Das Universum hält noch viele Geheimnisse für uns bereit, und zu den faszinierendsten gehören diese unsichtbaren Komponenten: dunkle Materie und dunkle Energie. Seit Jahrzehnten schätzen Astronomen, dass sie den Großteil des Kosmos ausmachen, doch ein neuer Ansatz stellt diese etablierte Sichtweise in Frage und bietet eine ganz andere Erklärung.
Laut den von Rajendra Gupta von der
University of Ottawa geleiteten Forschungen könnten die fundamentalen Kräfte, die unser Universum regieren, wie die Schwerkraft, mit der Zeit allmählich schwächer werden. Diese graduelle Abnahme würde Effekte erzeugen, die verblüffend denen ähneln, die der dunklen Materie und der dunklen Energie zugeschrieben werden.
Zum Beispiel könnte die beschleunigte Expansion des Universums, die oft der dunklen Energie zugeschrieben wird, einfach aus dieser Abschwächung der Kräfte resultieren. Ebenso könnten die Bewegungen der Sterne in Galaxien, die normalerweise die Anwesenheit von dunkler Materie zur Erklärung benötigen, auf lokale Variationen dieser physikalischen Konstanten zurückzuführen sein.
Eine Illustration, die Galaxien zeigt, die das Gefüge der Raumzeit in einem expandierenden Universum krümmen.
Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech Rajendra Gupta präzisiert, dass die Kräfte des Universums im Durchschnitt schwächer werden, während es expandiert. Diese Abschwächung erweckt den Eindruck eines mysteriösen Drucks, der die Expansion beschleunigt und als dunkle Energie identifiziert wurde. Auf der Skala von Galaxien und Galaxienhaufen jedoch erzeugt die Variation dieser Kräfte im gravitativ gebundenen Raum eine zusätzliche Schwerkraft, die der dunklen Materie zugeschrieben wird. Diese Phänomene könnten daher Illusionen sein, die aus einer Evolution dessen entstehen, was wir als Konstanten betrachten, die die Stärke der fundamentalen Wechselwirkungen definieren.
Die Originalität dieses Ansatzes liegt in seiner Fähigkeit, zwei verschiedene Phänomene mit derselben Gleichung zu erklären. Einerseits auf kosmologischer Skala, wo das Universum über weite Entfernungen als homogen betrachtet wird, und andererseits auf astrophysikalischer Skala, wo die Materieverteilung unregelmäßig ist. Das Standardmodell erfordert unterschiedliche Gleichungen für dunkle Materie und dunkle Energie, während diese neue Theorie die Erklärungen vereinheitlicht, ohne auf diese Entitäten zurückzugreifen.
In diesem Modell erscheint ein Parameter, bezeichnet als α, wenn die Kopplungskonstanten sich entwickeln. Dieses α wirkt als eine zusätzliche Komponente in den Gravitationsgleichungen und erzeugt Effekte, die denen ähneln, die der dunklen Materie und der dunklen Energie zugeschrieben werden. Auf kosmologischer Skala wird α als Konstante behandelt, aber lokal, in einer Galaxie, variiert es in Abhängigkeit von der Verteilung der Standardmaterie. So ist, wo nachweisbare Materie reichlich vorhanden ist, der zusätzliche gravitative Effekt geringer, und umgekehrt in Regionen mit geringer Dichte.
Diese Perspektive könnte einige große Rätsel der Astronomie lösen, wie die schnelle Bildung massereicher Galaxien im jungen Universum. Indem das Modell die Chronologie des Universums streckt und sein Alter fast verdoppelt, kann es das frühe Auftreten komplexer Strukturen erklären, ohne exotische Teilchen heranzuziehen. Dies stellt Jahrzehnte der Forschung zur dunklen Materie in Frage und deutet an, dass die größten kosmischen Geheimnisse Illusionen sein könnten, die durch die Evolution der natürlichen Konstanten erzeugt werden.
Die Evolution der fundamentalen Konstanten
Die fundamentalen Konstanten, wie die Gravitationskonstante G oder die Lichtgeschwindigkeit c, sind Werte, die in der klassischen Physik als feststehend betrachtet werden. Sie bestimmen die Stärke der Kräfte und die Eigenschaften des Universums. Die Idee, dass sie sich in Zeit oder Raum verändern könnten, ist nicht neu, gewinnt aber mit fortschrittlichen kosmologischen Modellen an Glaubwürdigkeit.
Wenn sich diese Konstanten ändern, beeinflusst das direkt, wie Materie interagiert. Zum Beispiel könnte eine Abschwächung der Schwerkraft im Laufe der Zeit erklären, warum die Expansion des Universums beschleunigt zu sein scheint, ohne eine mysteriöse dunkle Energie zu benötigen. Lokale Variationen könnten auch die Dynamik von Galaxien verändern und die Hypothese der dunklen Materie überflüssig machen.
Experimente im Labor und astronomische Beobachtungen versuchen, diese Variationen zu messen. Bislang sind keine schlüssigen Beweise aufgetaucht, aber die Nachweisgrenzen werden schärfer. Wenn Veränderungen bestätigt werden, würde dies unser Verständnis der physikalischen Gesetze revolutionieren und zeigen, dass sie nicht unveränderlich sind, sondern sich mit dem Universum entwickeln.
Diese Perspektive eröffnet Forschungswege, die Kosmologie mit der fundamentalen Physik verbinden. Sie legt nahe, dass das Universum dynamischer sein könnte als erwartet, mit Konstanten, die sich an seine Geschichte anpassen, und bietet so eine elegante Alternative zu unsichtbaren Entitäten.
Quelle: Galaxies