Schmilzt die Finsternis?

von RÜDIGER VAAS

Die Dunkle Energie ist klarerweise das größte Rätsel im Universum. Denn sie macht hinsichtlich der Energiedichte mehr als zwei Drittel von Allem aus und dominiert dessen Dynamik. Hierbei zielen Formulierungen wie „klarerweise“ und „hinsichtlich“ nicht bloß auf den menschlichen Erkenntnisdrang, sondern passen gut zu dem gespenstischen Geheimnis: Denn die Dunkle Energie ist überall, auch direkt vor unserer Nasenspitze – und doch absolut durchsichtig und unbegreiflich. Sie lässt sich weder erblicken noch erhaschen. Sie kann überhaupt nicht experimentell eingefangen oder dingfest gemacht werden, weil sie keine uns bekannte Materie und Strahlung beeinflusst – außer durch ihren abstoßenden Effekt, mit dem sie den Weltraum seit sechs Milliarden Jahren auseinandertreibt. Ohne sie wäre der Durchmesser des beobachtbaren Universums heute um ein Fünftel kleiner.

Einsteins größte Eselei?

Die einfachste Erklärung ist die Kosmologische Konstante. Sie wird üblicherweise mit Λ abgekürzt, dem großen Lambda des griechischen Alphabets. Albert Einstein hat Λ bereits 1917 in seiner ersten Arbeit zur Kosmologie eingeführt, um den Weltraum statisch zu halten (BDW 3/2017, „100 Jahre moderne Kosmologie“). 1931 widerrief er Λ als die „größte Eselei“ seines Lebens, weil astronomische Messungen von sich entfernenden Galaxien gezeigt hatten, dass der Weltraum nicht statisch ist, sondern expandiert.

Aber Λ war keine Eselei, sondern ist als Naturkonstante mathematisch zwingend ein Teil von Einsteins Gleichungen, wie später bewiesen wurde. Die Frage lautet also lediglich, welchen Wert Λ hat. Und dies lässt sich nur empirisch beantworten, also nur durch Messungen.

Das kosmologische Standardmodell nimmt der Einfachheit halber an, dass Λ hinter der Dunklen Energie steckt und den Großteil von allem ausmacht, noch mehr als die Dunkle Materie (CDM, cold dark matter). Daher heißt es auch ΛCDM-Modell. Es ist eine vorläufige Hypothese: pragmatisch, ökonomisch und wissenschaftstheoretisch sinnvoll, weil sich Λ im Gegensatz zu allen anderen Spekulationen am einfachsten überprüfen und in der Relativitätstheorie fundieren lässt. Lokal ist die Energiedichte von Λ winzig: etwa 5,8 · 10⁻³⁰ Gramm pro Kubikzentimeter oder 5,2 · 10⁻¹⁰ Joule pro Kubikmeter (selbst das schwache Erdmagnetfeld hat in einem Kubikmeter Luft etwa zwei Millionen Mal mehr Energie). Doch in der universellen Summe ist sie riesig.

Freilich macht Λ und seine Konstanz große Probleme in der Grundlagenphysik (BDW 7/2001, „Die mysteriöse Dunkle Energie“). Λ könnte eine geometrische Eigenschaft der Raumzeit selbst sein oder aber eine Art Stoff mit negativem Druck: etwa ein unbekanntes Energiefeld oder das Quantenvakuum, das aus physikalischen Gründen kein „Nichts“ sein kann. Rätselhaft ist auch der Wert von Λ. So verwundert, dass seine heutige Größenordnung der der Materiedichte entspricht. Außerdem liegen seine Abschätzungen um einen riesigen Faktor von bis zu 10¹²⁰ daneben. Daher wird seit den 1980er-Jahren spekuliert, dass Λ in Wirklichkeit exakt 0 sein könnte und die Dunkle Energie von etwas anderem geliefert wird – etwa einem physikalisch nicht unüblichen Skalarfeld, für das sich die Bezeichnung Cosmon oder Quintessenz durchgesetzt hat.