Zweimal am Tag, sieben Tage die Woche, von Februar bis November, haben sich in den letzten vier Jahren zwei Forscher mit Thermounterwäsche und Oberbekleidung, mit Fleece, Flanell, Doppelhandschuhen, Doppelsocken, wattierten Overalls und geschwollenen roten Parkas geschichtet und sich selbst mumifiziert bis sie wie Zwillings-Michelin-Männer aussehen. Dann treten sie nach draußen und tauschen die Wärme und die modernen Annehmlichkeiten einer Wissenschaftsstation (Kicker, Fitnesscenter, 24-Stunden-Cafeteria) gegen eine gesichtslose Landschaft mit minus 100 Grad Fahrenheit, flacher als Kansas und einer der kältesten Orte der Welt. Sie stapfen in der Dunkelheit fast eine Meile über ein Plateau aus Schnee und Eis, bis sie vor dem Hintergrund von mehr Sternen, als jeder griffbereite Hinterhofbeobachter je gesehen hat, die Silhouette der riesigen Scheibe des Südpolteleskops erkennen , wo sie sich einer globalen Anstrengung anschließen, um das möglicherweise größte Rätsel des Universums zu lösen: woraus das meiste besteht.

Seit Tausenden von Jahren hat unsere Spezies den Nachthimmel studiert und sich gefragt, ob es da draußen noch etwas gibt. Letztes Jahr feierten wir den 400. Jahrestag der Antwort von Galileo: Ja. Galileo richtete ein neues Instrument, das Teleskop, auf den Himmel und sah Objekte, die kein anderer Mensch je gesehen hatte: Hunderte von Sternen, Berge auf dem Mond, Satelliten des Jupiter. Seitdem haben wir mehr als 400 Planeten um andere Sterne herum gefunden, 100 Milliarden Sterne in unserer Galaxie, Hunderte Milliarden von Galaxien jenseits unserer eigenen, sogar die schwache Strahlung, die das Echo des Urknalls ist.



Jetzt glauben Wissenschaftler, dass sogar diese extravagante Zählung des Universums so veraltet sein könnte wie der Fünf-Planeten-Kosmos, den Galileo von den Alten geerbt hat. Astronomen haben Beweise dafür zusammengestellt, dass das, was wir immer als das eigentliche Universum betrachtet haben – ich, Sie, dieses Magazin, Planeten, Sterne, Galaxien, die gesamte Materie im Weltraum – nur 4 Prozent dessen darstellt, was tatsächlich da draußen ist. Den Rest nennen sie in Ermangelung eines besseren Wortes dunkel: 23 Prozent nennen sie dunkle Materie und 73 Prozent etwas noch Mysteriöseres, die sie dunkle Energie nennen.



Wir haben eine vollständige Bestandsaufnahme des Universums, sagte Sean Carroll, ein Kosmologe des California Institute of Technology, und es ergibt keinen Sinn.

Wissenschaftler haben einige Vorstellungen davon, was Dunkle Materie sein könnte – exotische und immer noch hypothetische Teilchen –, aber sie haben kaum eine Ahnung von Dunkler Energie. Im Jahr 2003 listete der National Research Council Was ist die Natur der dunklen Energie? als eines der drängendsten wissenschaftlichen Probleme der nächsten Jahrzehnte. Der Leiter des Komitees, das den Bericht verfasst hat, der Kosmologe Michael S. Turner von der University of Chicago, geht noch weiter und stuft die dunkle Energie als das tiefgreifendste Mysterium der gesamten Wissenschaft ein.



Die Bemühungen, es zu lösen, haben eine Generation von Astronomen zu einem Umdenken in Physik und Kosmologie mobilisiert, um mit der Revolution, die Galileo an einem Herbstabend in Padua eröffnete, zu konkurrieren und sie vielleicht zu übertreffen. Sie arrangieren sich mit einer tiefen Ironie: Es ist das Sehen selbst, das uns für fast das gesamte Universum blind gemacht hat. Und die Erkenntnis dieser Blindheit wiederum hat uns wie zum ersten Mal zu der Frage inspiriert: Was ist dieser Kosmos, den wir Heimat nennen?

