Kosmologie: Angriff auf die Dunkle Energie

Das Universum besteht zu 72 Prozent aus Dunkler Energie, einer völlig seltsamen Form von Energie, die überall ist, aber nicht – wie alle Materie und Energie, die wir kennen – anziehend wirkt, sondern abstoßend, die alles auseinandertreibt. Denn das Weltall dehnt sich nicht nur aus, es dehnt sich immer schneller aus. Bis in ferner Zukunft kein Teilchen mehr vom anderen weiß.

Fürwahr ein unheimliches Weltbild, das sogenannte Standardmodell der Kosmologie. Es ist gar nicht alt: Die ersten Messungen an Supernovas, die für eine beschleunigte Expansion des Universum sprachen, wurden 1998 publiziert. Dass die Kosmologen so schnell mit dem Postulat einer Dunklen Energie antworten konnten, hat historische Gründe: Schon Albert Einstein hatte die Einführung einer „kosmologischen Konstante“ vorgeschlagen (die bei ihm allerdings das Weltall davor bewahren sollte, in sich zusammenzustürzen), er widerrief dies aber in berühmten Worten: Das sei seine „größte Eselei“ gewesen.

Uhren gehen nicht überall gleich

Da hatte Einstein gar nicht so unrecht, sagt David Wiltshire, theoretischer Physiker an der University of Canterbury in Christchurch, Neuseeland, derzeit auf Einladung der Uni-Gruppe für Gravitationsphysik in Wien. Er ist zur Überzeugung gekommen: Man braucht keine Dunkle Energie. Denn die beschleunigte Ausdehnung des Universums findet nicht statt, sagt er: „Sie ist nur eine naive Ableitung aus dem Versuch, ein Modell des Universums auf der Annahme aufzubauen, dass die Krümmung des Raums überall gleich ist und die Uhren aller typischen Beobachter synchronisiert sind.“

Und das ist nicht der Fall. Das weiß man, seitdem Einstein 1915 seine Allgemeine Relativitätstheorie aufgestellt hat. Die sagt im Grunde zweierlei: 1) Die Krümmung der Raumzeit beeinflusst die Verteilung der Materie/Energie. 2) Die Verteilung der Materie/Energie beeinflusst umgekehrt die Krümmung der Raumzeit. Simpelstes Beispiel: Ein Apfel fällt auf die Erde, weil diese den Raum um sich herum so krümmt, dass der Apfel nicht anders kann als fallen.

Wenn die Materie/Energie überall im Universum gleich verteilt wäre, dann wäre die Raumkrümmung überall gleich – und man könnte aus den Supernova-Daten unbesorgt schließen, dass das Weltall sich beschleunigt ausdehnt. Sie ist aber nicht überall gleich verteilt, das Universum ist nur im allergrößten Maßstab (über 700 Millionen Lichtjahre) homogen.

Es ähnelt vielmehr einem Schwamm, in dem relative dünne Wände große Leerräume einschließen. Die Wände sind aus Galaxien und Galaxienhaufen, die Leerräume sind – nun, sie sind wirklich ziemlich leer. Und sie dominieren das Universum.

Wir respektive unser Sonnensystem respektive unsere Milchstraße sitzen natürlich in einer der dünnen Wände. Unsere Galaxie ist ein (durch Gravitation) gebundenes System, das, wie die Physiker sagen, abgekoppelt ist von der allgemeinen Expansion. Das prägt unseren Blick und unsere Raumzeit. So laufen unsere Uhren langsamer als die eines fiktiven Beobachters in einem der kosmischen Leerräume.

Das Blasenmodell des Universums

Diese besondere Lage prägt damit auch, wie wir Licht sehen, das aus dem Weltall zu uns kommt. Wir sehen es anders, mit anderen Wellenlängen, als wir es sehen würden, wenn wir in einem Leerraum wären. Aus dieser Überlegung hat Wiltshire ein Modell des Universums gebastelt, das aus Wänden und Leerräumen besteht: „Fractal Bubble Model“ nennt er es.

Man konnte damit zeigen, dass ein Beobachter, der sich in einer Wand befindet, eine scheinbare Beschleunigung der Expansion sieht, im Gegensatz zu einem – fiktiven – Beobachter in einem Leerraum: Er könnte keine Beschleunigung feststellen. Es kommt eben ganz auf den Standpunkt an.

Und er destillierte daraus – und aus den diversen Daten von Supernovas und kosmischer Hintergrundstrahlung – neue Werte für die kosmologischen Parameter. So erhält er als Alter des Universums 14,7 Milliarden Jahre statt 13,7 Milliarden Jahre, das passt, ganz pragmatisch gesehen, den Astrophysikern gut, da haben die Galaxien mehr Zeit, um sich so zu entwickeln, wie man sie heute sieht. Willkommen ist auch ein anderer Wert, nämlich der für das Verhältnis von Dunkler Materie zu normaler Materie: 3:1 zu 5:1.

(Zur Erklärung: Die Dunkle Materie ist zwar auch unbekannt, aber deutlich weniger mysteriös als die Dunkle Energie: Sie verhält sich „normal“ zur Schwerkraft. Im – wankenden – Standardmodell der Kosmologie stellt sie ca. 23 Prozent des Universums, damit bleiben nur ca. fünf Prozent für „normale“ Materie, die unsere Augen respektive unsere Messinstrumente sehen können!)

Erklärung diverser Anomalien

Mit seinem Modell kann Wiltshire laut eigener Aussage nicht nur die Daten (auch die berüchtigten Supernova-Messungen) erklären, auf die sich die Theorie der Dunklen Energie stützt, sondern auch einiges, an dem diese bisher gescheitert ist. Zum Beispiel diverse Anomalien in der beobachteten kosmischen Hintergrundstrahlung. Oder das Ausmaß der Entstehung des chemischen Elements Lithium im frühen Universum.

„Manche Physiker erfinden ja neue Teilchen, um das Lithium-Problem zu erklären“, sagt Wiltshire nicht ohne Ironie. Er erfindet keine Teilchen – und ist auch für weitreichende Vorhersagen über die Zukunft der Welt nicht zu haben. „Sie ist nicht vorhersagbar, eben weil das Universum so inhomogen ist“, sagte er bei einem Vortrag im (überfüllten) großen Seminarraum der theoretischen Physiker der Uni Wien.

Wo kein Kollege einen fundamentalen Einwand erhob. Eigentlich überraschend für eine Theorie, die 72 Prozent des Weltalls mit einem Streich abschafft.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 19.06.2008)