Das Rätsel der Ausdehnung des Universums – Es gibt keine Dunkle Materie und keine Dunkle Energie

Im Jahr 1929 veröffentlichte der Astronom Edwin Hubble ein Fachpapier, das zeigte, dass sich das Universum ausdehnt. Dies führte zur Entwicklung der Hubble-Konstante, der Zahl, die beschreibt, wie schnell sich das Universum ausdehnt. Doch das schuf schließlich ein Rätsel, das als Hubble-Spannung bekannt ist, da sich diese kosmische Expansion je nach den verwendeten kosmischen Objekten zur Messung teilweise stark unterscheidet. Um das Problem zu lösen suchen Forscher immer nach findigen Auswegen, um das Standardmodell nicht zu gefährden. Ganz aktuell wurden deshalb Modelle vorgestellt, die behaupten, dass sich das ganze Universum möglicherweise langsam dreht. Die vorgeschlagene langsame Geschwindigkeit, mit der sich das Universum möglicherweise dreht, ist zu gering, um sie zu erkennen, würde jedoch dennoch die Expansionsrate des Universums beeinflussen und erfordert keine neue Physik. Somit wäre diese Drehgeschwindigkeit so gering, dass wir sie nicht erkennen können. (Von Jason Mason)

Diese allgemeine Diskrepanz, bekannt als das Rätsel der Universums-Erweiterung, zwingt Wissenschaftler dennoch dazu, das Standardmodell der Kosmologie in Frage zu stellen. Das Problem dreht sich um widersprüchliche Messungen der Expansionsrate des Universums, oder der Hubble-Konstante. Beobachtungen mit zwei verschiedenen Methoden haben Ergebnisse produziert, die nicht übereinstimmen. Der Unterschied beträgt bis zu 10 Prozent. Diese Diskrepanz hat einen kritischen Punkt erreicht, und Forscher warnen, dass sie unser Verständnis des Universums verändern könnte.

Der Satellit der Europäischen Weltraumorganisation, Planck, erfasste eine Hubble-Konstante von 67 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec (km/s/Mpc), was mit den Vorhersagen des Standardmodells der Kosmologie übereinstimmt. Cepheidenvariablen sind pulsierende Sterne, die in einem vorhersehbaren Rhythmus flackern. Indem Astronomen ihre intrinsische Helligkeit mit ihrer beobachteten Helligkeit von der Erde vergleichen, können sie Entfernungen berechnen und die Expansion des Universums in seinen späteren Phasen verfolgen. Diese Methode deutet auf eine schnellere Expansionsrate von 73 km/s/Mpc hin, was eine Lücke schafft, die Physiker nicht erklären können. Eine neuere Studie mit dem Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) hat das Rätsel vertieft. DESI kartiert die Positionen von Millionen von Galaxien und liefert präzise Daten zur Expansion des Universums. Unsicherheiten rund um den nahegelegenen Coma-Galaxienhaufen trübten zunächst die Ergebnisse. Diese Ergebnisse bestimmten die Entfernung des Haufens auf etwa 320 Millionen Lichtjahre von der Erde. Mit dieser Anpassung berechnete DESI eine noch schnellere Expansionsrate von 76,5 km/s/Mpc, was die Lücke weiter vergrößerte und das Rätsel der Universumserweiterung bestätigte.

Was könnte das für die Physik bedeuten? Wenn diese Diskrepanzen bestehen bleiben, könnten sie auf völlig neue Physik hinweisen. Einige Wissenschaftler schlagen vor, dass unbekannte Teilchen, dunkle Energie oder verborgene Kräfte die schnellere Expansionsrate erklären könnten. Andere glauben, dass das Standardmodell der Kosmologie, das die Wissenschaft seit Jahrzehnten leitet, eine vollständige Überarbeitung erfordert. Das Rätsel der dunklen Energie, einer unsichtbaren Kraft, die die Expansion des Universums beschleunigt, soll eigentlich 95 % des Kosmos erklären können, doch wir wissen nichts über dunkle Energie oder dunkle Materie.

