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Milchstraße
Im Urknall kollidierten auch die beiden großen Theorien der Physik miteinander
Das All gibt Kosmologen vier große Rätsel auf
Dunkle Materie sowie Energie muss es geben
Das Weltall driftet immer schneller auseinander. "Der Urknall findet heute noch statt", sagt der Kosmologe und Plasmaphysiker Günther Hasinger vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching.

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."



Eigentlich müssten die äußeren Sterne davonfliegen
Große Leere
"Dunkel" heißt, dass man die Materie nicht sehen kann
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.

Wo zwei Theorien sich berühren, versagen sie
Sternentstehungsgebiet
Im All küssen sich zwei große Theorien
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.




Strings sollen die typischen Teilchen erklären
Struktur des Universums
Strings und Membranen als Kern des Universums
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.



Eine Milliarde Lichtjahre weit nichts als Leere
Sterne
Zwischen den Galaxienhaufen herrscht große Leere
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.


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