Dunkle Energie: Das größte Geheimnis im Universum

Zwei Forscher haben sich in den vergangenen vier Jahren von Februar bis November zweimal täglich an sieben Tagen in der Woche mit thermischer Unterwäsche und Oberbekleidung, mit Fleece, Flanell, doppelten Handschuhen, doppelten Socken, gepolsterten Overalls und geschwollenen roten Parkas überzogen, um sich zu mumifizieren bis sie wie zwei Michelin-Männer aussehen. Dann treten sie hinaus und tauschen die Wärme und die modernen Annehmlichkeiten einer Wissenschaftsstation (Tischfußball, Fitnesscenter, 24-Stunden-Cafeteria) gegen eine weniger als 100-Grad-Fahrenheit-Landschaft, die flacher als Kansas und einer der kältesten Orte auf dem Planeten ist. Sie stapfen in der Dunkelheit fast eine Meile über ein Plateau aus Schnee und Eis, bis sie vor dem Hintergrund von mehr Sternen als je zuvor von einem Beobachter im Hinterhof die Silhouette der riesigen Scheibe des Südpol-Teleskops erkennen, wo sie sich weltweit bemühen, das vielleicht größte Rätsel des Universums zu lösen: woraus das meiste besteht.

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Seit Tausenden von Jahren untersucht unsere Spezies den Nachthimmel und fragt sich, ob da draußen noch etwas anderes ist. Letztes Jahr haben wir den 400. Jahrestag der Antwort von Galileo gefeiert: Ja. Galileo richtete ein neues Instrument, das Teleskop, am Himmel aus und sah Objekte, die noch niemand zuvor gesehen hatte: Hunderte von Sternen, Berge auf dem Mond, Satelliten des Jupiter. Seitdem haben wir mehr als 400 Planeten um andere Sterne gefunden, 100 Milliarden Sterne in unserer Galaxie, Hunderte Milliarden 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. Die Astronomen haben Beweise dafür zusammengestellt, dass das, was wir immer als das eigentliche Universum angesehen haben - ich, Sie, dieses Magazin, Planeten, Sterne, Galaxien, all die Materie im Weltraum - nur 4 Prozent dessen darstellt, was es tatsächlich gibt. Den Rest nennen sie mangels eines besseren Wortes dunkel: 23 Prozent nennen sie Dunkle Materie, und 73 Prozent sind noch mysteriöser, was 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, was dunkle Materie sein könnte - exotische und immer noch hypothetische Teilchen -, aber sie haben kaum eine Ahnung von dunkler Energie. Im Jahr 2003 hat der Nationale Forschungsrat "Was ist die Natur der Dunklen Energie?" Als eines der drängendsten wissenschaftlichen Probleme der kommenden Jahrzehnte aufgeführt. Der Vorsitzende des Komitees, der den Bericht verfasst hat, der Kosmologe der Universität Chicago, Michael S. Turner, geht noch einen Schritt weiter und bezeichnet die Dunkle Energie als "das tiefste Geheimnis der Wissenschaft".

Die Bemühungen, es zu lösen, haben eine Generation von Astronomen dazu bewegt, die Physik und die Kosmologie neu zu überdenken, um die an einem Herbstabend in Padua eingeweihte Revolution Galileo zu konkurrieren und vielleicht zu übertreffen. Sie setzen sich mit einer tiefen Ironie auseinander: Es ist der Anblick selbst, der uns für fast das gesamte Universum blind gemacht hat. Und das Erkennen dieser Blindheit hat uns dazu inspiriert, wie zum ersten Mal zu fragen: Wie heißt dieser Kosmos, den wir zu Hause nennen?

Die Wissenschaftler waren sich in den 1970er Jahren einig, dass es im Universum mehr gibt, als man denkt. In Computersimulationen unserer Galaxie, der Milchstraße, stellten Theoretiker fest, 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 zerfallen und Sterne und Gas in alle Richtungen abgeben. 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 ist, wenn ein Teil der Masse einer Galaxie kein Licht ausstrahlt? Wenn Spiralgalaxien genug von solch einer mysteriösen Masse enthalten, dann könnten sie den Gesetzen der Schwerkraft gehorchen. Astronomen nannten die unsichtbare Masse "Dunkle Materie".

