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4.6 Energiedichte des Vakuums und kosmologische Konstante
Einstein eliminierte einst den Raumäther, um die Relativitätstheorie widerspruchsfrei formulieren zu können. Seine radikale Forderung war, dass Lichtwellen zur Fortpflanzung kein Medium (Äther) benötigen, sondern sich (auch) im absolut leeren Raum ausbreiten können. Diese Sicht ist heute nicht mehr haltbar, weil uns die Quantenfeldtheorie lehrt, dass auch das absolute Vakuum noch Energie enthält [28], S. 319: "Dies hängt damit zusammen, dass die sogenannten Nullpunktfluktuationen eines Quantenfeldes niemals unterbunden werden können.... Ein solches Quantenfeld hat außerdem die interessante Eigenschaft, dass es Lorentz- invariant ist, also sich sein Spektralcharakter von allen Inertrialsystemen aus gleich ansieht.... Einsteins speziell- relativistisches Äquivalenzprinzip scheint demnach einem solchen Vakuum gegenüber erfüllt zu sein."
Höchst befremdlich ist nun, dass zwischen der aus der Quantenfeldtheorie ableitbaren und der aufgrund von Beobachtungen zulässigen Vakuumenergiedichte die riesige Diskrepanz von 120 Größenordnungen (10 ¹²⁰ ) klafft, die von manchen Wissenschaftlern als ein grundlegendes physikalisches Problem angesehen wird. Die folgenden Zitate sollen dieses noch unterstreichen. [29], S 49: "Die Tatsache, dass wir unsere Umwelt bis zu den weit entfernten Galaxien überhaupt wahrnehmen können, setzt also der kosmologischen Konstante und damit der Vakuumenergie eine obere Grenze: nämlich120 Größenordnungen kleiner als nach der genannten theoretischen Abschätzung. Diese Diskrepanz zwischen der Quantenfeldtheorie des Vakuums und der Kosmologie stellt eines der großen unglösten Probleme der modernen Physik dar." [29], S. 52: "Ein noch unbekanntes Naturgesetz mit einer unglaublichen Feinabstimmung muss dafür sorgen, dass sich die Energie des Vakuums um 120 Zehnerpotenzen sich gegenüber den bisherigen Berechnungen verringert - eine Präzision, wie sie keine andere physikalische Theorie kennt." [28], S. 320: "Es bleibt jedoch die drängende Frage nach dem Absolutwert dieser Energiedichte sowie derjenigen der anderen Quantenfelder und die Frage nach der Variabilität dieser Energiedichten bei zeitlich veränderlicher Metrik des Universums. Nach wie vor gibt es auf diese Fragen nicht einmal die Andeutung einer Antwort." [30], S. 98: "Wenn wir die Möglichkeit verwerfen, dass der Wert der kosmologischen Konstante nur zufällig verschwindend klein sei, so müssen wir tiefgreifende Folgen für die Physik akzeptieren."
Um überhaupt Ansatzpunkte für die Lösung dieses Problems zu finden, muss man sich zunächst Klarheit darüber verschaffen, wie die Vakuumenergiedichte aus der Quantenfeldtheorie berechnet wird. [31], S. 128:
"In den vorhandenen Quantenfeldtheorien divergiert die Vakuumenergiedichte in der Regel (Ultraviolettdivergenz),
d. h. das Integral über alle Wellenzahlen k divergiert. Man schneidet daher den k- Raum ab bei einer Energieskala
E_x @ 10 ¹⁹  GeV, also bei der Planck- Skala (t_PL» 10 ^-43  s). Damit folgt: r_vac»  10 ⁹²  gcm ^-3 . Andererseits ergibt sich aus den Beobachtungen, dass r_vac  < » r_krit = 2 ^. 10 ^-29 gcm ^-3 . Damit ergibt sich eine Diskrepanz von 120 Größenordnungen.Nach der KZH sind weder die Vakuumenergiedichte noch die kosmologische Konstante wirklich konstant, sondern zeitabhängige Größen [9], siehe auch Bild 3: (e_V ~ t ^-2 , L ~ t ^-4/3 ).
 

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