Seit Jahrhunderten strebt die Menschheit danach, das Universum zu verstehen, doch eine erstaunliche Wahrheit bleibt bestehen: 95 % des Universums sind ein völliges Rätsel. Eines der größten Rätsel der modernen Wissenschaft ist ein Phänomen, so seltsam und schwer fassbar, dass es unser grundlegendes Verständnis der Realität herausfordert – die sogenannte dunkle Energie. Die oft zitierte Zahl von 95 % bezieht sich auf die kombinierten Beiträge von dunkler Energie und dunkler Materie. Während dunkle Energie etwa 68 % ausmacht, entfallen etwa 27 % auf dunkle Materie. Erstmals 1998 identifiziert, ist dunkle Energie eine geheimnisvolle Kraft, die das Universum angeblich dazu bringt, sich mit einer beschleunigten Rate auszudehnen. Trotz jahrzehntelanger Forschung sind Wissenschaftler immer noch im Dunkeln über ihre wahre Natur.

Das späte 20. Jahrhundert war ein Wendepunkt in der Kosmologie. Astronomen, die entfernte Supernovae untersuchten, bemerkten etwas Unerwartetes: Das Universum dehnte sich nicht nur aus, sondern es beschleunigte sich. Diese Offenbarung stellte die wissenschaftlichen Erwartungen auf den Kopf. Zuvor hatten Forscher angenommen, dass die Schwerkraft das Wachstum des Universums allmählich verlangsamen würde, aber die Daten erzählten eine ganz andere Geschichte. Teams von Wissenschaftlern überprüften sorgfältig die Beweise und hinterfragten, ob Fehler in den Berechnungen die bizarren Ergebnisse erklären könnten. Letztendlich hielten die Ergebnisse stand. Eine neue, unsichtbare Kraft war am Werk, und sie war viel einflussreicher, als es irgendjemand für möglich gehalten hatte.

Im Gegensatz zu gewöhnlicher Materie oder sogar dunkler Materie funktioniert dunkle Energie auf Weisen, die der Intuition widersprechen. Sie klumpt nicht zusammen und bildet keine Strukturen. Stattdessen existiert sie gleichmäßig im gesamten Universum und übt eine abstoßende Kraft aus, die das Gewebe des Raums selbst dehnt. Diese gleichmäßige Verteilung bedeutet, dass dunkle Energie überall vorhanden ist und das Universum in einem Maß beeinflusst, das von keiner anderen Kraft erreicht wird. Doch all das ist reine Theorie. Die Vorstellung vom Vorhandensein einer unsichtbaren dunklen Energie hauchte einer Idee neues Leben ein, die erstmals von Albert Einstein vorgeschlagen wurde. Im frühen 20. Jahrhundert führte Einstein eine kosmologische Konstante in seine Gleichungen ein, in der Hoffnung, ein statisches Universum zu beschreiben. Als Beweise für die kosmische Expansion auftauchten, wies er die Konstante als Fehler zurück. Jahrzehnte später tauchte die Idee wieder auf, als Wissenschaftler versuchten, die Rolle der dunklen Energie im beschleunigten Universum zu erklären.

Doch mittlerweile schreiben wir das Jahr 2025 und wieder neue Resultate liegen vor, die belegen, dass weder dunkle Materie noch dunkle Energie tatsächlich im Universum vorhanden ist. Neue Modelle zeigen, dass in unterschiedlichen Teilen des Kosmos die Zeit langsamer oder schneller vergeht als auf Erden. Diskrepanzen darin, wie schnell die Zeit in verschiedenen Regionen des Universums vergeht, könnten sich insgesamt auf Milliarden von Jahren summieren und einigen Orten mehr Zeit zum Expandieren geben als anderen. Wenn wir durch diese Zeit verzerrenden Blasen auf entfernte Objekte blicken, könnte dies die Illusion erzeugen, dass die Expansion des Universums sich beschleunigt. Zwei neue Studien haben mehr als 1.500 Supernovae analysiert, um zu untersuchen, wie wahrscheinlich dieses Konzept sein könnte – und festgestellt, dass das neue „Timescape-Modell“ möglicherweise besser zu den Beobachtungen passt als unser derzeit bestes herkömmliches Modell.