Wissenschaftler waren sich in den 1970er Jahren einig, dass das Universum mehr ist, als man denkt. In Computersimulationen unserer Galaxie, der Milchstraße, fanden Theoretiker heraus, dass das Zentrum nicht halten würde – basierend auf dem, was wir davon sehen können, hat unsere Galaxie nicht genug Masse, um alles an Ort und Stelle zu halten. Während es sich dreht, sollte es sich auflösen und Sterne und Gas in alle Richtungen freisetzen. Entweder verstößt eine Spiralgalaxie wie die Milchstraße gegen die Gesetze der Schwerkraft, oder das von ihr ausgehende Licht – von den riesigen glühenden Gaswolken und den unzähligen Sternen – ist ein ungenauer Hinweis auf die Masse der Galaxie.

Aber was wäre, wenn ein Teil der Masse einer Galaxie kein Licht ausstrahlte? Wenn Spiralgalaxien genug von dieser mysteriösen Masse enthielten, gehorchten sie möglicherweise den Gesetzen der Schwerkraft. Astronomen nannten die unsichtbare Masse Dunkle Materie.



Niemand hat uns jemals gesagt, dass alle Materie strahlt, sagte Vera Rubin, eine Astronomin, deren Beobachtungen von Galaxienrotationen Beweise für dunkle Materie lieferten. Wir haben einfach angenommen, dass es so ist.

Das Bemühen, die Dunkle Materie zu verstehen, bestimmte einen Großteil der Astronomie in den nächsten zwei Jahrzehnten. Astronomen wissen vielleicht nicht, was Dunkle Materie ist, aber ihre Anwesenheit ermöglichte es ihnen, einer ewigen Frage auf neue Weise nachzugehen: Was ist das Schicksal des Universums?

Sie wussten bereits, dass sich das Universum ausdehnt. 1929 hatte der Astronom Edwin Hubble entdeckt, dass sich weit entfernte Galaxien von uns entfernen und dass sie sich umso schneller zu entfernen schienen, je weiter sie sich entfernten.

Das war eine radikale Idee. Anstelle des stattlichen, ewig unveränderlichen Stilllebens, wie es das Universum einst zu sein schien, war es tatsächlich in der Zeit lebendig, wie ein Film. Spulen Sie den Film der Expansion zurück und das Universum würde schließlich einen Zustand unendlicher Dichte und Energie erreichen – was Astronomen den Urknall nennen. Aber was ist, wenn Sie vorspulen? Wie würde die Geschichte enden?

Das Universum ist voller Materie, und Materie zieht andere Materie durch die Schwerkraft an. Astronomen argumentierten, dass die gegenseitige Anziehung all dieser Materie die Expansion des Universums verlangsamen muss. Aber sie wussten nicht, was das Endergebnis sein würde. Wäre der Gravitationseffekt so stark, dass sich das Universum letztendlich um eine bestimmte Strecke ausdehnt, anhält und sich umkehrt, wie eine in die Luft geworfene Kugel? Oder wäre es so gering, dass das Universum seinem Griff entrinnen und nie aufhören würde, sich auszudehnen, wie eine Rakete, die die Erdatmosphäre verlässt? Oder lebten wir in einem exquisit ausbalancierten Universum, in dem die Schwerkraft für eine weder zu schnelle noch zu langsame Expansion nach Goldlöckchen sorgt – damit das Universum irgendwann praktisch zum Stillstand kommen würde?

