{"id":21650,"date":"2014-05-08T07:30:43","date_gmt":"2014-05-08T05:30:43","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2014\/05\/08\/die-perfekte-theorie-11-die-rueckkehr-der-kosmologischen-konstante\/"},"modified":"2025-05-14T16:14:17","modified_gmt":"2025-05-14T14:14:17","slug":"die-perfekte-theorie-11-die-rueckkehr-der-kosmologischen-konstante","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2014\/05\/08\/die-perfekte-theorie-11-die-rueckkehr-der-kosmologischen-konstante\/","title":{"rendered":"Die perfekte Theorie (11): Die R\u00fcckkehr der kosmologischen Konstante"},"content":{"rendered":"

\"theoriebuch\"<\/a>Dieser Artikel ist Teil einer fortlaufenden Besprechung des Buchs „Die perfekte Theorie: Das Jahrhundert der Genies und der Kampf um die Relativit\u00e4tstheorie“<\/a>*<\/a> (im Original „The Perfect Theory: A Century of Geniuses and the Battle over General Relativity“<\/a>*<\/a> von Pedro Ferreira. Jeder Artikel dieser Serie besch\u00e4ftigt sich mit einem anderen Kapitel des Buchs. Eine \u00dcbersicht \u00fcber alle bisher erschienenen Artikel findet man hier<\/a>
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\nIm ersten Kapitel<\/a> des Buchs haben wir erfahren, was eigentlich das allgemeine an der Allgemeinen Relativit\u00e4tstheorie ist und wie Albert Einstein \u00fcberhaupt auf die Idee kam, sie zu entwickeln. Im zweiten Kapitel<\/a> hat Einstein dann m\u00fchsamer Rechnerei endlich herausgefunden, wie er diese Theorie formulieren kann. Das dritte Kapitel<\/a> hat gezeigt, dass wir aus der allgemeinen Relativit\u00e4tstheorie \u00fcberraschend viel \u00fcber die Entstehung des Universums lernen k\u00f6nnen. Kapitel 4<\/a> hat erkl\u00e4rt, dass man aus ihr auch faszinierende Erkenntnisse \u00fcber sterbende Sterne erhalten kann. In Kapitel 5<\/a> ging es um Einsteins Gegner und die zweifelten in Kapitel 6<\/a> sogar den Urknall an; den gr\u00f6\u00dften Erfolg der Relativit\u00e4tstheorie. In Kapitel 7<\/a> erz\u00e4hlt Ferreira wie die Relativit\u00e4tstheorie langsam wieder an Fahrt aufnahm und sich nun auch die Astrophysiker mit ihr besch\u00e4ftigten mussten und Kapitel 8<\/a> zeigte, dass das eine gute Idee war, denn die komischen Ph\u00e4nomene die Einsteins Theorie vorhersagte, schienen im Kosmos tats\u00e4chlich zu existieren. In Kapitel 9<\/a> haben sich die Forscher wieder dem Versuch gewidmet, die „Theorie von allem“ zu finden, die schon Einstein selbst finden wollte. Und in Kapitel 10<\/a> hat man mit den Gravitationswellen endlich ein Anwendungsgebiet der Allgemeinen Relativit\u00e4tstheorie gefunden, mit dem sich ordentlich experimentieren l\u00e4sst.<\/p>\n

In Kapitel 11 wird es aber wieder theoretisch und mysteri\u00f6s. Es geht um da, was man im Universum nicht sehen kann und die R\u00fcckkehr der ungeliebten kosmologischen Konstante. Die Kosmologie war anfangs eigentlich generell ziemlich unbeliebt, da sie von vielen nicht als ernsthafte Wissenschaft betrachtet wurde. Man kann keine Experimente mit dem Universum machen und all die Theorien \u00fcber Urknall, Expansion des Alls und die ganzen Seltsamkeiten die aus Einsteins Feldgleichungen erwuchsen, lie\u00dfen sich schwer bis unm\u00f6glich ernsthaft durch Beobachtungen \u00fcberpr\u00fcfen. Die Kosmologie erschien vielen als zu esoterisch; bestenfalls als theoretische und mathematische Spielerei. Das \u00e4nderte sich im Wesentlichen erst durch die Arbeit des Amerikaners Jim Peebles, der 1971 das Buch „Physical Cosmology“<\/i> ver\u00f6ffentlichte und die Kosmologie auf eine solide wissenschaftliche Basis stellte. <\/p>\n

\"Das<\/a>
Das Buch von damals gibt es – unter neuem Titel – heute immer noch zu kaufen.<\/figcaption><\/figure>\n

