Das frühe Universum „brodelte“ – wie ein Topf mit Wasser, der zum Kochen kommt – als dunkle Energie einen zuvor unbekannten Phasenübergang durchmachte. So argumentieren die Teilchenphysiker Professor Martin Sloth von der University of Southern Denmark und Dr. Florian Niedermann vom Nordic Institute for Theoretical Physics in Stockholm. Ihr Vorschlag könnte, wenn er richtig ist, ein langjähriges Rätsel um die genaue Geschwindigkeit lösen, mit der sich das Universum ausdehnt.
Physiker wissen, dass sich das Universum ausdehnt, aber die genaue Geschwindigkeit dieses Wachstums – ausgedrückt durch einen Wert, der als Hubble-Konstante bekannt ist – ist ein Rätsel.
Es gibt zwei Methoden zur Berechnung der Hubble-Konstante, eine verwendet die Analyse der kosmischen Hintergrundstrahlung, die aus den Kinderschuhen des Universums übrig geblieben ist, und die andere beinhaltet die Messung, wie schnell sich andere Galaxien oder Supernovae von uns entfernen.
Beide Ansätze werden von der wissenschaftlichen Gemeinschaft anerkannt und gelten als zuverlässig.
Trotzdem liefern die beiden Ansätze durchweg unterschiedliche Ergebnisse – ein Problem, das Physiker als „Hubble-Spannung“ bezeichnet haben.
Dr. Niedermann sagte: „In der Wissenschaft muss man mit unterschiedlichen Methoden zu den gleichen Ergebnissen kommen, hier haben wir also ein Problem.
„Warum erzielen wir nicht das gleiche Ergebnis, wenn wir doch so überzeugt von beiden Methoden sind?“
„Wenn wir davon ausgehen, dass diese Methoden zuverlässig sind – und wir glauben, dass sie es sind – dann sind die Methoden vielleicht nicht das Problem.
„Vielleicht müssen wir uns den Ausgangspunkt ansehen, die Basis, auf die wir die Methoden anwenden. Vielleicht ist diese Basis falsch.“
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Laut dem Forscherduo kann die Berücksichtigung eines sprudelnden Universums die Hubble-Spannung lösen – so dass beide Methoden die Hubble-Konstante berechnen können, um den gleichen Wert zu erreichen.
Im sogenannten Standardmodell der Teilchenphysik wurde die Energie im frühen Universum von Strahlung und Materie dominiert, sowohl normal als auch dunkel.
In den ersten 380.000 Jahren nach dem Urknall wurden die Strahlung und die normale Materie zu einem dunklen, heißen und dichten Plasma komprimiert.
Wenn man Berechnungen der Hubble-Konstante auf das Standardmodell stützt, kommt man je nach verwendeter Methode zu unterschiedlichen Ergebnissen für die Expansionsrate des Universums.
Die Forscher sagten jedoch, dass stattdessen übereinstimmende Ergebnisse erzielt werden können, wenn man bedenkt, dass eine neue Form dunkler Energie im frühen Universum im Spiel war – eine, die sprudelte und einen Phasenübergang durchlief, als sich das Universum aus dem dichten und heißen Plasmazustand ausdehnte zu dem uns heute vertrauten Kosmos.
„New Early Dark Energy“, kurz NEDE, nennen die Forscher ihr Konzept.
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Dr. Niedermann erklärte: „Die dunkle Energie im frühen Universum durchlief einen Phasenübergang, so wie Wasser die Phase zwischen gefroren, flüssig und Dampf wechseln kann.“
Prof. Sloth sagte: „Man muss sich vorstellen, dass Blasen an verschiedenen Stellen im frühen Universum entstanden sind. Sie wurden größer und fingen an, ineinander zu krachen
„Am Ende gab es einen komplizierten Zustand kollidierender Blasen, die Energie freisetzten und schließlich verdampften.
„Es hätte alles von wahnsinnig kurzer Zeit – vielleicht nur die Zeit, die zwei Teilchen brauchen, um zu kollidieren – bis zu 300.000 Jahren gedauert.
„Wir wissen es nicht, aber wir arbeiten daran, es herauszufinden.“
Natürlich basiert das NEDE-Modell auf der Prämisse, dass sich das Universum nicht ganz so verhält, wie es das Standardmodell vorhersagt – eine Vorstellung, die etwas übertrieben erscheinen mag, um das Problem der Hubble-Spannung zu erklären.
Doch Prof. Sloth sagte: „Wenn wir den Beobachtungen und Berechnungen vertrauen, müssen wir akzeptieren, dass unser aktuelles Modell des Universums die Daten nicht erklären kann, und dann müssen wir das Modell verbessern.
„Nicht indem wir es und seinen bisherigen Erfolg verwerfen, sondern es ausarbeiten und detaillierter machen, damit es die neuen und besseren Daten erklären kann.
„Es scheint, dass ein Phasenübergang in der dunklen Energie das fehlende Element im aktuellen Standardmodell ist, um die unterschiedlichen Messungen der Expansionsrate des Universums zu erklären.“
Die vollständigen Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift Physics Letters B veröffentlicht.