"Es ist in Wirklichkeit ein langsames Schieben, das schon seit Milliarden Jahren andauert." Um das zu erklären, haben Physiker das Konzept der Dunklen Energie entwickelt, die die Massen im Universum auseinander treibt.

Von ihr wissen sie jedoch nichts, außer, dass sie existieren muss, um zu erklären, dass das Universum immer schneller expandiert. Dunkle Energie macht den größten Teil unseres Weltraums aus. Etwa 70 Prozent besteht aus dieser Energie, der Rest ist dunkle Materie und normale Materie. "Wir können das theoretisch beschreiben, aber wir wissen nicht, woraus die dunkle Materie besteht", sagt Dr. Stefan Gottlöber vom Astrophysikalischen Institut Potsdam. "Und was dunkle Energie ist, wissen wir erst recht nicht."

"Die Dunkle Materie bewirkt, dass sich die gewöhnliche Materie - Sterne, Planeten, Gas, Staub - innerhalb der vergangenen 13,6 Milliarden Jahre zu Galaxien und Galaxienhaufen verdichtet hat", erläutert Prof. Karl Mannheim vom Lehrstuhl für Astronomie der Universität Würzburg. Dies betreffe letztlich auch die Entstehung des Sonnensystems und der Erde. Mit Hilfe von neuartigen Teleskopen versuchten die Wissenschaftler, dieses Phänomen näher zu beleuchten. Dazu würden Messgeräte unter anderem in Tunneln, in der Tiefsee, aber auch in der Antarktis aufgebaut. "Diese Teleskope sind nicht für sichtbares Licht ausgelegt, sondern für andere Teilchen wie Neutrinos."

Genauso rätselhaft ist für die Physiker die Dunkle Materie. Keiner weiß, aus welchen Teilen sie bestehen soll, denn sie hat offensichtlich nichts mit der Materie zu tun, wie wir sie kennen. Satellitenmessungen und ergänzende Computer-Modellrechnungen würden heute zweifelsfrei ergeben, dass der Anteil der normalen, sichtbaren Materie im Universum nur vier Prozent seiner Gesamtmasse betrage, einschließlich aller Sterne, Galaxien "und uns selbst", sagt Hanns Ruder, Professor für Astrophysik an der Universität Tübingen.

Dunkle Materie kann nicht normal wahrgenommen werden, da sie kein Licht ausstrahlt oder reflektiert. Sie macht sich allerdings durch ihre Schwerkraft bemerkbar, die ganze Galaxien um sich gruppiert. "Sterne, die sehr schnell um die Zentren von Galaxien fliegen, wären schon längst weg, wenn es nicht eine Kraft gäbe, die sie zusammenhält", so Hasinger. Die Potsdamer Physiker versuchen die Wirkung der unsichtbaren und doch spürbaren Massen im Computer zu simulieren, schildert Gottlöber. "Wir können so nahe Objekte viel genauer beobachten und - wenn wir nur ein kleines Volumen simulieren - das auch viel genauer machen.

Das ist nicht das einzige Problem der modernen Physik: Ihre beiden Säulen lassen sich nicht vereinbaren. "Wenn ich die Regeln der Quantentheorie auf die Gravitationstheorie anwende, führt diese sinnvolle Frage auf unsinnige Antworten", sagt Quantenphysiker Jan Plefka. Das Problem der modernen Physik: Albert Einsteins Relativitätstheorien sind gut bestätigt, die Quantenmechanik auch. Beide machen hochpräzise bestätigte Vorhersagen. Aber beide können nicht richtig sein. Physiker sind darum auf der Suche nach einer Theorie, die beide vereinigt. Das ist nicht neu in der Physik: Die Theorien Newtons hatten auch ihr eigenes Versagen vorhergesagt und unsinnnige Werte geliefert.

Dennoch nutzen wir sie noch heute: Wirklich falsch werden sie nur in extremen Situationen wie bei hohen - relativistischen - Geschwindigkeiten. Die Newtonsche Theorie ist in der Einsteinschen enthalten - als Spezialfall, wenn man ein paar Terme der Formeln vernachlässigt. Gleiches könnte auch für die Große Vereinheitlichende Theorie gelten: Sie muss Relativitätstheorien und Quantenmechanik irgendwie enthalten. Denn auch die beiden versagen, wenn es extrem wird. Das ist allerdings genau der Bereich, in dem sie sich berühren.

Die Relativitätstheorien arbeiten mit großen Massen, wie sie im unendlich Großen, dem All, auftreten. Die Quantenmechanik befasst sich mit dem unsagbar Kleinen, Welten unterhalb der Größe eines Atoms. Die Gravitation als schwächste der vier Grundkräfte spielt hier keine Rolle - ebensowenig, wie die Quantenmechanik bei den Relativitätstheorien berücksichtigt ist, weil ihre Effekte hier nicht auftreten.