"Niemand hat uns jemals erzählt, dass alle Materie strahlt", sagte Vera Rubin, eine Astronomin, deren Beobachtung der Galaxienrotation Hinweise auf dunkle Materie lieferte. "Wir sind einfach davon ausgegangen, dass es so ist."

Die Bemühungen, dunkle Materie zu verstehen, bestimmten einen Großteil der Astronomie für die nächsten zwei Jahrzehnte. Die Astronomen wissen vielleicht nicht, was dunkle Materie ist, aber wenn sie auf ihre Gegenwart schließen, können sie auf neue Weise einer ewigen Frage nachgehen: Was ist das Schicksal des Universums?

Sie wussten bereits, dass sich das Universum ausdehnt. 1929 hatte der Astronom Edwin Hubble entdeckt, dass sich ferne Galaxien von uns entfernen und je weiter sie sich entfernen, desto schneller scheinen sie zurückzugehen.

Das war eine radikale Idee. Anstelle des stattlichen, ewig unveränderlichen Stilllebens, das das Universum einst zu sein schien, lebte es tatsächlich in der Zeit 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 durch die Schwerkraft andere Materie an. Die Astronomen schlussfolgerten, dass die gegenseitige Anziehung all dieser Dinge die Expansion des Universums verlangsamen muss. Aber sie wussten nicht, was das endgültige Ergebnis sein würde. Wäre der Gravitationseffekt so stark, dass das Universum letztendlich eine gewisse Strecke zurücklegen, anhalten und sich umkehren würde, wie ein in die Luft geworfener Ball? Oder wäre es so klein, dass das Universum seiner Reichweite entkommen und niemals aufhören würde, sich auszudehnen, wie eine Rakete, die die Erdatmosphäre verlässt? Oder lebten wir in einem exquisit ausgeglichenen Universum, in dem die Schwerkraft eine Goldlöckchen-Expansionsrate sicherstellt, die weder zu schnell noch zu langsam ist - sodass das Universum irgendwann zum Stillstand kommen würde?

Unter der Annahme, dass dunkle Materie existiert und das Gravitationsgesetz universell ist, machten sich zwei Astrophysikerteams, eines von Saul Perlmutter am Lawrence Berkeley National Laboratory und das andere von Brian Schmidt an der Australian National University, daran, die Zukunft zu bestimmen des Universums. In den neunziger Jahren analysierten die konkurrierenden Teams eine Reihe explodierender Sterne oder Supernovae anhand dieser ungewöhnlich hellen, kurzlebigen entfernten Objekte, um das Wachstum des Universums zu messen. Sie wussten, wie hell die Supernovae an verschiedenen Punkten im Universum erscheinen sollten, wenn die Expansionsrate gleichmäßig wäre. Durch den Vergleich, wie viel heller die Supernova tatsächlich erschienen, stellten die Astronomen fest, um wie viel sich die Expansion des Universums verlangsamte. Aber zur Überraschung der Astronomen stellten sie fest, dass die Supernovas nicht heller - und daher näher - waren als erwartet, als sie bis zur Hälfte des Universums schauten, sechs oder sieben Milliarden Lichtjahre entfernt. Sie waren schwächer, das heißt entfernter. Die beiden Teams kamen zu dem Schluss, dass sich die Expansion des Universums nicht verlangsamt. Es beschleunigt sich.

Die Implikation dieser Entdeckung war bedeutsam: Es bedeutete, dass die dominierende Kraft in der Entwicklung 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 buchstäblich bis ans Ende der Erde verfolgt.

„Der Südpol hat die härteste Umgebung der Erde, aber auch die mildeste“, sagt William Holzapfel, Astrophysiker an der Universität von Kalifornien in Berkeley, der als leitender Forscher am Südpol-Teleskop (SPT) vor Ort war.

Er bezog sich nicht auf das Wetter, obwohl in der Woche zwischen Weihnachten und Neujahr - Frühsommer in der südlichen Hemisphäre - die Sonne rund um die Uhr schien, die Temperaturen kaum im Minus einstelligen Bereich lagen (und an einem Tag sogar Null brachen ), 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 Pfostens selbst, der mit Ja, einem Pfosten markiert ist) zum Teleskop in Jeans und Laufschuhen. Eines Nachmittags wurde das Laborgebäude des Teleskops so warm, dass die Besatzung eine Tür aufstützte.

