Inflation ist eine wundervolle Theorie, die viele Rätsel mit einem Schlag löst. Doch sie hat ihren Preis: einen Kosmos mit kritischer Dichte. Und das ist viel verlangt. Nicht für einen Vakuumtechniker — der wäre angesichts von nur sechs Baryonen auf einen Kubikmeter Kosmos (wenn der Kosmos nur aus Baryonen bestünde) bestimmt begeistert —, aber für den wägenden Astronomen. Kratzt man an dunkler Materie alles zusammen, was sich gravitativ bemerkbar macht, kommt man auf ein Drittel der kritischen Dichte. Zwei Drittel fehlen!

Nun verfügen Theoretiker über genügend Selbstvertauen, und die Inflationstheorie ist einfach zu schön, als dass man sie deswegen fallen lassen könnte. Und man hat recht daran getan. Wie präzise Messungen des Spektrums der Temperaturfluktuationen der kosmischen Hintergrundstrahlung ergeben haben, ist der kritische Fall tatsächlich, mit einer Unsicherheit von nur 2% realisiert. Der Kosmos ist großräumig euklidisch, d.h. eben und nicht positiv oder negativ gekrümmt.

Was wurde übersehen? Vielleicht hilft ein Griff in die Mottenkiste. Einstein hatte 1917 eine kosmologische Konstante in seine Gravitationsgleichung eingefügt, um den Kosmos an der Entwicklung zu hindern. Albert Einstein ging, wie jedermann, davon aus, das Ganze müsse statisch sein. Das wiederum ist gar nicht so einfach zu erklären, hat eine Kraft allein, die Schwerkraft, das Sagen. Um einen statischen Kosmos zu erzwingen, ein Weltmodell, das weder in sich zusammenfällt, noch auseinanderplatzt, sah sich Einstein genötigt, eine Gegenkraft zur Gravitation zu postulieren. Das ließ sich auch mathematisch bewerkstelligen. Physikalisch gesehen, ist die kosmologische Konstante so etwas wie ein negativer Druck. Klingt widersinnig? Ein negativer Druck müsste doch die Schwerkraft in ihrem Bemühen, alles zusammenzuziehen, nur noch bestärken, oder? In Einsteins Gravitationstheorie, seiner Allgemeinen Relativitäts­theorie, erzeugt nicht allein Masse Schwere. Alles ist Quelle von Schwerkraft, ja sogar die Schwerkraft selbst (das macht die Gleichung so kompliziert). Nehmen Sie die Energie. Laut Einsteins berühmter Beziehung E = m·c² ist Energie E mit (schwerer) Masse m verbunden, wiegt also etwas. Druck ist eine Energiedichte, wiegt also ebenfalls etwas. Wenn (positiver) Druck Schwerkraft erzeugt, sollte negativer Druck das Gegenteil davon hervorbringen, Abstoßung. Genau das ist der Konstante Sinn. Natürlich darf die Neuerung nicht Altbewährtes beschädigen. Das Planetensystem muss nach wie vor funktionieren. Nur auf den Kosmos insgesamt darf sich die Einsteinsche Konstante auswirken. Abgesehen davon, dass Einsteins Weltgebäude ein recht labiles Gebilde war — jede Abweichung vom Gleichgewicht hätte unweigerlich zu Kontraktion oder Expansion geführt —, die kosmologische Konstante erwies sich bald als überflüssig. 1929 erkannte Edwin P. Hubble, dass der Kosmos expandiert. Einstein hat daraufhin die kleine Modifikation seine Gleichung als den größten Missgriff seines Lebens bezeichnet.

Doch Ideen, gute wie weniger gute, sind zählebig. Heute feiert Einsteins sog. Λ-Term Auferstehung.

Negativer Druck bedeutet Zugspannung. In einem gespannten Gummiband entsteht Antigravitation! Allerdings fällt die verglichen mit der Eigengravitation nicht ins Gewicht. Sonst würde sich ja ein Gummiband, wie von Zauberhand, von alleine dehnen, und zwar um so geschwinder, je stärker die Spannung bereits ist.

Kosmologen träumen von einem Stoff, der genau diese Eigenschaft besitzt: Antigravitation überwindet Eigenschwere. Ein solches Medium muss bereits die Inflation kurz nach dem Urknall angetrieben haben.

Gibt es das, reine Zugspannung, weiter nichts? Zunächst bietet sich das Quantenvakuum an. Das Vakuum ist eine komplizierte Ange­legenheit. Es ist weit davon entfernt, landläufig-leer zu sein. Quantenphysik scheut gerne definitive Aussagen bzw. verbietet sie. Zum Beispiel lässt sich der Ort eines Teilchens nicht beliebig genau festlegen, ohne dass der Zwang, diesen Ort zu verlassen, beliebig groß würde. Auch das Nichts lässt sich nicht auf Null-Komma-Nichts festnageln.