Unter der Annahme, dass Dunkle Materie existiert und das Gravitationsgesetz universell ist, machen sich zwei Astrophysiker-Teams – eines unter der Leitung von Saul Perlmutter am Lawrence Berkeley National Laboratory, das andere an Brian Schmidt an der Australian National University – auf, die Zukunft zu bestimmen des Universums. In den 1990er Jahren analysierten die rivalisierenden Teams eine Reihe explodierender Sterne oder Supernovas genau und nutzten diese ungewöhnlich hellen, kurzlebigen entfernten Objekte, um das Wachstum des Universums zu messen. Sie wussten, wie hell die Supernovas sind sollte erscheinen an verschiedenen Punkten im Universum, wenn die Expansionsrate gleich wäre. Indem man vergleicht, wie viel heller die Supernovae tatsächlich sind tat erscheinen, dachten Astronomen, sie könnten bestimmen, wie sehr sich die Expansion des Universums verlangsamt. Aber zur Überraschung der Astronomen stellten sie fest, dass die Supernovae nicht heller – und daher näher – als erwartet waren, als sie bis zur Hälfte des Universums schauten, sechs oder sieben Milliarden Lichtjahre entfernt. Sie waren dunkler, das heißt weiter entfernt. Beide Teams kamen zu dem Schluss, dass sich die Expansion des Universums nicht verlangsamt. Es beschleunigt sich.

Die Implikation dieser Entdeckung war folgenschwer: Sie bedeutete, dass die dominante Kraft in der Evolution des Universums nicht die Schwerkraft ist. Es ist ... etwas anderes. Beide Teams gaben ihre Ergebnisse 1998 bekannt. Turner gab dem Etwas einen Spitznamen: dunkle Energie. Es steckt. Seitdem haben Astronomen das Geheimnis der dunklen Energie bis ans Ende der Erde verfolgt – buchstäblich.

Der Südpol hat die raueste Umgebung der Erde, aber auch die harmloseste, sagt William Holzapfel, ein Astrophysiker der University of California in Berkeley, der bei meinem Besuch der leitende Forscher am South Pole Telescope (SPT) vor Ort war.

Er bezog sich nicht auf das Wetter, obwohl in der Woche zwischen Weihnachten und Neujahr – dem Frühsommer auf der Südhalbkugel – die Sonne rund um die Uhr schien, die Temperaturen kaum im einstelligen Minusbereich lagen (und an einem Tag sogar die Null überschritten wurde .) ) und der Wind war meist ruhig. Holzapfel machte den Weg von der Amundsen-Scott-Südpolstation der National Science Foundation (ein Schneeballwurf vom traditionellen Standort des Pols selbst, der mit, ja, einem Pol markiert ist) zum Teleskop in Jeans und Laufschuhen. Eines Nachmittags wurde es im Laborgebäude des Teleskops so warm, dass die Crew eine Tür aufstieß.

Aber aus der Sicht eines Astronomen wird der Südpol erst dann gutartig, wenn die Sonne untergeht und unten bleibt – von März bis September.

Es sind sechs Monate ununterbrochene Daten, sagt Holzapfel. Während der 24-Stunden-Dunkelheit des australischen Herbstes und Winters arbeitet das Teleskop ununterbrochen unter für die Astronomie tadellosen Bedingungen. Die Atmosphäre ist dünn (der Pol liegt mehr als 9.300 Fuß über dem Meeresspiegel, von denen 9.000 Eis sind). Die Atmosphäre ist auch stabil, da die Erwärmungs- und Abkühlungseffekte einer auf- und untergehenden Sonne fehlen; Am Pol wehen einige der ruhigsten Winde der Erde, und sie wehen fast immer aus derselben Richtung.