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

"Es sind sechs Monate ununterbrochener Daten", sagt Holzapfel. Während der 24-Stunden-Dunkelheit des australischen Herbstes und Winters arbeitet das Teleskop unter einwandfreien astronomischen Bedingungen ohne Unterbrechung. Die Atmosphäre ist dünn (der Pol ist mehr als 900 Meter über dem Meeresspiegel, 9.000 davon sind Eis). Die Atmosphäre ist auch aufgrund des Fehlens der Heiz- und Kühleffekte einer aufgehenden und untergehenden Sonne stabil. Der Pol hat einige der ruhigsten Winde der Erde und sie wehen fast immer aus der gleichen Richtung.

Für das Teleskop vielleicht am wichtigsten ist, dass die Luft außergewöhnlich trocken ist. Technisch gesehen ist die Antarktis eine Wüste. (Rissige Hände können Wochen dauern, bis sie verheilt sind, und Schweiß ist kein wirkliches hygienisches Problem. Daher ist die Beschränkung auf zwei Duschen pro Woche zum Einsparen von Wasser kein großes Problem. Ein Pole-Veteran sagte zu mir: „In dem Moment, in dem Sie gehen Zurück beim Zoll in Christchurch (Neuseeland) brauchen Sie dann eine Dusche. “) Der SPT erkennt Mikrowellen, einen Teil des elektromagnetischen Spektrums, der besonders empfindlich auf Wasserdampf reagiert. Feuchte Luft kann Mikrowellen absorbieren und verhindern, dass diese das Teleskop erreichen, und Feuchtigkeit gibt ihre eigene Strahlung ab, die als kosmische Signale missverstanden werden kann.

Um diese Probleme zu minimieren, haben Astronomen, die Mikrowellen und Submillimeterwellen analysieren, den Südpol zu einer zweiten Heimat gemacht. Ihre Instrumente befinden sich im Dunklen Sektor, einer engen Ansammlung von Gebäuden, in denen Licht und andere Quellen elektromagnetischer Strahlung auf ein Minimum beschränkt sind. (In der Nähe befinden sich der Quiet Sector für seismologische Forschung und der Clean Air Sector für Klimaprojekte.)

Astronomen sagen gern, dass sie für makellosere Beobachtungsbedingungen in den Weltraum gehen müssten - eine exponentiell teurere Angelegenheit, die die NASA im Allgemeinen nicht gerne verfolgt, wenn die Wissenschaft nicht einfach auf der Erde durchgeführt werden kann. (Ein Dunkelenergiesatellit ist seit 1999 auf und neben dem Reißbrett und ist laut einem NASA-Berater im vergangenen Jahr „zurück auf den ersten Platz“ gegangen.) Wenigstens auf der Erde, wenn mit einem Instrument etwas schief geht, tun Sie es nicht. Sie müssen kein Space Shuttle kommandieren, um es zu reparieren.

Die Vereinigten Staaten sind seit 1956 das ganze Jahr über an der Spitze präsent, und inzwischen hat das US-amerikanische Antarktisprogramm der National Science Foundation die Wissenschaft zum Leben erweckt. Bis 2008 befand sich die Station in einer geodätischen Kuppel, deren Krone noch über dem Schnee sichtbar ist. Die neue Basisstation ähnelt mehr einem kleinen Kreuzfahrtschiff als einem abgelegenen Außenposten und bietet Platz für mehr als 150 Personen, allesamt in privaten Unterkünften. Durch die Bullaugen, die die beiden Stockwerke säumen, können Sie einen Horizont betrachten, der so hypnotisch ist wie jeder Ozean. Die neue Station ruht auf Aufzügen, mit denen bei zunehmendem Schnee zwei volle Stockwerke aufgezogen werden können.