Ein gro\u00dfes Ziel der damaligen Zeit war es, die gro\u00dfr\u00e4umige Struktur des Universums zu verstehen und zu erkl\u00e4ren. Wie entstanden Galaxien? Warum sind sie so verteilt, wie sie verteilt sind? Und wie sind<\/i> sie eigentlich im Universum verteilt? Wie wirkt sich die Expansion des Alls auf die Entstehung von Galaxien aus? Welche Bedingungen mussten im fr\u00fchen Universum geherrscht haben, damit sich aus der Suppe von Energie und Elementarteilchen Sterne und Galaxien bilden konnten? Und so weiter – jede Menge Fragen ohne konkrete Antworten. Peebles probierte, die Entstehung von Galaxien und die Entwicklung des Universums ausgehend von Einsteins Feldgleichungen zu berechnen und zwar so, dass die Ergebnisse am Ende mit dem \u00fcbereinstimmt was man auch beobachten kann.<\/p>\n

Und Beobachtungen kamen immer \u00f6fter! Man entdeckte (nachdem ihre Existenz zuvor vorausgesetzt wurde) die kosmologische Hintergrundstrahlung und die kleinen Variationen in dieser Strahlung die vorhanden sein mussten, damit \u00fcberhaupt irgendwas entstehen konnte. Die Hintergrundstrahlung ist der heutige noch sichtbare \u00dcberrest des Urknalls (siehe hier f\u00fcr eine genauere Erkl\u00e4rung<\/a>; die erste Strahlung, die sich im fr\u00fchen Universum (400.000 Jahre nach dem Anfang) ausbreiten konnte. Die genauen Eigenschaften dieser Strahlung h\u00e4ngen – das erkannten Peebles und seine Kollegen damals – von der Verteilung der Materie zur damaligen Zeit aus. W\u00e4re alles komplett gleich verteilt gewesen, dann w\u00e4re auch die Hintergrundstrahlung komplett identisch – aber es k\u00f6nnte auch keine Strukturen im Universum geben. Denn damit etwas entstehen kann, braucht es kleine Unregelm\u00e4\u00dfigkeiten; kleine Dichteunterschiede in der fr\u00fchen Materieverteilung, die zu einem gravitativen Kollaps f\u00fchren k\u00f6nnen und dazu, dass sich aus den ersten Teilchen Sterne und aus den Sternen Galaxien bilden.<\/p>\n

Die Variationen in der Hintergrundstrahlung sind so winzig, dass sie erst 1992 mit dem COBE-Satelliten beobachtet werden konnten. Aber so freudig ihr Entdeckung begr\u00fc\u00dft wurde: man wusste auch, dass man da noch einiges nicht so ganz verstanden hatte. Die Verteilung der Galaxien zum Beispiel, die aus den Theorien von Peebles und seinen Kollegen resultierten stimmten nicht mit dem \u00fcberein, was man tats\u00e4chlich sehen konnten. Andere Wissenschaftler stellten fest, dass das Universum viel zu flach war. Laut Einsteins Gleichungen sollte die Kr\u00fcmmung des Alls im Laufe der Zeit wachsen und wenn der Raum heute enorm flach und gar nicht gekr\u00fcmmt ist, dann muss es fr\u00fcher noch<\/i> flacher gewesen sein. Ein flaches Universum ist zwar als L\u00f6sung der Feldgleichungen zul\u00e4ssig – aber es ist ein enormer Spezialfall. Unser Universum schien ein ziemlich unwahrscheinliches Universum zu sein.<\/p>\n

Die L\u00f6sung f\u00fcr dieses Problem wurde k\u00fcrzlich gefunden. Nachdem die Theoretiker in den 1980er Jahren das erste Mal das Konzept der „kosmologischen Inflation“ vorgeschlagen hatten – also eine kurze Phase enorm schneller Expansion des Alls kurz nach dem Urknall – konnte diese Phase 2014 durch Beobachtungen nachgewiesen werden. Ich habe das alles hier<\/a> und hier<\/a> schon ausf\u00fchrlich zusammengefasst und m\u00f6chte die entsprechenden Stellen aus Ferreiras Buch hier nicht nochmal wiederholen. Die Inflation l\u00f6ste das Problem des flachen Universums (und noch ein paar andere Probleme) jedenfalls zufriedenstellend. Blieb nur noch die Sache mit der unsichtbaren Materie.<\/p>\n

Schon seit den 1930er Jahren stellten Astronomen fest, dass die sichtbare Materie nicht alles sein konnte, da die Gravitationswirkung nicht mit der beobachteten Menge an Materie zusammen passte. Sterne bewegten sich schneller, als sie eigentlich sollten; Galaxien ebenso: Alles verhielt sich so, als w\u00e4re da noch viel mehr Materie als die, die man sehen kann. Auch zu dieser „dunklen Materie“ habe ich schon eine ausf\u00fchrliche Serie<\/a> geschrieben und m\u00f6chte das hier nicht noch mal wiederholen. Die Kosmologen jedenfalls entwickelten ein Modell der Entwicklung des Universums mit Urknall, Inflation und dunkler Materie und stellten fest, dass es zwar recht elegant war und ein gutes Konzept. Nur die Beobachtungen lie\u00dfen sich immer noch nicht einwandfrei erkl\u00e4ren.<\/p>\n

