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Cosmological tests of gravity

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Die Schwere der Lage erkennen

Keine vereinheitlichende Theorie kann bisher hinreichend Ursprung und Entwicklung des Universums erklären. Ein neuartiger Analyserahmen liefert mithilfe umfangreicher kosmologischer Daten Einblicke in Einsteins Relativitätstheorie sowie zu dunkler Materie und dunkler Energie.

Klimawandel und Umwelt

Die Möglichkeiten, kosmologische Phänomene im großen Maßstab beobachten, messen und modellieren zu können, haben sich in den letzten Jahrzehnten verbessert, was zu einer Fülle neuer Daten führt. Die Analyse deckt signifikante Unterschiede zwischen den bestehenden Theorien der Elementarteilchen sowie der Gravitation auf. Für die Berücksichtigung der fehlende Materie und Energie, auch als Masse-Energie-Diskrepanz bekannt, wurden verschiedene Vorschläge gemacht. Die Forscher des EU-finanzierten Projekts COSMOGRAV ("Cosmological tests of gravity") haben einen analytischen Rahmen geschaffen, um Hypothesen zu dieser wichtigsten offenen Frage in der Kosmologie zu überprüfen. Unter kalter dunkler Materie versteht man den fehlenden Bestandteil der Materie, der für Photonen unsichtbar ist. Diese einfache Anpassung von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie erklärt viel, sagt aber mehr Struktur voraus, als vorhanden ist. Außerdem würde sich ihr zufolge die Ausdehnung des Universums verlangsamen, während bekannt ist, dass sie sich in der Tat beschleunigt. Zur Lösung dieses Problems haben Wissenschaftler auch die Existenz von dunkler Energie vorgeschlagen, wie diese aber aussehen könnte, bleibt ein Geheimnis. Weder kalte dunkle Materie noch dunkle Energie konnten jemals direkt beobachtet werden, aber beide werden durch Einsteins Theorie gestützt. COSMOGRAV wollte der Frage nachgehen, ob eine neue Theorie der Schwerkraft oder eine neue Theorie der Materie benötigt wird. Eine neue Theorie der Gravitation könnte beide Probleme auf einmal lösen. Für die Untersuchung alternativer Gravitationstheorien entwickelten die Wissenschaftler parametrische Abweichungen von der allgemeinen Relativitätstheorie im kosmischen Maßstab. Eine sehr breite Palette von Gravitationstheorien konnte mit diesem Rahmen beschrieben werden. Entwickelt wurden außerdem Techniken, um mit kosmologischen Beobachtungen Abweichungen von der allgemeinen Relativitätstheorie zu messen und dunkle Energie zu evaluieren. Analysen ergaben wichtige Einschränkungen für Theorien, die auf Skalar- statt Vektorfeldern basieren. Schließlich untersuchten die Wissenschaftler die Möglichkeit, dass dunkle Materie und dunkle Energie gekoppelt sind, und lieferten einen Einblick in neue Wege, wie dies passieren könnte. Der COSMOGRAV-Rahmen ebnet den Weg für neuartige Untersuchungen der Wechselwirkungen zwischen dunkler Materie, dunkler Energie und Gravitation, von denen viele bereits begonnen haben. Die Ergebnisse werden uns viel hinsichtlich Bildung, Eigenschaft und letztendlich des Schicksals des Universums sagen.

Schlüsselbegriffe

Gravitation, Universum, Relativität, dunkle Materie, dunkle Energie, kosmologische Phänomene, Masse-Energie-Diskrepanz, Relativitätstheorie, Gravitationstheorie, Theorie der Materie

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18 September 2005