Der Schneefall in dieser ultra-trockenen Region mag minimal sein, aber das, was von den Rändern des Kontinents hereinbläst, kann immer noch ein Chaos verursachen und eine der banaleren Aufgaben für die Winter-Over-Crew der SPT schaffen. In den dunklen Monaten, in denen die Stationsbevölkerung auf etwa 50 schrumpft, müssen die beiden SPT-Forscher vor Ort einmal pro Woche in die 33 Fuß breite Mikrowellenschale des Teleskops klettern und diese sauber kehren. Das Teleskop sammelt Daten und sendet sie an die Desktops entfernter Forscher. Die beiden „Überwinterer“ verbringen ihre Tage damit, an den Daten zu arbeiten und sie zu analysieren, als wären sie zu Hause. Aber wenn das Teleskop einen Fehler macht und ein Alarm auf ihren Laptops ertönt, müssen sie schnell herausfinden, wo das Problem liegt.

„Eine Stunde Ausfallzeit bedeutet Tausende von Dollar an verlorener Beobachtungszeit“, sagt Keith Vanderlinde, einer der beiden Winter-Overs 2008. „Es gibt immer kleine Dinge. Ein Lüfter wird kaputt gehen, weil es dort unten so trocken ist, dass die gesamte Schmierung wegfällt. Und dann wird der Computer überhitzt und schaltet sich aus, und plötzlich sind wir außer Betrieb und wir haben keine Ahnung warum. “Zu diesem Zeitpunkt scheint die Umgebung vielleicht doch nicht so„ harmlos “zu sein. Von März bis Oktober werden keine Flüge zum oder vom Südpol durchgeführt (das Motorenöl eines Flugzeugs würde verkleistern). Wenn die Winter-Overs also nicht reparieren können, was auch immer kaputt ist, bleibt es kaputt - was noch nicht geschehen ist.

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

Wissenschaftler haben einige Kandidaten für die Zusammensetzung der Dunklen Materie - hypothetische Teilchen, die als Neutralinos und Axionen bezeichnet werden. Für die Dunkle Energie besteht die Herausforderung jedoch darin, nicht herauszufinden, was es ist, sondern wie es ist. Insbesondere möchten Astronomen wissen, ob sich die Dunkle Energie über Raum und Zeit ändert oder ob sie konstant ist. Eine Möglichkeit, dies zu untersuchen, besteht darin, sogenannte baryonische akustische Oszillationen zu messen. Als das nur 379.000 Jahre alte Universum noch in den Kinderschuhen steckte, kühlte es so weit ab, dass sich Baryonen (Teilchen aus Protonen und Neutronen) von Photonen (Lichtpaketen) trennten. Diese Trennung hinterließ einen Abdruck - den so genannten kosmischen Mikrowellenhintergrund - der bis heute erkennbar ist. Es enthält Schallwellen („akustische Schwingungen“), die durch das Säuglingsuniversum fließen. Die Spitzen dieser Schwingungen repräsentieren Regionen, die etwas dichter als der Rest des Universums waren. Und weil Materie Materie durch die Schwerkraft anzieht, wurden diese Regionen mit zunehmendem Alter 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 Universumsgeschichte vergleichen, können sie die Expansionsrate des Universums messen.

Ein weiterer Ansatz zur Definition von Dunkler Energie ist die Gravitationslinse. Nach Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie scheint sich ein durch den Raum laufender Lichtstrahl aufgrund der Anziehungskraft der Materie zu biegen. (Tatsächlich ist es der Raum selbst, der sich biegt, und das Licht nimmt nur die Fahrt auf.) Wenn zwei Galaxienhaufen entlang einer einzigen Sichtlinie liegen, wirkt der Vordergrundhaufen als Linse, die das vom Hintergrundhaufen kommende Licht verzerrt. Diese Verzerrung kann den Astronomen die Masse des Vordergrundhaufens mitteilen. Durch das Abtasten 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 Clustern zusammenballen, und diese Geschwindigkeit wird ihnen wiederum sagen, wie schnell sich das Universum an verschiedenen Punkten in seiner Geschichte ausdehnte.