Für das Teleskop vielleicht am wichtigsten, die Luft ist außergewöhnlich trocken; technisch gesehen ist die Antarktis eine Wüste. (Spröde Hände können Wochen brauchen, um zu heilen, und Schweiß ist kein wirkliches Hygieneproblem, daher ist die Beschränkung auf zwei Duschen pro Woche, um Wasser zu sparen, kein großes Problem. Wie mir ein Pole-Veteran sagte, sobald du zurückgehst durch den Zoll in Christchurch [Neuseeland], dann müssen Sie duschen.) Das SPT erkennt Mikrowellen, einen Teil des elektromagnetischen Spektrums, der besonders empfindlich auf Wasserdampf reagiert. Feuchte Luft kann Mikrowellen absorbieren und sie daran hindern, das Teleskop zu erreichen, und Feuchtigkeit sendet ihre eigene Strahlung aus, die als kosmische Signale missverstanden werden könnte.

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Um diese Probleme zu minimieren, haben Astronomen, die Mikrowellen und Submillimeterwellen analysieren, den Südpol zu einer zweiten Heimat gemacht. Ihre Instrumente befinden sich im Dark Sector, einer engen Ansammlung von Gebäuden, in denen Licht und andere elektromagnetische Strahlungsquellen auf ein Minimum reduziert werden. (In der Nähe befinden sich der Quiet Sector für Seismologieforschung und der Clean Air Sector für Klimaprojekte.)

Astronomen sagen gerne, dass sie für unberührtere Beobachtungsbedingungen in den Weltraum gehen müssten – ein exponentiell teurerer Vorschlag, den die NASA im Allgemeinen nicht verfolgt, es sei denn, die Wissenschaft kann nicht einfach auf der Erde durchgeführt werden. (Ein Dunkelenergiesatellit ist seit 1999 auf und neben dem Reißbrett und ging laut einem NASA-Berater letztes Jahr wieder auf den ersten Platz.) Zumindest auf der Erde, wenn etwas mit einem Instrument schief geht, brauchen Sie es nicht ein Space Shuttle zu kommandieren, um es zu reparieren.

Die Vereinigten Staaten sind seit 1956 das ganze Jahr über am Pol präsent, und inzwischen hat das US-Antarktisprogramm der National Science Foundation das Leben dort zu einer Wissenschaft gemacht. Bis 2008 war die Station in einer geodätischen Kuppel untergebracht, deren Krone noch über dem Schnee sichtbar ist. Die neue Basisstation ähnelt eher einem kleinen Kreuzfahrtschiff als einem abgelegenen Außenposten und bietet über 150 Schlafplätzen in Privatquartieren. Durch die Bullaugen, die die beiden Stockwerke säumen, können Sie einen Horizont betrachten, der so hypnotisch eben ist wie der eines Ozeans. Die neue Station ruht auf Liften, die bei Schneestau zwei volle Stockwerke hochgehoben werden können.

Der Schneefall in dieser ultratrockenen Region mag minimal sein, aber der Schnee, der von den Rändern des Kontinents hereinweht, kann immer noch ein Durcheinander anrichten und eine der banaleren Aufgaben für die Überwinterungsmannschaft des SPT darstellen. Einmal pro Woche in den dunklen Monaten, wenn die Stationsbevölkerung auf etwa 50 schrumpft, müssen die beiden SPT-Forscher vor Ort in die 10 Meter breite Mikrowellenschüssel des Teleskops klettern und sie reinigen. Das Teleskop sammelt Daten und sendet sie an die Desktops entfernter Forscher. Auch die beiden Winterover verbringen ihre Tage damit, an den Daten zu arbeiten und sie zu analysieren, als wären sie zu Hause. Aber wenn das Teleskop auf einen Fehler trifft und ein Alarm auf ihren Laptops ertönt, müssen sie schnell herausfinden, was das Problem ist.

Eine Stunde Ausfallzeit bedeutet Tausende von Dollar verlorener Beobachtungszeit, sagt Keith Vanderlinde, einer der beiden Winter-Overs 2008. Es sind immer Kleinigkeiten. Ein Lüfter geht kaputt, weil es dort unten so trocken ist, dass die gesamte Schmierung weggeht. Und dann überhitzt der Computer und schaltet sich aus, und plötzlich sind wir am Boden und haben keine Ahnung, warum. An diesem Punkt scheint die Umwelt doch nicht so gutartig zu sein. Von März bis Oktober gibt es keine Flüge zum oder vom Südpol (das Motoröl eines Flugzeugs würde gelatinieren). Wenn also die Winterübergänge nicht reparieren können, was kaputt ist, bleibt es kaputt – was noch nicht passiert ist.

