Kosmologen stehen vor einem unerwarteten Rätsel. Die jüngsten Beobachtungen stimmen nicht perfekt mit dem mathematischen Modell überein, das seit Jahrzehnten zur Beschreibung der Entwicklung des Universums verwendet wird. Dieses Modell, genannt ΛCDM (sprich Lambda-CDM), beruht auf der Idee, dass eine dunkle Energie die Expansion des Kosmos konstant und gleichmäßig beschleunigt. Jetzt deuten neuere Messungen auf ein leicht abweichendes Verhalten hin, was die Wissenschaftler zwingt, ihre Überlegungen zu überarbeiten.
Um diese Diskrepanz zu erklären, legen die Ergebnisse neuerer Forschungen eine überraschende Idee nahe: Der leere Raum könnte eine Eigenschaft besitzen, die der Viskosität einer Flüssigkeit ähnelt. Zur Veranschaulichung: Es ist, als würde man von der Analyse einer Substanz, in der alles widerstandslos fließt, wie zum Beispiel Wasser, zu einer widerständigeren Substanz wie Honig übergehen.
In dieser Sichtweise würde die Expansion des Universums auf einen winzigen Widerstand stoßen, vergleichbar mit einer inneren Reibung. Obwohl noch viele Überprüfungen erforderlich sind, bietet diese Hypothese einen konkreten Ansatz, um die theoretischen Berechnungen mit den Beobachtungsdaten in Einklang zu bringen, ohne das gesamte derzeitige kosmologische Gebäude in Frage zu stellen.
Die Anomalie, die das Standardmodell erschüttert
Kosmologen verwenden seit Jahrzehnten das ΛCDM-Modell, einen robusten mathematischen Rahmen, der ein Universum aus kalter dunkler Materie und einer konstanten dunklen Energie beschreibt. Letztere, symbolisiert durch den griechischen Buchstaben Lambda, soll eine gleichmäßige und unveränderliche abstoßende Kraft sein, die für die Beschleunigung der kosmischen Expansion verantwortlich ist. Dieses Modell hat viele Beobachtungen erfolgreich erklärt.
Die jüngste Veröffentlichung säht jedoch Zweifel. Das Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) in Arizona kartiert die Position und Geschwindigkeit von Millionen von Galaxien mit unübertroffener Präzision. Neue Daten aus diesen Kartierungen zeigen eine geringe (aber signifikante) Abweichung im Vergleich zu den Vorhersagen des Standardmodells hinsichtlich des Expansionstempos zu verschiedenen Epochen des Universums.
Diese Abweichung ist kein einfacher statistischer Fehlerbereich. Sie zeigt, dass die heute gemessene Expansionsrate nicht perfekt zu der erwarteten Trajektorie passt, wenn die dunkle Energie eine perfekte Konstante wäre. Diese Spannung, bekannt als Hubble-Spannung, wenn sie mit anderen Messmethoden konfrontiert wird, signalisiert, dass unsere grundlegende Beschreibung der dominierenden Komponente des Universums unvollständig sein oder eine tiefgreifende konzeptuelle Anpassung erfordern könnte.
Viskosität, eine neue Eigenschaft des Vakuums
Um diese Diskrepanz zu erklären, schlägt der Forscher Muhammad Ghulam Khuwajah Khan in seinem Artikel auf arXiv eine radikale Hypothese vor. Er erwägt, dass das Vakuum der Raumzeit eine "Volumenviskosität" besitzt. Viskosität misst in der Fluiddynamik den inneren Widerstand einer Substanz gegen das Fließen. Auf kosmologischer Skala übertragen würde diese Eigenschaft bedeuten, dass die Expansion des Universums auf einen leichten Widerstand stößt, einen infinitesimalen, aber über Milliarden von Lichtjahren kumulativen Schleppeffekt.
Der vorgeschlagene Mechanismus zur Erzeugung dieser Viskosität lehnt sich an die Physik der kondensierten Materie an. Der Forscher führt den Begriff der "räumlichen Phononen" ein. In einem Festkörper sind Phononen Quasiteilchen, die die kollektiven Schwingungen der Atome darstellen. Im Rahmen dieser Theorie wäre das Gefüge des Raums selbst Sitz analoger Schwingungen. Diese longitudinalen Wellen, die sich im Vakuum ausbreiten, würden einen inneren Druck erzeugen, der der durch die dunkle Energie verursachten Ausdehnung entgegenwirkt.
Das Hauptinteresse dieses Ansatzes liegt in seiner Übereinstimmung mit den Daten. Wenn der Forscher diesen Viskositätsparameter in die Friedmann-Gleichungen, die die kosmische Expansion regieren, integriert, stimmt das erhaltene theoretische Modell bemerkenswert gut mit den problematischen Beobachtungen von DESI überein. Es zeigt, dass ein spezifischer Viskositätswert die gemessene Expansionskurve reproduzieren kann und bietet so eine alternative Lösung zur Hypothese einer zeitlich variierenden dunklen Energie, ohne dabei völlig neue Physik zu benötigen.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: arXiv