Das Südpol-Teleskop verwendet eine dritte Technik, den Sunyaev-Zel'dovich-Effekt, benannt nach zwei sowjetischen Physikern, die auf dem kosmischen Mikrowellenhintergrund basiert. Wenn ein Photon von letzterem in einem Cluster mit heißem Gas wechselwirkt, nimmt die Energie leicht zu. Die Erfassung dieser Energie ermöglicht es Astronomen, diese Cluster zu kartieren und den Einfluss dunkler Energie auf ihr Wachstum während der gesamten Geschichte des Universums zu messen. Das ist zumindest die Hoffnung. „Viele Menschen in der Gemeinde haben eine meiner Meinung nach gesunde Skepsis entwickelt. Sie sagen: "Das ist toll, aber zeig 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, da sie die größten Strukturen im Universum sind und häufig aus Hunderten von Galaxien bestehen - sie sind eine Million Milliarden Mal so groß wie die Masse der Sonne. Während dunkle Energie das Universum vorantreibt, sich auszudehnen, wird es für Galaxienhaufen schwieriger sein, zu wachsen. Sie werden weiter voneinander entfernt sein und das Universum wird kälter und einsamer.

Galaxienhaufen „sind in Bezug auf die Strukturbildung wie Kanarienvögel in einer Kohlenmine“, sagt Holzapfel. Wenn sich die Dichte der Dunklen Materie oder die Eigenschaften der Dunklen Energie ändern würden, müsste „als Erstes die Menge der Cluster geändert werden“. Das Südpol-Teleskop sollte 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 jetzt?“, 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, die nicht nur der dunklen Energie entgegenwirkt, sondern seit vier Jahrhunderten die Grundlage der Physik ist, hinreichend verstehen.

Zwanzigmal pro Sekunde zielt ein Laser hoch in den Sacramento Mountains von New Mexico mit einem Lichtimpuls auf den Mond, der 239.000 Meilen entfernt ist. Das Ziel des Strahls ist einer von drei koffergroßen Reflektoren, die Apollo-Astronauten vor vier Jahrzehnten auf die Mondoberfläche gepflanzt haben. Photonen des Strahls prallen vom Spiegel ab und kehren nach New Mexico zurück. Gesamtdauer der Hin- und Rückfahrt: mehr oder weniger als 2, 5 Sekunden.

Das "mehr oder weniger" macht den Unterschied. Durch das Timing der Lichtgeschwindigkeitsreise können Forscher des Apache Point Observatory (APOLLO) die Entfernung zwischen Erde und Mond von Moment zu Moment messen und die Umlaufbahn des Mondes mit höchster Präzision abbilden. Wie in der apokryphen Geschichte, in der Galileo Kugeln aus dem Schiefen Turm von Pisa fallen lässt, um die Universalität des freien Falls zu testen, behandelt APOLLO Erde und 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.

"Bis jetzt hält Einstein", sagt eine der führenden Beobachterinnen von APOLLO, die Astronomin Russet McMillan, als ihr fünfjähriges Projekt die Hälfte der Zeit hinter sich lässt.

Selbst wenn Einstein nicht festhalten würde, müssten die Forscher zunächst andere Möglichkeiten ausschließen, beispielsweise einen Fehler bei der Messung der Masse der Erde, des Mondes oder der Sonne, bevor sie zugeben, dass die allgemeine Relativitätstheorie eine Korrektur erfordert. Trotzdem wissen Astronomen, dass sie die Schwerkraft auf eigene Gefahr für selbstverständlich halten. Sie haben auf die Existenz dunkler Materie aufgrund ihrer Gravitationseffekte auf Galaxien und auf die Existenz dunkler Energie aufgrund ihrer Anti-Gravitationseffekte auf die Expansion des Universums geschlossen. Was ist, wenn die Annahme, die diesen doppelten Schlussfolgerungen zugrunde liegt - dass wir wissen, wie die Schwerkraft funktioniert - falsch ist? Kann eine noch ausgefallenere Theorie des Universums als eine, die dunkle Materie und dunkle Energie postuliert, den Beweis liefern? Um dies herauszufinden, testen Wissenschaftler die Schwerkraft nicht nur im gesamten Universum, sondern auch auf der gesamten Tischplatte. Bis vor kurzem hatten die Physiker die Schwerkraft nicht aus extremer Nähe gemessen.

