Meine Meinung 24.10.2003am |
Über beschleunigte Expansion, dunkle Energie, Quintessenz und was wirklich dahinter steckt. | Kosmologie |
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Vor ein paar Tagen habe ich ein Bisschen in der monatlichen Ausgabe von Spektrum der Wissenschaft geschmökert und bin zum wiederholten Mal auf eine Theorie gestossen, die sich in den letzten Jahren bei Kosmologen und Astronomen immer grösserer Beliebtheit erfreut: die beschleunigte Ausdehnung des Universums. Da mir diese etwas gewagte Auslegung von eigentlich recht bescheidenen Messergebnissen schon seit einiger Zeit suspekt ist, will ich in diesem Artikel kurz die Hintergründe beleuchten. Es handelt sich dabei aber teilweise um meine eigene, rein subjektive Meinung und deshalb präsentiere ich diese Unterseite auch nicht in der Kategorie "Astronomie". |
Die Messergebnisse | |
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![]() Rotverschiebung ferner Supernova-Ausbrüche
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Im Diagramm links ist die Rotverschiebung von Supernova-Explosionen gegen ihre relative Helligkeit aufgetragen. Wir erinnern uns: Aus der spektralen Rotverschiebung eines kosmischen Objekts kann nach dem Doppler-Gesetz dessen Fluchtgeschwindigkeit abgeleitet werden. Aus der Fluchtgeschwindigkeit ergibt sich nach dem Hubble-Gesetz wiederum die Entfernung. Da Supernova-Ausbrüche kosmische Standard-Kerzen sind, kann aus ihrem Verlauf die absolute Helligkeit bestimmt und durch einen Vergleich mit der relativen Helligkeit ebenfalls die Entfernung ermittelt werden. Das Diagramm vergleicht also letztlich Entfernungen, die nach 2 unabhängigen Messmethoden ermittelt wurden und die in einer linearen Beziehung zueinander stehen sollten. Tatsächlich jedoch scheinen die Supernovae mit einer hohen Rotverschiebung (0,5 bis 1,0) etwas zu dunkel zu sein, so dass sich die anfänglich geradlinige Beziehung in eine leicht nach oben tendierende Kurve verwandelt. Mit anderen Worten: ferne Supernovae sind weiter entfernt, als sie es nach dem linearen Hubble-Gesetz sein sollten, also sogar noch weiter, als sie mit der beobachteten Fluchtgeschwindigkeit seit dem Urknall hätten kommen dürfen. |
Die Theorie | |
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![]() Abgebremste oder beschleunigte Expansion?
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Der aus den Messungen abgeleitete Befund klingt schon für sich allein spektakulär. Die Konsequenzen aus den angeblich zu weit entfernten Supernovae sind jedoch - zumindest aus kosmologischer Sicht - noch dramatischer: Offenbar ist die lineare Hubble-Beziehung nicht korrekt und die seit dem Urknall fortschreitende Expansion des Universums wird nicht langsamer, sondern sogar immer schneller. Das steht jedoch in krassem Widerspruch zu den Einstein'schen Gravitations-Gleichungen, nach denen die Schwerkraft der im Universum enthaltenen Masse für eine Abbremsung der Ausdehnung sorgen sollte. Nun, der Widerspruch ist nicht ganz so drastisch, denn Einstein hatte in den ersten Versionen seiner Formeln eine kosmologische Konstante vorgesehen, die auf wundersame Weise ein abstossendes Gegenstück zur anziehend wirkenden Schwerkraft bilden sollte. Obwohl das Konzept der kosmologischen Konstante von Einstein selbst revidiert wurde, wird es nach den neusten Entdeckungen wieder ernsthaft diskutiert und soll die abstossende Kraft repräsentieren, die die Ausdehnung des Universums scheinbar beschleunigt. |
Bei der kosmologischen Konstante handelt es sich um einen rein formalen, mathematischen "Trick", aber welche reale Kraft könnte tatsächlich den Antrieb für eine beschleunigte Expansion des Weltalls liefern? Dazu existieren zwei Erklärungs-Ansätze: | |
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Gegenargumente |
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Meine Vorbehalte gegen die Theorie von der beschleunigten Expansion des Universums haben mehrere Gründe: |
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Was soll man also davon halten? Die Beobachtungen - sollten sie tatsächlich korrekt sein - sprechen für ein im wahrsten Sinn des Wortes "seltsames" Universum, das sich im grossen Maßstab nicht mehr an die Regeln grundlegender physikalischer Theorien hält. Gleichzeitig herrscht allgemeine Verwirrung und es werden allerlei spekulative Lösungsansätze präsentiert, die uns aber auch nicht wirklich weiter bringen. Andererseits ist dieser Artikel jedoch nicht als verzweifelter Versuch gedacht, die etablierten Theorien mit aller Gewalt vor einer möglichen Widerlegung zu retten. Die Situation erinnert mich viel mehr an die Klimmzüge, die zu Beginn des 20. Jahrhunderts mit der Äther-Theorie unternommen wurden, um die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit mit den Mitteln der klassischen Newton'schen Mechanik zu erklären. Diese Bemühungen blieben völlig sinnlos bis die Einstein'sche Relativitäts-Theorie die beobachteten Effekte quasi nebenbei miterklärte. Die Anzeichen mehren sich, dass die Kosmologie in einer ernsthaften Krise steckt, aber ich bin überzeugt, dass die angeblich beschleunigte Expansion des Universums sich ganz selbstverständlich aus einer neuen, vereinigten Theorie der Quantengravitation ergeben wird. Davon sind wir aber leider noch ein gewaltiges Stück entfernt. |
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