Mehr als die meisten Wissenschaften hängt die Astronomie vom Sehsinn ab; Bevor Astronomen das Universum als Ganzes neu vorstellen können, müssen sie zuerst herausfinden, wie sie die dunklen Teile wahrnehmen. Zu wissen, was dunkle Materie ist, würde Wissenschaftlern helfen, darüber nachzudenken, wie sich die Struktur des Universums bildet. Zu wissen, was die Dunkle Energie tut, würde Wissenschaftlern helfen, darüber nachzudenken, wie sich diese Struktur im Laufe der Zeit entwickelt hat – und wie sie sich weiter entwickeln wird.

Wissenschaftler haben einige Kandidaten für die Zusammensetzung der Dunklen Materie – hypothetische Teilchen namens Neutralinos und Axionen. Für die Dunkle Energie besteht die Herausforderung jedoch darin, nicht herauszufinden, was sie ist, sondern wie sie ist. Insbesondere wollen Astronomen wissen, ob sich die dunkle Energie über Raum und Zeit ändert oder ob sie konstant ist. Eine Möglichkeit, es zu untersuchen, besteht darin, sogenannte baryonische akustische Oszillationen zu messen. Als das Universum noch in den Kinderschuhen steckte, gerade einmal 379.000 Jahre alt, kühlte es sich so weit ab, dass sich Baryonen (Teilchen aus Protonen und Neutronen) von Photonen (Lichtpaketen) trennen konnten. Diese Trennung hinterließ einen Abdruck – den sogenannten kosmischen Mikrowellenhintergrund – der noch heute erkennbar ist. Es umfasst Schallwellen (akustische Schwingungen), die durch das Säuglingsuniversum liefen. Die Spitzen dieser Schwingungen repräsentieren Regionen, die etwas dichter waren als der Rest des Universums. Und weil Materie Materie durch die Schwerkraft anzieht, wurden diese Regionen mit dem Altern des Universums noch dichter und verschmolzen zuerst zu Galaxien und dann zu Galaxienhaufen. Wenn Astronomen die ursprünglichen kosmischen Mikrowellen-Hintergrundschwingungen mit der Verteilung von Galaxien in verschiedenen Stadien der Geschichte des Universums vergleichen, können sie die Expansionsrate des Universums messen.

Ein anderer Ansatz zur Definition von Dunkler Energie beinhaltet eine Methode namens Gravitationslinseneffekt. Nach Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie scheint sich ein Lichtstrahl, der durch den Weltraum wandert, aufgrund der Anziehungskraft der Materie zu biegen. (Eigentlich ist es der Raum selbst, der sich biegt, und das Licht fährt einfach mit.) Wenn zwei Galaxienhaufen entlang einer einzigen Sichtlinie liegen, fungiert der Vordergrundhaufen als Linse, die das vom Hintergrundhaufen kommende Licht verzerrt. Diese Verzerrung kann Astronomen die Masse des Vordergrundhaufens verraten. Durch die Abtastung von Millionen von Galaxien in verschiedenen Teilen des Universums sollten Astronomen in der Lage sein, die Geschwindigkeit abzuschätzen, mit der sich Galaxien im Laufe der Zeit zu Haufen verklumpt haben, und diese Geschwindigkeit wird ihnen wiederum sagen, wie schnell sich das Universum zu verschiedenen Zeitpunkten in seiner Geschichte ausgebreitet hat.

