Grundlagenforschung

Die Kosmologie tappt buchstäblich im Dunkeln

Löst die Entdeckung von Dunkler Energie das größte Rätsel der Weltraumforschung, oder haben wir in Wahrheit „keine Ahnung, woraus das Universum besteht“?

Wolfgang Kaufmann

15.03.2024

Die Entstehung des Universums ist das größte Mysterium aller Zeiten. Glaubt man der Bibel, erschuf Gott Licht und Finsternis und damit letztlich auch die Sterne. Astrophysiker gehen stattdessen von einem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren aus. Damals sollen sich Raum, Zeit und Materie aus der sogenannten Anfangssingularität mit unendlich großer Energiedichte und null Ausdehnung entwickelt haben. Der Haken an dieser Urknall-Theorie ist allerdings, dass die Erklärungen über die Expansion des Universums nach der „Explosion“ der Anfangssingularität nicht mit den astronomischen Beobachtungen in Einklang zu bringen sind. Das gilt ebenso für die Struktur des Kosmos als zwangsläufige physikalische Folge seiner Entwicklung seit dem Urknall.

So müsste sich die Ausdehnung des Universums aufgrund der entstandenen Materie und der durch diese wirkende Schwerkraft eigentlich kontinuierlich verlangsamen. Konkrete Messungen an weit entfernten Galaxien ergaben jedoch etwas anderes: Nach einer anfänglichen Bremsung kam es vor 6,1 Milliarden Jahren zur Beschleunigung der Expansion. Derzeit nimmt die Ausdehnung des Weltalls alle 3,26 Millionen Lichtjahre um 70 Kilometer pro Sekunde zu. Angesichts dessen brachten die Astrophysiker die Dunkle Energie ins Spiel. Diese hypothetische oder besser spekulative Form von Energie soll auf irgendeine, bislang ungeklärte Weise dafür sorgen, dass das Universum nicht nur unablässig, sondern auch immer schneller wächst.

Was das All auseinander treibt
Aber das ist keineswegs das einzige Problem der Anhänger der Urknall-Theorie und des darauf basierenden Standardmodells der Weltraumforschung. Denn offensichtlich kann das Modell die Bewegungen der sichtbaren Materie im All ebenfalls nicht schlüssig erklären. So fand der Schweizer Astronom Fritz Zwicky schon vor knapp einhundert Jahren heraus, dass die Schwerkraft der sichtbaren Sterne in den großen Galaxienhaufen nicht ausreicht, um diesen Gebilden ihre charakteristische Form zu verleihen. Deshalb wurde nachfolgend auch die Existenz von Dunkler Materie behauptet, die weder Licht aussendet noch anderweitig nachweisbar ist, außer eben durch ihre Schwerkraft.

Damit die Berechnungen der Astrophysiker aufgehen, muss es freilich sehr viel Dunkle Energie und Dunkle Materie im Kosmos geben. In der Zeit kurz nach dem Urknall soll der Anteil der Dunklen Materie an der Gesamtmenge von Materie und Energie im Universum bei 63 Prozent gelegen haben, während die Dunkle Energie noch fehlte. Dahingegen besteht das All jetzt angeblich zu 72 Prozent aus Dunkler Energie und zu 23 Prozent aus Dunkler Materie. Diese beiden Komponenten, über die wir faktisch nichts wissen, würden somit also 95 Prozent unseres Universums ausmachen!

Das führte zu zwei gegensätzlichen Reaktionen, nämlich einer scharfen Kritik an solchen Spekulationen auf der einen Seite und dem Bestreben, mehr über die Dunkle Materie und die Dunkle Energie herauszufinden, auf der anderen Seite.

Zu den entschiedensten Gegnern des Versuchs, die Urknall-Theorie und das Standardmodell der Kosmologie durch die Einführung zusätzlicher Elemente zu retten, zählt der australische Physiker John Hartnett. Dieser sagt klipp und klar, es gebe nur einen einzigen Grund für den bislang stets misslungenen Nachweis der Dunklen Energie und der Dunklen Materie, und das sei deren Nichtexistenz. Deshalb spricht Hartnett auch von zwei „Schummelfaktoren“, deren Zweck letztlich darin liege, zu kaschieren, dass die Wissenschaft „keine Ahnung hat, woraus das Universum besteht“. Darüber hinaus verweist der Physiker auf den quasireligiösen Charakter des Ganzen: Fehlendes Wissen werde einfach durch Glauben ersetzt, womit die Einführung der Dunklen Energie und der Dunklen Materie an theologische Postulate wie die Lehre von der Dreifaltigkeit Gottes erinnere.

