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StartseiteForschung aktuellPhysiker finden Hinweise auf bislang unbekannte Naturkraft27.11.2020

QuintessenzPhysiker finden Hinweise auf bislang unbekannte Naturkraft

Quintessenz ist ursprünglich der lateinische Ausdruck für das fünfte Element - eine Art unsichtbarer Äther, der den leeren Raum des Universums ausfüllt. Nun haben japanische Physiker Hinweise präsentiert, dass es diese mysteriöse Substanz tatsächlich geben könnte.

Von Frank Grotelüschen

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Galaxie im Weltall (picture alliance/dpa/Zoonar/Irina Dmitrienko)
Eine treibende Kraft lässt das Universum expandieren. Dahinter vermuten Kosmologen eine Dunkle Energie, deren Natur bis dato nicht geklärt ist. (picture alliance/dpa/Zoonar/Irina Dmitrienko)
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Die dunkle Seite des Universums

Seit Langem rätseln Kosmologen über die Natur der Dunklen Energie – jener geheimnisvollen Kraft, die dafür sorgt, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt. Ein Forscherteam will in den Daten des Weltraumteleskops Planck Hinweise auf den Fingerabdruck der Kraft gefunden haben, die hinter der Dunklen Energie steckt – eine Substanz namens Quintessenz. Im Fachjournal "Physical Review Letters" berichten japanische Physiker über Hinweise auf die Ursache für die immer schnellere Expansion des Universums. Sollte sich das bewahrheiten, stünde die Physik vor einer gewaltigen Umwälzung. 

Wo liegen die Probleme bei der Erklärung der Expansion des Universums?

Ende der Neunzigerjahre hatten Astronomieteams systematisch Supernova-Explosionen im Kosmos vermessen und dabei entdeckt, dass sich diese Ereignisse viel schneller voneinander wegbewegen als erwartet. Die Schlussfolgerung: das Universum dehnt sich viel schneller aus als angenommen. Es fliegt regelrecht auseinander. Da muss also eine treibende Kraft dahinterstecken. Das nannte man dann dunkle Energie. Das wirklich Rätselhafte daran ist, dass die Fachwelt eigentlich bis heute nicht weiß, was da eigentlich hinter steckt. Es gibt zwar einige Theorien, aber die sind alle ziemlich vage und nicht bewiesen.

Die Galaxiengruppe "Stephans Quintett", aufgenommen vom Weltraumteleskop Hubble (NASA / ESA) (NASA / ESA)Was stimmt nicht mit der Expansion des Universums?
Wie schnell dehnt sich das Universum aus? Die Theorien dazu hängen vom Wert der sogenannten Hubble-Konstante ab. Sie bestimmt Größe und Alter des Universums. Um den Wert der Hubble-Konstante wird in der Wissenschaft gestritten.

Wie könnte die Quintessenz die Dunkle Energie erklären?

Quintessenz geht davon aus, dass das gesamte Universum von einem ominösen Kraftfeld durchzogen ist. Dieses Kraftfeld kann man sich als eine Art Anti-Gravitation vorstellen, die der Schwerkraft entgegenwirkt. Als der Kosmos noch jung war, war dieses Kraftfeld relativ unbedeutend. Mit der Zeit soll seine Wirkung immer weiter zugenommen haben. Und jetzt ist diese Wirkung so groß, dass das Universum immer schneller expandiert – also genau das, was wir seit einigen Jahrzehnten beobachten.

Verdrehtes Licht liefert Hinweise auf Quintessenz

Ansatzpunkt ist die sogenannte kosmische Hintergrundstrahlung. Eine Art Nachglühen des Urknalls im Mikrowellenbereich. Dieses Nachglühen hat seinen Ursprung etwa 400.000 Jahre nach dem Urknall und ist heute noch mit Spezialantennen und auch Satelliten messbar. In diesem Nachglühen sollte sich die Quintessenz als schwacher Fingerabdruck bemerkbar machen: Sie sollte die Polarisation, also die Schwingungsrichtung der Mikrowellenstrahlung verändern. Diese Strahlung wurde schon von diversen Satellitenmissionen kartiert, zum Beispiel von einem Satelliten namens Planck. Die beiden japanischen Forscher haben sich die Daten von Planck genauer angeschaut und mit einer neuen Methode analysiert. Dabei meinen sie tatsächlich auf den Fingerabdruck der Quintessenz gestoßen zu sein.

Wie reagiert die Fachwelt auf die Erklärung für die Dunkle Energie?

Mit freundlichem Interesse, aber auch mit Vorbehalt. Das Problem ist, dass diese Hinweise von den Japanern bislang noch nicht stichhaltig genug sind, um von einer Entdeckung zu sprechen. Anders formuliert: Es ist durchaus möglich, dass die beiden Japaner etwas in die Daten hineininterpretieren, was gar nicht drinsteckt. Das sieht auch die Fachwelt so, und deshalb kann von einer Entdeckung noch nicht die Rede sein. Aber als interessante Spur darf das durchaus gelten. Denn sollte sich die Sache bewahrheiten, wäre das tatsächlich ein erster experimenteller Hinweis darauf, was hinter der dunklen Energie steckt.

Wie kann man die Existenz der Quintessenz erhärten oder entkräften?

Zunächst wollen nun auch andere Forschungsteams diese neue Analysemethode auf die vorhandenen Daten anwenden und schauen, ob sie zu ähnlichen Ergebnissen kommen. Aber um Gewissheit zu finden, braucht es eine genauere Vermessung der kosmischen Hintergrundstrahlung. Da wird man also auf künftige Messkampagnen warten müssen, etwa auf eine japanische Raumsonde namens LiteBIRD. Die soll Mitte des Jahrzehnts starten und die Polarisation der kosmischen Hintergrundstrahlung präzise vermessen. Danach dürfte man schlauer sein.

Sollte die Quintessenz tatsächlich existieren: Was heißt das für die Kosmologie?

Sollte es die Quintessenz geben, würde sie das Gefüge der Physik ordentlich durcheinanderwirbeln. Es wäre ein Kraftfeld, das sich im Laufe der Zeit, mit zunehmendem Alter des Universums, verändert. Sowas kennt man bislang noch nicht in der Physik. Das würde letztlich bedeuten, dass manche Naturkonstanten gar nicht konstant sind, sondern sich seit dem Beginn des Universums verändert haben, wenn auch nur wenig. Außerdem fordert die Quintessenz, dass das sogenannte Äquivalenzprinzip verletzt wird, dass schwere Masse und träge Masse quasi gleichwertig sind. Das wäre dann schon ein Hammer. Denn Einsteins berühmte allgemeine Relativität fußt auf genau diesem Äquivalenzprinzip. Also einiges von dem, was man heute als Fundament der Physik ansieht, würde dann tatsächlich ins Wanken geraten.

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