Das Südpolteleskop verwendet eine dritte Technik, den Sunyaev-Zel’dovich-Effekt, benannt nach zwei sowjetischen Physikern, die auf dem kosmischen Mikrowellenhintergrund beruht. Wenn ein Photon von letzterem mit heißem Gas in einem Cluster wechselwirkt, erfährt es einen leichten Energieanstieg. Der Nachweis dieser Energie ermöglicht es Astronomen, diese Cluster zu kartieren und den Einfluss dunkler Energie auf ihr Wachstum im Laufe der Geschichte des Universums zu messen. Das ist zumindest die Hoffnung. Viele Leute in der Community haben eine meiner Meinung nach gesunde Skepsis entwickelt. Sie sagen: „Das ist toll, aber zeigen Sie uns das Geld“, sagt Holzapfel. Und ich denke, in ein oder zwei Jahren werden wir in der Lage sein, das zu tun.

Das SPT-Team konzentriert sich auf Galaxienhaufen, weil sie die größten Strukturen im Universum sind und oft aus Hunderten von Galaxien bestehen – sie haben eine Million Milliarden Sonnenmasse. Da dunkle Energie das Universum zur Expansion treibt, wird es für Galaxienhaufen schwieriger, zu wachsen. Sie werden sich voneinander entfernen und das Universum wird kälter und einsamer.

Galaxienhaufen sind in Bezug auf die Strukturbildung so etwas wie Kanarienvögel in einem Kohlebergwerk, sagt Holzapfel. Wenn sich die Dichte der Dunklen Materie oder die Eigenschaften der Dunklen Energie ändern würden, würde sich als erstes die Häufigkeit von Clustern ändern. Das South Pole Telescope soll in der Lage sein, Galaxienhaufen im Laufe der Zeit zu verfolgen. Man kann sagen: „Wie viele Cluster gab es vor so vielen Milliarden Jahren und wie viele gibt es heute?“, sagt Holzapfel. Und vergleichen Sie sie dann mit Ihren Vorhersagen.

Alle diese Methoden sind jedoch mit einer Einschränkung verbunden. Sie gehen davon aus, dass wir die Schwerkraft ausreichend verstehen, die nicht nur die Kraft ist, die der dunklen Energie entgegenwirkt, sondern in den letzten vier Jahrhunderten die Grundlage der Physik war.

Zwanzig Mal pro Sekunde richtet ein Laser hoch in den Sacramento Mountains von New Mexico einen Lichtimpuls auf den Mond, der 239.000 Meilen entfernt liegt. Das Ziel des Strahls ist einer von drei koffergroßen Reflektoren, die Apollo-Astronauten vor vier Jahrzehnten auf der Mondoberfläche platziert haben. Photonen des Strahls prallen vom Spiegel ab und kehren nach New Mexico zurück. Gesamte Hin- und Rückfahrtzeit: 2,5 Sekunden, mehr oder weniger.

Das macht mehr oder weniger den Unterschied. Durch das Timing der Lichtgeschwindigkeitsreise können Forscher des Apache Point Observatory Lunar Laser-Ranging Operation (APOLLO) die Entfernung zwischen Erde und Mond von Moment zu Moment messen und die Umlaufbahn des Mondes mit höchster Präzision kartieren. Wie in der apokryphen Geschichte von Galilei, der Kugeln vom Schiefen Turm von Pisa fallen lässt, um die Universalität des freien Falls zu testen, behandelt APOLLO die Erde und den Mond wie zwei Kugeln, die im Gravitationsfeld der Sonne fallen. Mario Livio, Astrophysiker am Space Telescope Science Institute in Baltimore, nennt es ein absolut unglaubliches Experiment. Wenn die Umlaufbahn des Mondes auch nur die geringste Abweichung von Einsteins Vorhersagen aufweist, müssen Wissenschaftler möglicherweise seine Gleichungen überdenken – und vielleicht sogar die Existenz von Dunkler Materie und Dunkler Energie.

