Hannover Dunkle Energie

Zwei Dinge erfüllen das Gemüt mit immer neuer und zunehmender Bewunderung und Ehrfurcht, je öfter und anhaltender sich das Nachdenken damit beschäftigt: Der bestirnte Himmel über mir, und das moralische Gesetz in mir.“ Die Demut, die aus diesen Worten des Philosophen Immanuel Kant (1724 bis 1804) spricht, empfinden auch heute noch viele Menschen, wenn sie an das Universum denken.
06.09.2016, 00:00
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Dunkle Energie
Von Jürgen Wendler

Zwei Dinge erfüllen das Gemüt mit immer neuer und zunehmender Bewunderung und Ehrfurcht, je öfter und anhaltender sich das Nachdenken damit beschäftigt: Der bestirnte Himmel über mir, und das moralische Gesetz in mir.“ Die Demut, die aus diesen Worten des Philosophen Immanuel Kant (1724 bis 1804) spricht, empfinden auch heute noch viele Menschen, wenn sie an das Universum denken. Nicht nur die Größenordnungen überfordern die Vorstellungskraft, sondern auch die Fragen, die sie aufwerfen. Der nach wie vor populären Urknalltheorie zufolge sind Zeit, Raum und Materie vor etwa 13,8 Milliarden Jahren in einem Augenblick entstanden. Das Universum hat sich demnach aus einem Zustand unendlicher Dichte und unendlich hoher Temperatur entwickelt. Wer aber vermag sich das wirklich auszumalen? Wer die Urknalltheorie akzeptiert, gelangt zudem sofort zu weiteren Fragen: Was war davor? Und wie geht es weiter?

Noch vor einem Jahrhundert glaubten Menschen, dass das Universum im Wesentlichen unveränderlich sei. Eine neue Sichtweise entwickelte sich erst in den 1920er-Jahren, als Gelehrte wie der Belgier Georges Edouard Lemaître und der US-Amerikaner Edwin Powell Hubble zu dem Schluss kamen, dass sich das Weltall mit seinen Galaxien, das heißt riesigen Ansammlungen von Sternen, ausdehne. Die Grundlage für diese Annahme liefert die sogenannte Rotverschiebung. Die Atome ferner Himmelskörper senden Licht aus, elektromagnetische Strahlung mit einer bestimmten Wellenlänge beziehungsweise Frequenz. Unterschiedliche Farben haben unterschiedliche Wellenlängen; vergleichsweise groß sind sie bei der Farbe Rot. Wenn sich Materie entfernt, lässt sich eine Verschiebung beobachten, und zwar in Richtung Rot. Je weiter Galaxien entfernt sind, desto stärker ausgeprägt ist die Rotverschiebung. Wissenschaftler vergleichen dieses Phänomen mit dem Effekt, der auftritt, wenn ein Polizeiauto mit angeschalteter Sirene an einem vorbeirast. Dabei verändert sich die wahrgenommene Tonhöhe. Wenn Forscher die Rotverschiebung zugrunde legen, also die These von der Ausdehnung des Universums, und die Entwicklung rückwärts laufen lassen, gelangen sie zu einem Ausgangspunkt, dem Urknall.

Im Jahr 2011 haben Saul Perlmutter,
Brian P. Schmidt und Adam G. Riess den Physik-Nobelpreis für ihre Erkenntnis erhalten, dass die Geschwindigkeit, mit der sich das Universum ausdehnt, zunimmt. Um dieses Phänomen erklären zu können, haben Wissenschaftler die Vorstellung von der sogenannten Dunklen Energie eingeführt. Eigentlich wäre anzunehmen, dass die Schwerkraft (Gravitation), also die Anziehungskraft, die Materie aufgrund ihrer Masse ausübt, die Ausdehnung des Universums abbremsen müsste. Dass sich das Universum stattdessen sogar schneller ausdehnt, bedeutet nach herrschender Auffassung, dass eine mysteriöse Form von Energie wirken muss. Sie wird deshalb als Dunkle Energie bezeichnet und lässt sich als eine Kraft betrachten, die der Gravitation entgegenwirkt. In Verbindung mit ihr ist daher auch von Antigravitation die Rede. Eine andere mögliche Erklärung für die Ausdehnung wäre, dass die Schwerkraft nicht überall so wirkt, wie es Albert Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie nahelegt.

Eine kürzlich im Fachjournal „Physical Review Letters“ veröffentlichte Arbeit einer Forschergruppe um den Physiker Nico Hamaus von der Ludwig-Maximilians-Universität München unterstützt die herrschende Vorstellung von der Gravitation im Universum und die Annahme der Dunklen Energie. Den Ausgangspunkt der Arbeit bildet die Tatsache, dass weite Teile des Universums von weitgehender Leere geprägt sind, sogenannten kosmischen Hohlräumen, in denen es nur wenig Materie gibt. Hamaus und seine Kollegen haben auf der Grundlage astronomischer Daten, die Aufschluss über die Struktur des Universums geben, den Aufbau der Hohlräume berechnet. Ihre Analysen zeigen, mit welcher Dynamik sich die Hohlräume ausdehnen. Sie tun dies nach Darstellung der Wissenschaftler, weil die vorhandene Materie wegen der Schwerkraft zu ihren Rändern strebt. Laut Hamaus deutet in den Analysen der Hohlräume nichts darauf hin, dass Einsteins Theorie nur eingeschränkt gültig sein könnte.

Ein Beispiel dafür, dass die Theorien zum Urknall und zur Ausdehnung des Universums immer wieder diskutiert und auch infrage gestellt werden, haben in den vergangenen Jahren Aussagen des Physik-Professors Christof Wetterich von der Universität Heidelberg geliefert. Er wies unter anderem darauf hin, dass für das von Atomen ausgesandte Licht auch die Masse eine Rolle spiele. Eine Veränderung der Masse habe demnach Folgen für die Wellenlängen, die Beobachter wahrnähmen. In einer 2014 veröffentlichten Mitteilung zu den Arbeiten Wetterichs erklärte die Universität Heidelberg, dass es nach den Erkenntnissen des Forschers keinen Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren gegeben habe. Der Beginn des Universums dehne sich vielmehr über einen unendlich langen Zeitraum in der Vergangenheit aus. Laut Wetterich bedeutet das, dass das Universum extrem kalt und langsam begonnen hat. Demnach wäre es salopp formuliert langsam aufgetaut. Die Massen aller Elementarteilchen haben nach Ansicht des Physikers mit der Zeit zugenommen. Statt sich auszudehnen, schrumpfe das Universum über ausgedehnte Zeitabschnitte.

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