Aber es ist alles andere als gleichmäßig da draußen: Wir sehen ein kolossales kosmisches Netz, durchzogen von Filamenten von Galaxien, die durch riesige Leerräume getrennt sind, die leerer sind, als wir begreifen können. Dann treten weitere Anomalien wie unfassbar riesige Strukturen im All auf, die zum Beispiel einen Ring bilden usw. Wenn man das über die riesige Lebensdauer des Universums nachsinnt, könnten in den Leerräumen Milliarden Jahre mehr vergangen sein als in den Bereichen mit dichter Materie, vermuten die Autoren der neuen Studie. Eine verblüffende Implikation davon ist, dass es keinen Sinn mehr macht zu sagen, dass das Universum ein einheitliches Alter von 13,8 Milliarden Jahren hat. Stattdessen hätten verschiedene Regionen unterschiedliche Alter. Dies deutet auf einen potenziellen Bedarf hin, die Grundlagen der Kosmologie gänzlich zu überdenken. Die meisten Astronomen und Kosmologen unterstützen die Idee der dunklen Energie, aber einige tun es nicht. Da es keine empirischen Beweise für dunkle Energie gibt, können wir kein Experiment entwerfen, um zu sehen, ob sie vorhanden ist. Daher ist sie quasi nicht existent. Wissenschaftler haben keine Ahnung, was dunkle Energie genau ist. Im Moment denken sie einfach, dass es etwas ist, das die Beschleunigung der Expansion des Universums ermöglicht. Es gibt viele Ideen, aber keine Antworten.

Trotz Fortschritten in Technologie und Wissenschaft bleibt dunkle Energie ein großes Rätsel. Es gibt Spekulationen über unbekannte Strukturen im Gewebe des Universums, die dieses Phänomen beeinflussen. Doch keine Hypothese hat definitiv erklärt, warum dunkle Energie existiert oder wie sie funktioniert. Dunkle Energie macht 68 % der Zusammensetzung des Universums aus, während dunkle Materie weitere 27 % hinzufügt. Das lässt nur 5 % für die Materie, die Sterne, Planeten und alles beobachtbare Leben bildet. Mit anderen Worten, fast alles, was wir erleben, ist nur ein winziger Bruchteil dessen, was da draußen vorhanden ist – oder auch nicht. Jede neue Entdeckung bringt uns näher an die ultimative Frage: Was liegt jenseits der 5 %, die wir verstehen und beobachten können? Im Moment steht die dunkle Energie als demütigende Erinnerung daran, wie viel wir noch über das Universum lernen müssen.

Neue Forschung legt nahe, dass unser Universum keine dunkle Materie hat. Seit dem Jahr 2024 sind weitere aktuelle Modelle für die Zusammensetzung des Universums veröffentlicht worden, die besagen, dass es nicht aus normaler Materie, dunkler Energie und dunkler Materie besteht. Eine heute veröffentlichte Studie der Universität Ottawa hinterfragt das aktuelle Modell des Universums, indem sie zeigt, dass es tatsächlich keinen Platz für dunkle Materie hat. Diese Entdeckung stellt das vorherrschende Verständnis des Universums in Frage, das besagt, dass etwa 27 % aus dunkler Materie und weniger als 5 % aus gewöhnlicher Materie bestehen, während der Rest aus dunkler Energie besteht.