Bisher hält Einstein, sagt einer der leitenden Beobachter von APOLLO, der Astronom Russet McMillan, während ihr fünfjähriges Projekt die Hälfte erreicht.

Selbst wenn Einstein nicht hielt, müssten die Forscher zunächst andere Möglichkeiten wie einen Fehler bei der Messung der Masse von Erde, Mond oder Sonne ausschließen, bevor sie einräumen, dass die Allgemeine Relativitätstheorie ein Korrektiv erfordert. Trotzdem wissen Astronomen, dass sie die Schwerkraft auf eigene Gefahr für selbstverständlich halten. Sie haben die Existenz von Dunkler Materie aufgrund ihrer Gravitationseffekte auf Galaxien und die Existenz von Dunkler Energie aufgrund ihrer Antigravitationseffekte auf die Expansion des Universums abgeleitet. Was ist, wenn die Annahme, die diesen Zwillingsschlussfolgerungen zugrunde liegt – dass wir wissen, wie die Schwerkraft funktioniert – falsch ist? Kann eine Theorie des Universums, die noch ausgefallener ist als eine, die dunkle Materie und dunkle Energie postuliert, den Beweis erklären? Um das herauszufinden, testen Wissenschaftler die Schwerkraft nicht nur im Universum, sondern auch auf der Tischplatte. Bis vor kurzem hatten Physiker die Schwerkraft nicht aus extrem kurzer Entfernung gemessen.

Erstaunlich, nicht wahr? sagt Eric Adelberger, der Koordinator mehrerer Gravitationsexperimente, die in einem Labor an der University of Washington in Seattle stattfinden. Aber es wäre nicht verwunderlich, wenn Sie es versuchen würden – wenn Sie versuchen würden, die Schwerkraft in Abständen von weniger als einem Millimeter zu testen. Beim Testen der Schwerkraft geht es nicht nur darum, zwei Objekte nahe beieinander zu platzieren und die Anziehung zwischen ihnen zu messen. Alle möglichen anderen Dinge können einen gravitativen Einfluss ausüben.

Hier ist Metall, sagt Adelberger und zeigt auf ein Instrument in der Nähe. Hier drüben gibt es einen Hang, der irgendwann hinter der Betonmauer vorbeiwinkt, die das Labor umgibt. Da drüben ist ein See. Hinzu kommt der Grundwasserspiegel im Boden, der sich bei jedem Regen ändert. Dann gibt es die Rotation der Erde, die Position der Sonne, die dunkle Materie im Herzen unserer Galaxie.

In den letzten zehn Jahren hat das Seattle-Team die Gravitationsanziehung zwischen zwei Objekten in immer kleineren Abständen gemessen, bis hin zu 56 Mikrometer (oder 1/500 Zoll), nur um sicherzustellen, dass Einsteins Gleichungen für die Gravitation auf kürzeste Distanzen zutreffen true , auch. Bisher tun sie es.

Aber selbst Einstein erkannte, dass seine Allgemeine Relativitätstheorie das Universum nicht vollständig erklärt. Er verbrachte die letzten 30 Jahre seines Lebens damit, seine Physik des ganz Großen mit der Physik des ganz Kleinen – der Quantenmechanik – in Einklang zu bringen. Er hat versagt.

Theoretiker haben sich alle möglichen Möglichkeiten ausgedacht, um die Allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik in Einklang zu bringen: Paralleluniversen, kollidierende Universen, Blasenuniversen, Universen mit zusätzlichen Dimensionen, Universen, die sich ewig reproduzieren, Universen, die vom Urknall über den Big Crunch bis zum Big . hüpfen Knall.

Adam Riess, ein Astronom, der mit Brian Schmidt bei der Entdeckung der Dunklen Energie zusammengearbeitet hat, sagt, er schaue jeden Tag auf eine Internetseite ( xxx.lanl.gov/archive/astro-ph ), wo Wissenschaftler ihre Analysen veröffentlichen, um zu sehen, welche neuen Ideen es gibt. Die meisten sind ziemlich verrückt, sagt er. Aber es ist möglich, dass jemand mit einer tiefen Theorie herauskommt.

