Die verborgene Wirklichkeit

Zahl, die am Beginn dieses Kapitels steht. 9
    Wie sicher ist dieser Befund? Seit den ersten Messungen sind immer mehr Daten gefunden worden, die sich in das bestehende Bild einfügen und für eine beschleunigte Expansion sprechen. Außerdem stimmen ergänzende Messungen (die sich beispielsweise auf Details der Hintergrundstrahlung konzentrierten, siehe Der Stoff, aus dem der Kosmos ist , Kapitel 14) verblüffend gut mit den Beobachtungen an den Supernovae überein. Wenn wir überhaupt noch Freiheiten haben, dann hinsichtlich der Frage, was wir als Erklärung für die beschleunigte Expansion akzeptieren sollen. Wenn wir die Allgemeine Relativitätstheorie als mathematische Beschreibung der Gravitation heranziehen, bietet die abstoßende Gravitation der kosmologischen Konstante tatsächlich die einzige Möglichkeit. Andere Erklärungsansätze ergeben sich jedoch, wenn wir das Bild erweitern und zusätzlich exotische Quantenfelder einbeziehen (die sich, wie wir im Zusammenhang mit dem kosmologischen Inflationsmodell erfahren haben, für eine gewisse Zeit als kosmologische Konstante tarnen können), 10 oder wenn wir die Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie so abwandeln, dass die Gravitationsanziehung
mit zunehmender Entfernung stärker abnimmt als in Newtons oder Einsteins Beschreibung, so dass sich weit entfernte Regionen entsprechend schneller von uns entfernen könnten, ohne dass es dazu einer kosmologischen Konstante bedürfte. Derzeit jedoch lässt sich die Beobachtung beschleunigter Expansion am einfachsten und überzeugendsten damit erklären, dass die kosmologische Konstante nicht verschwindet und dass der Raum von Dunkler Energie erfüllt ist.
    Für viele Wissenschaftler war die Entdeckung, dass die kosmologische Konstante ungleich null ist, das überraschendste Beobachtungsergebnis ihres ganzen Lebens.
    Die Null erklären
    Als ich zum ersten Mal davon hörte, dass die Beobachtungen an den Supernovae für eine kosmologische Konstante sprechen, die ungleich null ist, ähnelte meine Reaktion der vieler anderer Physiker: »Das kann einfach nicht sein.« Die meisten (allerdings nicht alle) Theoretiker waren schon Jahrzehnte zuvor zu dem Schluss gelangt, dass die kosmologische Konstante den Wert null hat. Diese Ansicht erwuchs anfangs aus der Legende von »Einsteins größter Eselei«, aber im Laufe der Zeit ergab sich auch eine Reihe überzeugender Argumente, die dafür sprachen. Das stichhaltigste stammt aus Überlegungen zur Unschärferelation.
    Wegen der Unschärferelation und den damit verbundenen Fluktuationen aller Quantenfelder ist selbst der leere Raum im Bereich des Allerkleinsten ein Schauplatz hektischer Aktivität. Und wie Atome, die in einer Schachtel immer wieder von den Wänden abprallen, oder Kinder, die auf einem Spielplatz herumtoben, so haben auch die Quantenfluktuationen Energie. Aber im Gegensatz zu Atomen oder Kindern sind Quantenfluktuationen allgegenwärtig und unvermeidbar. Man kann nicht einen Teil des Raumes abschließen und die Quantenfluktuationen nach Hause schicken; die von ihnen gelieferte Energie erfüllt den Raum und lässt sich nicht entfernen. Da die kosmologische Konstante nichts anderes ist als Energie, die den Raum erfüllt, bieten die Quantenfluktuationen einen Mechanismus, der auf mikroskopischer Ebene eine kosmologische Konstante erzeugt . Das ist eine entscheidende Erkenntnis. Erinnern wir uns: Als Einstein die Vorstellung von einer kosmologischen Konstante einführte, ging er abstrakt vor – er sagte nichts darüber, was sie sein könnte, woher sie möglicherweise kommt und wie sie entsteht. Die Verbindung zu den Quantenfluktuationen hatte eine zwangsläufige Folge: Wenn Einstein sich die kosmologische Konstante nicht ausgedacht hätte, wäre diese Aufgabe später
irgendjemandem zugefallen, der sich mit Quantenphysik beschäftigte. Bezieht man die Quantenmechanik in die Berechnung ein, muss man sich zwangsläufig mit einem gleichmäßig im Raum verteilten Energiebeitrag auseinandersetzen, der auf Quantenfelder zurückgeht, und damit landet man direkt bei der Vorstellung von einer kosmologischen Konstante.
    Abbildung 6.3 In jedem beliebigen Volumen gibt es unendlich viele Wellenformen und daher unendlich viele unterschiedliche Quantenfluktuationen. Dadurch ergibt sich der problematische Befund eines unendlich großen Energiebeitrags.
    Dies wirft die Frage auf: Wie viel Energie ist in den allgegenwärtigen Quantenfluktuationen enthalten ? Als Theoretiker die