Ist dunkle Energie überhaupt erlaubt?
09.10.2018 - Neue Vermutung scheint die Stringtheorie aus den Angeln zu heben.
In der Stringtheorie könnte ein Umbruch bevorstehen. Im Juni veröffentlichte ein Team von Stringtheoretikern von der Harvard University und dem Caltech eine revolutionär klingende Vermutung: Die Stringtheorie soll mit der Existenz von dunkler Energie, wie sie bisher verstanden wurde, grundsätzlich unvereinbar sein – doch nur mit dunkler Energie kann man heute die beschleunigte Expansion des Universums erklären. Timm Wrase von der TU Wien erkannte rasch, dass an dieser Vermutung etwas nicht stimmen kann: Es dürfte sonst nämlich auch kein Higgs-

Abb.: Timm Wrase untersucht die Frage, ob dunkle Energie in der Stringtheorie überhaupt erlaubt ist. (Bild: TU Wien)
In die Stringtheorie werden große Hoffnungen gesetzt: Sie soll erklären, wie Gravitation mit Quantenphysik zusammenhängt, und wie die Naturgesetze zu verstehen sind, mit denen man die gesamte physikalische Welt beschreiben kann, von den kleinsten Teilchen bis zur größten Struktur des Kosmos. Oft wird der Stringtheorie vorgeworfen, bloß mathematisch-
„Man dachte lange, dass sich eine solche dunkle Energie gut in das Konzept der Stringtheorie einbauen lässt“, sagt Wrase. Die Stringtheorie geht davon aus, dass es zusätzliche, bisher unbekannte Teilchensorten gibt, die sich in Form von Feldern beschreiben lassen. Diese Felder haben einen Zustand minimaler Energie „So lassen sich in der Stringtheorie auch Felder beschreiben, mit denen sich die dunkle Energie erklären ließe – sie befinden sich in einem lokalen Energie-
Doch Cumrun Vafa von der Harvard University, einer der renommiertesten Stringtheoretiker der Welt, veröffentlichte am 25. Juni einen Artikel mit großer Sprengkraft: Er stellte darin die Vermutung auf, dass solche schüsselförmigen Felder mit positiver Energie in der Stringtheorie gar nicht möglich sind. Wrase erkannte rasch die Tragweite dieser Behauptung. „Wenn das stimmt, kann es die beschleunigte Expansion, wie wir sie uns bisher vorgestellt haben, nicht geben“, sagt er. „Es müsste dann ein Feld mit ganz anderen Eigenschaften geben, vergleichbar mit einer leicht abschüssigen Ebene, auf der eine Kugel nach unten rollt und dabei potenzielle Energie verliert.“ Dann würde sich der Betrag der dunklen Energie im Lauf der Zeit ändern und die beschleunigte Expansion des Universums käme möglicherweise eines Tages zum Stillstand. Die Gravitation könnte dann die gesamte Materie wieder zusammenziehen und an einem Punkt versammeln, ähnlich wie zum Zeitpunkt des Urknalls.
Doch Wrase stellte fest, dass dieser Einwand auch nicht der Weisheit letzter Schluss sein kann. „Die Vermutung von Vafa, die bestimmte Arten von Feldern verbietet, würde nämlich auch Dinge verbieten, von denen wir wissen, dass es sie gibt“, erklärt er. Wrase konnte zeigen, dass auch das Higgs-
Wrase untersucht nun mit seinem Team, welche Felder die Stringtheorie zulässt und an welchen Punkten sie gegen Vafas Vermutung verstoßen. „Vielleicht führt uns das zu spannenden neuen Erkenntnissen über die Natur der dunklen Energie – das wäre ein großer Erfolg“, hofft Wrase. Die Hypothesen, die dabei entstehen werden sich – zumindest teilweise – schon bald experimentell überprüfen lassen: Die beschleunigte Expansion des Universums wird in den nächsten Jahren nämlich genauer untersucht als je zuvor.
TU Wien / RK
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