Euclid-Mission soll Klarheit bringen
In Konfrontationshaltung zu Kritikern vom Schlage Hartnetts stehen unter anderem die mehr als tausend Astrophysiker und Kosmologen, welche der internationalen Forschergruppe angehören, die derzeit gespannt auf die ersten Ergebnisse der 1,4 Milliarden Euro teuren Euclid-Mission wartet. Denn das zwei Tonnen schwere europäische Weltraumteleskop „Euclid“, das am 1. Juli 2023 mit einer Falcon-9-Rakete von Elon Musks SpaceX gestartet wurde und am 15. Februar dieses Jahres am extrem lichtarmen zweiten Lagrange-Punkt in 1,5 Millionen Kilometern Entfernung von der Nachtseite der Erde mit seinem systematischen Beobachtungsprogramm begann, hat die Aufgabe, handfeste Beweise für die Existenz der Dunklen Materie und Energie zu liefern.

Zu diesem Zweck soll es mindestens sechs Jahre lang Galaxien und Galaxienhaufen in bis zu zehn Milliarden Lichtjahren Entfernung durchmustern, um auf diese Weise etwas über die Frühzeit des Kosmos vor mehr als sechs Milliarden Jahren zu erfahren, in der die Verlangsamung der Expansion des Universums endete und die Phase der Beschleunigung begann. Unter anderem erhoffen sich die beteiligten Wissenschaftler Antworten auf die Frage, wo die unsichtbare Dunkle Materie denn nun genau zu finden sei und welche Eigenschaften die „negative“ Dunkle Energie habe, die der Schwerkraft entgegenwirke und das Universum auseinandertreibe. Insofern handelt es sich bei der Euclid-Mission um Grundlagenforschung reinsten Wassers, welche der Untersuchung bislang vollkommen hypothetischer Phänomene dient, und die mit der Gefahr einhergeht, dass der finanzielle Aufwand von etwa drei Euro pro EU-Bürger weitestgehend umsonst war.

Ungeachtet dieser Unsicherheit plant die europäische Weltraumbehörde ESA außerdem noch das Laser-Weltraum-Interferometer LISA, dessen Kosten momentan recht schwammig mit etwa einer Milliarde Euro veranschlagt werden. LISA soll aus mehreren Satelliten bestehen, die ein Dreieck mit 2,5 Millionen Kilometern Kantenlänge bilden und ab 2035 Gravitationswellen auffangen sollen, aus denen auf das Dichteprofil und die Teilcheneigenschaften der Dunklen Materie geschlossen werden kann – wenn diese tatsächlich existiert und am Ende doch nicht nur ein Hirngespinst der Astrophysiker ist.

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Kommentare

Chris Benthe am 21.03.24, 14:42 Uhr

Spekulieren kann man trefflich und viel, indes, wenn man nicht den Mut besitzt (Einstein und Heisenberg besaßen diesen), grundlegende, immer nur vorläufig bestehende Erkenntnisse der Physik in Frage zu stellen, bleibt man auf dem Punkt...dem Lagrange-Punkt, wenn Sie so wollen ;-)
Jedenfalls mangelt es der aktuellen Physik an der Entschlossenheit, die Gravitationskraft unter die Lupe zu nehmen. Es gibt ernstzunehmende Physiker, die die Auffassung vertreten, die Gravitation sei in Wahrheit eine weitere Kernkraft (neben elektromagnetischer, schwacher und starker Kernkraft), die uns zur Annahme verleitet, es sei die pure Masse, die mit dem Phänomen der Gravitation korrespondiere. Was, wenn es die Gravitation, so wie wir sie heute verstehen, gar nicht gibt ? Dann fällt auch das Konzept der "Dunklen Materie" in sich zusammen. Nur Mut, Freunde ! Schauen, Nachdenken, Lernen !

andreas doerfler am 18.03.24, 11:24 Uhr

Hallo zusammen,
ein Gedankenspiel über Zeit.

Wenn auf der Erde, bzw. in unserem Sonnensystem die Zeit "anders" vergehen würde, brauchen wir keine "dunkle Materie" um die Diskrepanz zwischen Beobachtung und Berechneung zu verstehen.
Wie gesagt, nur ein Gedankenspiel. :)

Manfred Kaiser am 17.03.24, 13:21 Uhr

Es ist leider ein Standardverfahren ,daß Kosten im Voraus zu niedrig angegeben werden um Projekte ,die mit den wahren Kosten nie durchsetzbar wären ,zu realisieren.Das gilt überall.Wenn erst mal erhebliche Summen ausgegeben wurden scheuen sich alle das Projekt abzubrechen weil dann das bisher ausgegebene Geld verschwendet wäre.Irgendwie muß man das Verfahren ganz allgemein aber unter Kontrolle bekommen,vielleicht durch bindende Kostenvoranschläge und unangenehme Folgen für die Projektführer wenn die Kosten überschritten werden.Es geht eben nicht nur um stupid Steuergeld.
Zur Frage von "dunkler" Materie und Energie hätte ich noch eine andere Erklärung für die Ausdehnung des Weltalls:
Wenn das gesamte All rotieren würde ,würde sich bei einer zu hohen Rotationsgeschwindigkeit das All ausdehnen.Eine Rotation können wir nicht erkennen ,da eine außerhalb des Alls bestehende Marke nicht möglich ist.Mich würde interessieren wie andere Leser und der Autor diese Erklärung sehen.