Das Universum war laut diesem „CDM-Modell“ („Cold Dark Matter-Modell“) viel zu jung; das Verh\u00e4ltnis von dunkler Materie zu normaler Materie viel gr\u00f6\u00dfer als beobachtet. Und die Verteilung der Materie die man aus Einsteins Gleichungen erhielt stimmte immer noch nicht mit der Realit\u00e4t \u00fcberein. Es gab eine M\u00f6glichkeit, das Modell zu verbessern und es mit der Realit\u00e4t in Einklang zu bringen. Aber diese M\u00f6glichkeit wollte niemand so wirklich nutzen. Denn dazu h\u00e4tte man die kosmologische Konstante wieder einf\u00fchren m\u00fcssen.<\/p>\n

\"Lambdas<\/a>
Lambdas sind doof!<\/figcaption><\/figure>\n

Diese Modifikation der Einsteinschen Feldgleichungen hatte Einstein damals noch selbst durchgef\u00fchrt um die seiner Meinung nach unsinnige Konsequenz eines expandieren Universums aus den Gleichungen zu eliminieren. Sp\u00e4ter strich er sie wieder, als er erkannte, dass das All tats\u00e4chlich expandiert. Nun aber h\u00e4tten die Kosmologen eine das ganze Universum durchdringende Kraft durchaus gut gebrauchen k\u00f6nnen um ihr CDM-Modell zu verbessern. Aber die kosmologische Konstante war tabu – obwohl sie immer wieder auftauchte. 1984 stellte Peebles selbst fest, dass ein funktionierendes CDM-Modell eine kosmologische Konstante braucht, die eine Energie beschreibt die 80 Prozent der gesamten Energie im Universum ausmacht. Andere Wissenschaftler kamen zu \u00e4hnlichen Ergebnissen und verwarfen sie so wie Peebles es tat, weil er das schlicht und einfach nicht plausibel fand. <\/p>\n

Aber 1998 gab es neue Beobachtungsdaten. Ich habe sie hier im Detail<\/a> beschrieben: Zwei Forschergruppen entdeckten, dass sich das All tats\u00e4chlich immer schnell ausdehnt und da tats\u00e4chlich eine noch unbekannte Form von Energie im Universum vorhanden sein muss, die diese beschleunigte Expansion antreibt. Man nannte sie analog zur „dunklen Materie“ die „dunkle Energie“ und stellte fest, dass die Beobachtungsdaten gut zu den verworfenen Theorien passten. Die kosmologische Konstante war zur\u00fcck gekehrt und das CDM-Modell durch das „Lambda-CDM-Modell“ ersetzt („Lambda“ steht f\u00fcr den griechischen Buchstaben, der die kosmologische Konstante in Formeln beschreibt). <\/p>\n

Das Lambda-CDM-Modell beschreibt die Beobachtungen wirklich enorm gut. Nur die Natur der dunklen Energie ist heute noch so unklar wie damals. Man vermutet zwar, dass es sich um die im Raum selbst steckende Energie; die „Vakuumenergie“ handeln k\u00f6nnte. Aber wenn man berechnet wie gro\u00df sie ist, dann stimmt das Ergebnis so absolut gar nicht mit den Beobachtungen \u00fcberein. Vielleicht liegt das daran, dass wir immer noch keine funktionierende Quantentheorie der Gravitation haben. Vielleicht aber auch daran, dass die dunkle Energie etwas ganz anderes ist. Im Universum gibt es noch jede Menge zu entdecken…<\/p>\n

<\/a>*Affiliate-Links<\/span>\"\"<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Dieser Artikel ist Teil einer fortlaufenden Besprechung des Buchs „Die perfekte Theorie: Das Jahrhundert der Genies und der Kampf um die Relativit\u00e4tstheorie“* (im Original „The Perfect Theory: A Century of Geniuses and the Battle over General Relativity“* von Pedro Ferreira. Jeder Artikel dieser Serie besch\u00e4ftigt sich mit einem anderen Kapitel des Buchs. Eine \u00dcbersicht \u00fcber […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":12177,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[742,11],"tags":[662,1365,3932,4165,433,6106,7595,327,8556,11284,456],"class_list":["post-21650","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-die-perfekte-theorie","category-naturwissenschaften","tag-albert-einstein","tag-allgemeine-relativitaetstheorie","tag-die-perfekte-theorie","tag-dunkle-energie","tag-dunkle-materie","tag-gravitation","tag-jim-peebles","tag-kosmologie","tag-kosmologische-konstante","tag-pedro-ferreira","tag-physik"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/21650","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=21650"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/21650\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":21651,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/21650\/revisions\/21651"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media\/12177"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=21650"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=21650"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=21650"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}