aber die wichtigsten Punkte sollen in etwa erwähnt werden.

Zunächst zur Dunklen Materie! Sie war ein logisches Resultat, aus den Messergebnissen der Rotationsgeschwindigkeiten von Galaxien in ihren Außenbezirken. Wenn wir uns eine Galaxie bildlich vorstellen, dann haben wir es mit einer Struktur zu tun, deren Helligkeit vom Kern ausgehend nach außen abfällt. Demzufolge, sollte also auch die Masse und die daraus resultierende Rotationsgeschwindigkeit der einzelnen Körper, ausgehend von Zentrum zunächst bis auf einen Maximalwert ansteigen, um von da aus langsam in den exponentiellen Abfall überzugehen.

Über den Doppler-Effekt lässt sich zumindest bei Edge-On-Galaxien aber eine korrekte Messung der Rotationsgeschwindigkeit machen. Die Beobachtung: Ausgehend vom Zentrum steigt die Rotationsgeschwindigkeit zunächst auf einen Maximalwert an, verbleibt dann aber auf einem nahezu konstant hohen Wert! Die Vorhersage stimmte also nicht mit der Beobachtung überein, und musste deswegen wissenschaftlich modifiziert werden.

Ein derartiger Rotationsverlauf der Körper, kann nur erklärt werden, wenn auch die Masse der Galaxie nicht exponentiell nach außen abfällt, sondern linear mit dem Radius anwächst! Auf den Bildern von Galaxien, ist von derartigen Massenkonzentrationen aber nichts zu erkennen!! Die Schlussfolge --> In den Halos von Galaxien, muss sich ein großer Massenanteil befinden, der die beobachtete Rotationsgeschwindigkeit erklärt, gleichzeitig aber nicht zu sehen ist. Man nannte diese ominöse Masse partout Dunkle Materie.

Die DM wurde im Rahmen des Standardmodells also zunehmend mehr aktzeptiert, und es wurden weitere Zusammenhänge gefunden. Da Dunkle Materie nicht mit Strahlung wechselwirkt (sie ist unsichtbar), konnte sie im frühen Kosmos dem intensiven Strahlungsfeld egal sein. Sie konnte Gravitationspotenziale formen, die später die Entstehung von kompakten Zwerggalaxien begünstigten. DM trägt also auch entscheidend zur Strukturentstehung im frühen Kosmos bei!

Heute finden wir die Annahme der Dunklen Materie, durch viele kinematische Beobachtungen bestens bestätigt. Auch die sogenannten Kugelsternhaufen würden beispielsweise ihre Stabilität verlieren, würden sie nicht durch die DM zusammengehalten werden. Durch die extrem hohen Einzelbewegungen der unterschiedlichen Sterne, und dem folglichen Erreichen der Fluchtgeschwindigkeit ist ein gewisser Prozentsatz an DM unverzichtbar, um die weiterführende Existenz von derartigen Assoziationen zu garantieren.

Dunkle Materie ist also eine Form der Masse, die nicht mit Strahlung wechselwirkt aber trotzdem da sein muss! Über ihre Zusammensetzung wird noch heftig spekuliert. Ein aussichtsreiches Teilchen als möglicher Bestandteil ist jedoch das Neutralino. Soweit zur DM!

Was ist nun mit Dunkler Energie gemeint?

Die Dunkle Energie wurde erstmals herangezogen als man feststellte, dass die Expansion also die Ausdehnung des Kosmos, zeitlich immer stärker wird! Edwin Hubble entdeckte irgendwann im 20. Jahrhundert, dass das Universum expandiert. Die Galaxien entfernen sich von unserer, und umgekehrt da der Raum zwischen ihnen immer größer wird.

Seit kürzerer Zeit beobachtet man jedoch, durch die Messung der Rotverschiebung weit entfernter Supernova-Explosionen vom Typ Ia, dass diese Expansion exponentiell anzuwachsen scheint. Das Universum dehnt sich immer schneller aus! Um dieses Phänomen zu erklären, führte man den Begriff der Dunklen Energie ein, der eigentlich "nur" beschreibt, dass es eine Energieform geben muss, die dem Universum zu seiner ansteigenden Expansionsrate verhilft. Auch hier gilt: Die DE ist den Kosmologen gänzlich unbekannt! Es muss sie geben, und vielleicht handelt es sich um den negativen Druck des Vakuums. Der erklärt sich unter anderem durch die Existenz sogenannter Quantenfluktuationen und der Entstehung virtueller Teilchen. Um was es sich da wirklich handelt, wird die Physik wohl erst in ferner Zukunft herausfinden.

LG Pflanzengott! :)

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