Was sind einige ungelöste Probleme in der Kosmologie?
Die Kosmologie, das Studium des Universums, ist von zahlreichen ungelösten Problemen geplagt. Historisch gesehen haben diese ungelösten Probleme zu neuen Entwicklungen in der Physik geführt, die das Gebiet revolutionierten. In der letzten Hälfte des Jahrhunderts haben Kosmologen jedoch neue Probleme entdeckt und weniger entsprechende Lösungen gefunden. Das Finden der Lösungen für diese Probleme erfordert möglicherweise ein radikales Umdenken und mehr Toleranz gegenüber der Einstellung von Doktoranden, die eher dazu neigen, ihre eigenen Ideen zu verfolgen, als nur denjenigen von hochrangigen Wissenschaftlern zu folgen.
Eines der auffälligsten Probleme in der Kosmologie ist die kosmologische Konstante, die die Expansion des Universums, auch Dunkle Energie genannt, steuert. Ein wesentlicher Teil, etwa 60%, der Massenenergie im Universum liegt in Form einer mysteriösen Energie vor, die den Kosmos mit zunehmender Geschwindigkeit auseinanderdrückt. Was ist diese Energie und woher kommt sie? Kosmologen haben keine wirkliche Ahnung.
Obwohl es einen ähnlichen Namen gibt, gibt es in der Kosmologie ein anderes Problem, die sogenannte dunkle Materie, die eigentlich nichts mit dunkler Energie zu tun hat, außer insofern, als es sich um Dinge handelt, die wir nicht verstehen. Ungefähr 90% der Masse im Universum befinden sich in einer scheinbar unsichtbaren Form von Materie, die wir Dunkle Materie nennen. Diese dunkle Materie kann nur anhand der Anziehungskraft gemessen werden, die sie auf Objekte in ihrer Umgebung ausübt, und alle Galaxien, die wir beobachten, enthalten große Lichthöfe, die sich oft über Hunderttausende von Lichtjahren über den Rand der leuchtenden Materie hinaus erstrecken. Handelt es sich bei dieser Dunklen Materie um tatsächliche Materie, beispielsweise um schwach wechselwirkende massive Partikel (WIMPs), oder handelt es sich möglicherweise nur um ein Beobachtungsartefakt, das durch eine falsche Gravitationstheorie verursacht wurde? Jedem Kosmologen, der dies herausfindet, wäre ein Nobelpreis praktisch garantiert, aber keiner hat es geschafft.
Ein weiteres Rätsel ist, warum es im Universum so viel mehr Materie als Antimaterie gibt. Laut physikalischen Theorien sind diese Formen der Materie im Wesentlichen gleichwertig, aber konventionelle Materie wird in viel größerem Umfang als Antimaterie beobachtet. Gab es im frühen Universum eine sehr große Menge beider Arten, und sie vernichteten sich größtenteils miteinander, um die heutige Materie zu verlassen? Oder gab es von Anfang an viel konventionelleres? Wenn du ein Kosmologe bist, hält dich das nachts auf.
Einige der Antworten auf die obigen Fragen könnten aus dem anthropischen Prinzip stammen - die Idee, dass die beobachteten Werte sehr unterschiedlich sind, das Universum lebensfeindlich wäre und es daher keine Kosmologen geben würde, die diese Fragen stellen. Aber andere sehen das anthropische Prinzip als eine Ausrede, weil es eine bequeme Erklärung für praktisch alles bietet, was wir wollen. Es gibt zahlreiche andere ungelöste Probleme in der Kosmologie, die mit der Erzeugung von Masse für Neutrinos, der Frage der Entropie in der fernen Vergangenheit und den Bedingungen des Universums unmittelbar nach dem Urknall zu tun haben. Wenn Sie mehr erfahren möchten, lesen Sie ein Buch zu diesem Thema von einem angesehenen Kosmologen.