Stellt man zwei parallele Leiterplatten ins Vakuum, misst man einen negativen Druck zwischen beiden. Die Platten ziehen einander an. (Seeleute berichten von einem verwandten Effekt. Dicht beiein­anderliegende Schiffe treiben bei Wellengang aufeinander zu.) An dieser Vakuumspannung könnte sogar die hochgeprießene Nano­technologie noch scheitern. Leider sind alle Versuche, die kosmologische Konstante aus der Theorie des Vakuums zu berechnen, bisher kläglich gescheitert. Das ist irgendwie deprimierend. Noch nicht einmal das Nichts verstehen wir richtig.

Für den Fall, dass es das Vakuum nicht bringt, ist vorgesorgt. Physiker haben die «Quintessenz» in petto. Dieses fünfte Wesen, neben Baryonen, Neutrinos, dunkler Materie und Strahlung, soll gehaltvoller als das Vakuum sein und sogar mit anderen Materiesorten «kommunizieren».

Gleichgültig, woraus die dunkle Energie letztlich besteht, sie macht den Kosmos beschleunigt expandieren! Das wiederum schuf ein Akzeptanzproblem. Bisher war man immer davon ausgegangen, der Kosmos dehne sich wegen der in ihm befindlichen Materie gebremst aus. Argumente für exponentielles Wachstum sind:

• So etwas löst das notorische Altersproblem.
• Die Beschleunigung ist inzwischen sogar messbar.
• Und die Strukturbildung geht besser mit einem kräftigen Schuss an dunkler Energie.

Weltalter

Es ist ein leichtes auszurechnen, wann ein Sternsystem, das mit einer gewissen Geschwindigkeit von uns hinwegeilt, hier gewesen ist. Dazu muss ich nur (was ein Problem ist) seine jetzige Entfernung wissen. Hat sich die Geschwindigkeit nicht geändert, ist das Weltalter einfach der Quotient aus Entfernung und Fluchtgeschwindigkeit, der Kehrwert der sog. Hubblekonstanten (die also nicht wirklich konstant sein darf). War die Geschwindigkeit früher größer gewesen, wegen der Bremsung der Expansion durch die Anziehung der kosmischen Massen, fällt das Weltalter entsprechend kleiner aus. Erfolgt die Expansion aus unerfindlichem Grund beschleunigt, verschiebt sich der Weltanfang zeitlich in die Vergangenheit. Und genau das braucht man. Ein gebremstes Universum wäre jünger als die ältesten Sterne! Da so etwas schlechterdings unmöglich ist, muss es beschleunigt expandieren. Mit dunkler Energie erhöht sich das Weltalter auf 13,7 Milliarden Jahren, was bestens mit dem Alter der ältesten Sterne, dem Abkühlalter weißer Zwerge und dem Alter langlebiger Radioisotope übereinstimmt.

Supernovae loten den Raum aus

Ia-Supernovae, das sind explodierende weiße Zwerge, dienen dem Kosmologen als «Standardkerzen» (Foto: NASA/HST). Da ihre wirkliche maximale Leuchtkraft ein für allemal festgelegt ist, kann aus der scheinbaren Helligkeit des Ausbruchs mit hoher Genauigkeit ihre photometrische Entfernung ermittelt werden. Bei weitentfernten Supernovae dieses Typs wurde festgestellt, dass sie etwa eine Viertelgrößenklasse zu schwach leuchten, es sei denn, die kosmologische Expansion verliefe beschleunigt. Kosmischer Staub in den Weiten des extragalaktischen Raumes kann kaum für die Lichtschwächung verantwortlich sein. Das Licht ist weder verrötet, noch nimmt der Effekt mit dem Abstand zu, wie man bei neutraler Staubextinktion erwarten sollte, noch wird eine Staubwärmestrahlung zusätzlich zum 3-K-Hintergrund gemessen.

Zur Zeit laufen alle Anstrengungen auf Hochtouren, die Expansionsgeschichte des Universums möglichst genau zu rekonstruieren, verspricht dies doch Hinweise auf den Verursacher, Vakuum oder Quintessenz, der Beschleunigung. Einsteins kosmologische Konstante, die einfachste Möglichkeit, hat z.Z. die Nase vorn, aber das kann sich bei besserem Datenmaterial bald ändern.
Wenn vor vielleicht fünf Milliarden Jahren die anfänglich gebremste Expansion in eine beschleunigte umgeschlagen ist, was erwartet uns dann in der Zukunft? Nun, in dieser aufregenden Zeit, wo die Dinge so im Fluss sind, eine Prognose zu wagen, wäre verfrüht (obwohl es ja nie jemand wird nachprüfen können).

Und die Quintessenz von allem?

Der Kosmos scheint größtenteils, d.h. zu 2/3, aus Quintessenz (was das auch sein mag) oder simpler Vakuumspannung zu bestehen. Das restliche Drittel ist auch unbekannt. Und Sterne, Planeten und Menschen fallen nicht ins Gewicht. Wer hätte das gedacht?

Danke für Ihre Aufmerksamkeit!