Die Autoren der Studie erklären dazu, dass die Ergebnisse bestätigen, dass unsere vorherige Arbeit über das wahre Alter des Universums von ca. 26,7 Milliarden Jahren es uns ermöglicht hat, zu entdecken, dass das Universum keine dunkle Materie benötigt, um zu existieren. In der Standardkosmologie wird gesagt, dass die beschleunigte Expansion des Universums durch dunkle Energie verursacht wird, ist aber tatsächlich auf die schwächer werdenden Kräfte der Natur zurückzuführen, während es sich ausdehnt, und nicht auf dunkle Energie.

Auf der Suche nach dem Verständnis, wie das Universum entstanden ist, schreibt eine weitere neue Theorie Geschichte. Anstelle einer massiven, explosiven Geburt wie dem Urknall schlägt diese Idee vor, dass das Universum in plötzlichen, kraftvollen Schritten gewachsen ist. In unsichtbaren, blitzschnellen Ausbrüchen, die das Fundament der Physik erschüttern. Diese Ereignisse, die als „temporale Singularitäten“ bezeichnet werden, könnten der Schlüssel zum Rätsel sein, wie Galaxien entstehen und warum sich das Universum immer schneller ausdehnt. Am wichtigsten ist, dass diese Theorie die Möglichkeit bietet, alles zu erklären, ohne sich auf dunkle Materie oder dunkle Energie zu stützen, zwei unsichtbare Kräfte, nach denen Wissenschaftler seit Jahrzehnten suchen, die sie jedoch niemals gefunden haben.

Das Auftreten alternativer Theorien, die nicht auf dunkler Materie oder dunkler Energie basieren, deutet darauf hin, dass es möglicherweise neue Physik zu entdecken gibt. Dies könnte eine Überarbeitung unseres Verständnisses von Gravitation, Raum-Zeit oder den fundamentalen Kräften der Natur erfordern. Wenn temporale Singularitäten oder andere Mechanismen gefunden werden, die die Entstehung von Galaxien und die beschleunigte Expansion des Universums erklären, könnte dies unser Verständnis der kosmischen Evolution grundlegend verändern. Dies würde ein Umdenken darüber erfordern, wie Galaxien und großräumige Strukturen entstehen und interagieren.

Wie alt könnte das Universum daher wirklich sein? Letztendlich wird die Akzeptanz eines neuen Modells gegenüber dem Urknall vom wissenschaftlichen Konsens abhängen. Angesichts zahlreicher neuer Entdeckungen, die das Urknall-Modell und die Standardkosmologie obsolet machen, warum sind Wissenschaftler stark gegen einen Paradigmenwechsel in der Wissenschaft und nicht offen für neue Ideen? Die wissenschaftliche Gemeinschaft ist nicht immun gegen politische und institutionelle Einflüsse. Finanzierung, Karrierefortschritt und institutionelles Prestige können an etablierte Theorien gebunden sein. Forscher könnten sich unter Druck gesetzt fühlen, sich an die vorherrschenden Paradigmen anzupassen, um Fördermittel zu sichern, Artikel zu veröffentlichen und ihre Positionen innerhalb akademischer Institutionen zu halten.

Wissenschaftler könnten sich auch über die Implikationen radikal neuer Theorien Sorgen machen, einschließlich der Möglichkeit von Umwälzungen in etablierten Bereichen. Diese Angst kann zu Widerstand gegen Ideen führen, die den Status quo herausfordern. Die Geschichte zeigt, dass Paradigmenwechsel in der Wissenschaft oft Zeit benötigen, aber der Widerstand gegen Paradigmenwechsel in der Wissenschaft wird von einer Kombination aus wissenschaftlichem Konservatismus, politischen und institutionellen Faktoren sowie der Angst vor Unsicherheit beeinflusst. Lehrbücher müssten bereits seit langer Zeit umgeschrieben werden, doch auch das geschieht nicht und die meisten Menschen haben im Grunde völlig veraltete Vorstellungen über den aktuellen Stand der Wissenschaft und Kosmologie.

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