Trotz all ihrer Fortschritte stellte sich heraus, dass die Astronomie unter einer falschen, wenn auch vernünftigen Annahme arbeitete: Was man sieht, ist das, was man bekommt. Jetzt müssen sich Astronomen an die Idee anpassen, dass das Universum nicht unser Stoff ist – im Großen und Ganzen sind es unsere Spezies und unser Planet und unsere Galaxie und alles, was wir je gesehen haben, wie der theoretische Physiker Lawrence Krauss von der Arizona State University hat gesagt, ein bisschen Umweltverschmutzung.

Kosmologen lassen sich jedoch nicht entmutigen. Die wirklich schwierigen Probleme sind großartig, sagt Michael Turner, weil wir wissen, dass sie eine verrückte neue Idee erfordern. Wie Andreas Albrecht, ein Kosmologe an der University of California in Davis, kürzlich auf einer Konferenz über dunkle Energie sagte: Wenn Sie mir die Zeitleiste der Wissenschaftsgeschichte vorlegen und ich jede Zeit und jedes Gebiet wählen könnte, würde ich hier will sein.

Richard Panek schrieb über Einstein für Smithsonian im Jahr 2005. Sein Buch über Dunkle Materie und Dunkle Energie wird 2011 erscheinen.

1998 prägte Michael Turner den Begriff „Dunkle Energie“. Niemand weiß, was das ist.(Mit freundlicher Genehmigung von Michael Turner)

Wissenschaftler, die am Südpol arbeiten, bleiben in einer Einrichtung, die auf Stelzen ruht, die bei Schneeansammlungen angehoben werden.(Keith Vanderlinde / National Science Foundation)

Ingenieur Dana Hrubes justiert eine Batterie in der Anlage am Südpol.(Calee Allen / National Science Foundation)

Da in der dunkelsten Jahreshälfte keine Flugzeugflüge stattfinden, kämpfen die Forscher für sich selbst, indem sie unter künstlichem Licht frisches Gemüse anbauen.(Brien Barnett / Die antarktische Sonne)

Weit weg von Fremdlicht und in monatelange Dunkelheit getaucht, ist das Südpolteleskop der Antarktis einer der besten Orte auf der Erde, um den Rest des Universums zu beobachten.(Keith Vanderlinde / National Science Foundation)

Kurz gesagt, das Universum begann mit dem Urknall vor fast 14 Milliarden Jahren, blähte sich schnell auf und dehnt sich bis heute aus.(NASA / WMAP-Wissenschaftsteam)

Anstatt sich zu verlangsamen, sagen Wissenschaftler, hat sich die Expansion beschleunigt, angetrieben von dunkler Energie. Diese Karte von Hot Spots im Säuglingsuniversum zeigt, wo sich später Materie konzentrierte und Galaxien entstehen ließen.(NASA / WMAP-Wissenschaftsteam)

Astronomen wie Russet McMillan nutzen die Schwerkraft bei ihrer Jagd nach dunkler Energie.(Gretchen Van Doren)

Wissenschaftler des Apache Point Observatory in New Mexico richten wiederholt einen Laserstrahl auf den Mond und messen die Rückkehr des Lichts zur Erde, wodurch sie die Entfernung des Mondes auf einen Millimeter genau bestimmen.(Gretchen Van Doren / Astrophysikalisches Forschungskonsortium)

wo verbrachte die lewis and clark-expedition den überwinter, bevor sie nach st. louis

Das Maß der Anziehungskraft zwischen Erde und Mond hilft Astronomen, dunkle Energie zu definieren.(Tom Murphy)

Astronauten haben diesen Reflektor 1969 auf dem Mond platziert.(NASA)



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