Und doch gibt es Gelegenheiten, wo Groß und Klein aufeinander treffen: Das Vakuum, nach Einstein einfach leerer, uninteressanter Raum, müsste auf Quantenebene schäumen und brodeln. Hier müssen Energien und Massen entstehen und vergehen, die sich gravitativ bemerkbar machen müssten, ist doch Energie nichts anderes als Masse und Masse nichts als Energie, wie das berühmte E=m·c² sagt. Oder Schwarze Löcher: Unverstellbar hohe Massen - Domäne der Relativitätstheorien - sind hier auf die Singularität konzentriert, einem punktförmigen Fleck - hier herrscht die Quantenmechanik. Versucht man beide gleichzeitig hierauf anzuwenden, versagen beide und liefern unendliche Werte.

Eine neue vereinheitlichende Theorie muss also her, und manche Physiker hoffen sie in der Stringtheorie gefunden zu haben: Sie reden nicht mehr von kleinen Kügelchen in der submikroskopischen Welt, sondern von schwingenden Fäden, den Strings. Die können sich um Risse der Raumzeit legen und sie so glätten - die Unendlichkeiten aus den Ergebnissen könnten so elegant verschwinden.

Ganz nebenbei könnte die Stringtheorie vielleicht sogar erklären, warum ein Elektron seine Ladung hat und seine Masse - diese Werte wie die aller Grundkonstanten des Universums kann man nicht berechnen, sondern muss sie messen und in die Formeln einbauen. Dabei ist das Universum zudem noch so fein abgestimmt, dass eine Änderung in der Größenordnung von 10^-60 in den Naturkonstanten unser Universum gar nicht erst hätte entstehen lassen, zumindest nicht in der Form, wie wir es kennen und beobachten können. Leben hätte es in solch veränderten Universen nicht gegeben.

Doch diese Hoffnung mancher Physiker hat auch ihre Schattenseiten: Zum einen fordern die Stringtheorien - man hat gleich mehrere -, wenn man sie vereint, 26 Raumzeit-Dimensionen. Wir kennen aber nur vier. Die anderen müssten gleichsam "aufgerollt" sein, so dass wir sie nicht sehen können. Und schlimmer noch: Die Formeln der Stringtheorien sind so kompliziert, dass wir von ihnen nur Näherungen haben, keine exakten Formeln.

Näherungen kennen die Physiker: Schon bei den simplen Newtonschen Gleichungen kann man das Dreikörper-Problem nicht mehr berechnen, wie sich beispielsweise die drei Körper Sonne, Erde und Mond im Spiel der Schwerkraft verhalten. Zur Lösung dieser Gleichung müssen Physiker mit Näherungen und in Schritten, Iterationen, arbeiten. Bei der Stringtheorie sind aber noch nicht einmal die Gleichungen genau bekannt. Jan Plefka schätzt darum, dass es noch mindestens 20 Jahre dauern wird, bis die großen Theorien vereinigt sind.

Ein weiteres Problem quält die Physiker: Astronomen haben ein gigantisches Loch im Weltraum entdeckt - und rätseln, wie es entstehen konnte. In dem kosmischen Leerraum gibt es buchstäblich nichts: keine Sterne, keine Galaxien, keine schwarzen Löcher, selbst von der mysteriösen dunklen Materie gibt es keine Spur. In einem Bereich von einer Milliarde Lichtjahren ist einfach nichts, wie Forscher der Universität von Minnesota am Donnerstag, den 23. August 2007 erklärten. Bereiche im Weltraum, in denen nichts zu finden ist, sind schon länger bekannt. Das jetzt entdeckte Loch übersteigt die Vorstellungskraft der Forscher und bringt sie in Erklärungsnot. "Es ist tausend Mal größer als eine typische Leere", erklärt Astronomieprofessor Lawrence Rudnick. Er entdeckte die Leere mit Hilfe der Radioastronomie. Dann verglich er seine Ergebnisse mit Beobachtungen zur kosmischen Hintergrundstrahlung. Diese bestätigten, dass sich dort ein kalter Fleck befindet. Die einzige Erklärung dafür ist, dass es dort keine Materie gibt, erklärte Rudnick.

Das Gebiet ist zwischen fünf und zehn Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. "Das ist wohl etwas, das sehr ernst genommen werden muss", kommentierte der Astronom Brent Tully von der Universität von Hawaii, der nicht an der Arbeit von Rudnick beteiligt war, aber die andere Leere untersucht, die deutlich kleiner und nur rund zwei Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist. Löcher im Universum entstehen vermutlich dadurch, dass Gebiete mit einer großen Masse mit ihrer Schwerkraft Materie aus weniger dichten Gebieten abziehen, erklärte Tully.