" Neudenken über den Kosmos schlägt Lösungen für die Rätsel der dunklen Energie und der dunklen Materie vor, die nach Ansicht von Wissenschaftlern etwa 95 % der gesamten Energie und Materie im Universum ausmachen, aber nach wie vor von Geheimnissen umgeben sind.
Der neuartige neue Ansatz wird in einem Artikel beschrieben, der am 2. Juni in der Zeitschrift Classical and Quantum Gravity von Lucas Lombriser, Professor für theoretische Physik an der Universität Genf, veröffentlicht wurde.
Wissenschaftler wissen, dass sich das Universum aufgrund der Rotverschiebung ausdehnt, der Dehnung der Lichtwellenlänge in Richtung des röteren Endes des Spektrums, wenn sich das Objekt, das es aussendet, von uns entfernt. Entfernte Galaxien haben eine höhere Rotverschiebung als nähere Galaxien, was darauf hindeutet, dass sich diese Galaxien immer weiter von der Erde entfernen.
In jüngerer Zeit haben Wissenschaftler Hinweise darauf gefunden, dass die Expansion des Universums nicht feststeht, sondern sich tatsächlich immer schneller beschleunigt. Diese beschleunigte Expansion wird durch einen Begriff erfasst, der als kosmologische Konstante oder Lambda bekannt ist.
Die kosmologische Konstante bereitet Kosmologen Kopfzerbrechen, da die Vorhersagen der Teilchenphysik über ihren Wert um 120 Größenordnungen von tatsächlichen Beobachtungen abweichen. Die kosmologische Konstante wurde daher als „die schlechteste Vorhersage in der Geschichte der Physik“ beschrieben.
Kosmologen versuchen oft, die Diskrepanz zwischen den verschiedenen Werten von Lambda zu lösen, indem sie neue Teilchen oder physikalische Kräfte vorschlagen, aber Lombriser geht das Problem an, indem er das, was bereits vorhanden ist, neu konzeptualisiert.
„In dieser Arbeit setzen wir eine neue Brille auf, um den Kosmos und seine ungelösten Rätsel zu betrachten, indem wir eine mathematische Transformation der physikalischen Gesetze durchführen, die ihn regieren“, sagte Lombriser per E-Mail gegenüber Life Science.
In Lombrisers mathematischer Interpretation dehnt sich das Universum nicht aus, sondern ist flach und statisch, wie Einstein einst glaubte. Die von uns beobachteten Effekte, die auf eine Expansion hinweisen, werden stattdessen durch die Entwicklung der Teilchenmassen – wie Protonen und Elektronen – im Laufe der Zeit erklärt.
In diesem Bild entstehen diese Teilchen aus einem Feld, das die Raumzeit durchdringt. Die kosmologische Konstante wird durch die Masse des Feldes bestimmt, und weil dieses Feld schwankt, schwanken auch die Massen der Teilchen, die es hervorbringt. Die kosmologische Konstante variiert immer noch mit der Zeit, aber in diesem Modell ist diese Variation auf die Veränderung der Teilchenmasse im Laufe der Zeit zurückzuführen, nicht auf die Expansion des Universums.
Im Modell führen diese Feldschwankungen zu größeren Rotverschiebungen für entfernte Galaxienhaufen, als traditionelle kosmologische Modelle vorhersagen. Und so bleibt die kosmologische Konstante den Vorhersagen des Modells treu.
„Ich war überrascht, dass das Problem der kosmologischen Konstante in dieser neuen Perspektive auf den Kosmos einfach zu verschwinden scheint“, sagte Lombriser.
Ein Rezept für das dunkle Universum
Lombrisers neues Rahmenwerk befasst sich auch mit einigen anderen drängenden Problemen der Kosmologie, darunter der Natur der Dunklen Materie. Dieses unsichtbare Material ist im Verhältnis 5 zu 1 zahlreicher als gewöhnliche Materieteilchen, bleibt jedoch rätselhaft, da es nicht mit Licht interagiert.
Lombriser schlug vor, dass sich Fluktuationen im Feld auch wie ein sogenanntes Axionfeld verhalten könnten, wobei Axionen hypothetische Teilchen seien, die einer der vorgeschlagenen Kandidaten für Dunkle Materie seien.
Diese Schwankungen könnten auch die Dunkle Energie beseitigen, die hypothetische Kraft, die das Gefüge des Weltraums dehnt und so Galaxien immer schneller auseinandertreibt. In diesem Modell würde die Wirkung der Dunklen Energie laut Lombriser dadurch erklärt, dass Teilchenmassen zu späteren Zeitpunkten im Universum einen anderen Entwicklungspfad einschlagen.
In diesem Bild „besteht grundsätzlich kein Bedarf an dunkler Energie“, fügte Lombriser hinzu.
Luz Ángela García, Postdoktorandin an der Universidad ECCI in Bogotá, Kolumbien, war beeindruckt von Lombrisers neuer Interpretation und davon, wie viele Probleme sie löst.
„Die Arbeit ist ziemlich interessant und liefert ein ungewöhnliches Ergebnis für mehrere Probleme in der Kosmologie“, sagte García, der nicht an der Forschung beteiligt war, gegenüber Life Science. „Die Theorie bietet ein Ventil für die aktuellen Spannungen in der Kosmologie.“
García mahnte jedoch zur Vorsicht bei der Bewertung der Ergebnisse des Papiers und sagte, dass das theoretische Modell Elemente enthalte, die wahrscheinlich nicht durch Beobachtungen überprüft werden könnten, zumindest nicht in naher Zukunft."
Cosmology in Minkowski space - IOPscience