"Erstaunlich, nicht wahr?", Sagt Eric Adelberger, 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 Anziehungskraft zwischen ihnen zu messen. Alle möglichen anderen Dinge können einen gravitativen Einfluss ausüben.

"Hier ist Metall", sagt Adelberger und zeigt auf ein nahe gelegenes Instrument. „Hier drüben gibt es einen Hang“ - er winkt irgendwann hinter der Betonmauer, die das Labor umgibt. „Da drüben ist ein See.“ Es gibt auch den Grundwasserspiegel im Boden, der sich jedes Mal ändert, wenn es regnet. Dann gibt es die Rotation der Erde, den Stand der Sonne, die dunkle Materie im Herzen unserer Galaxie.

In den letzten zehn Jahren hat das Seattle-Team die Anziehungskraft zwischen zwei Objekten in immer kleineren Abständen von bis zu 56 Mikrometern (1/500 Zoll) gemessen, um sicherzustellen, dass Einsteins Schwerkraftgleichungen auch bei kürzesten Abständen zutreffen, auch. Soweit sie es tun.

Aber selbst Einstein erkannte, dass seine allgemeine Relativitätstheorie das Universum nicht vollständig erklärte. 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 Big Crunch zu Big springen Knall.

Adam Riess, ein Astronom, der mit Brian Schmidt bei der Entdeckung der Dunklen Energie zusammengearbeitet hat, sagt, er schaue täglich auf eine Internetseite (xxx.lanl.gov/archive/astro-ph), auf der Wissenschaftler ihre Analysen veröffentlichen, um zu sehen, was neue Ideen sind dort draußen. "Die meisten von ihnen sind ziemlich verrückt", sagt er. "Aber es ist möglich, dass jemand mit einer tiefen Theorie herauskommt."

Bei allen Fortschritten stellt sich heraus, dass die Astronomie unter einer falschen, wenn auch vernünftigen Annahme arbeitete: Was Sie sehen, ist das, was Sie bekommen. Jetzt müssen sich Astronomen auf die Idee einstellen, dass das Universum nicht das Zeug von uns ist - im großen Schema der Dinge sind unsere Spezies und unser Planet und unsere Galaxie und alles, was wir jemals gesehen haben, als theoretischer Physiker Lawrence Krauss von der Arizona State University hat gesagt, "ein bisschen Verschmutzung."

Doch Kosmologen lassen sich nicht entmutigen. "Die wirklich schweren Probleme sind groß", sagt Michael Turner, "weil wir wissen, dass sie eine verrückte neue Idee erfordern." Andreas Albrecht, Kosmologe an der University of California in Davis, sagte kürzlich auf einer Konferenz über dunkle Energie: "Wenn Sie mir die Zeitleiste der Wissenschaftsgeschichte vorlegen und ich könnte jederzeit und in jedem Bereich wählen, dann wäre dies der Ort, an dem ich sein möchte."

Richard Panek schrieb 2005 für Smithsonian über Einstein. Sein Buch über dunkle Materie und dunkle Energie erscheint 2011.

Michael Turner prägte 1998 den Begriff "Dunkle Energie". Niemand weiß, was es ist. (Mit freundlicher Genehmigung von Michael Turner) Wissenschaftler, die am Südpol arbeiten, übernachten in einer Einrichtung, die auf Stelzen ruht, die beim Anhäufen von Schnee angehoben werden. (Keith Vanderlinde / National Science Foundation) Ingenieurin Dana Hrubes repariert eine Batterie am Südpol. (Calee Allen / National Science Foundation) Da in der dunkelsten Jahreshälfte keine Flugzeuge fliegen, können sich die Forscher selbst versorgen, indem sie frisches Gemüse unter künstlichem Licht anbauen. (Brien Barnett / Die antarktische Sonne) Das Südpol-Teleskop der Antarktis ist weit davon entfernt, fremdes Licht zu sein und in monatelange Dunkelheit getaucht zu sein. Es ist einer der besten Orte auf der Erde, um den Rest des Universums zu beobachten. (Keith Vanderlinde / National Science Foundation) Kurz gesagt, das Universum begann vor fast 14 Milliarden Jahren mit dem Urknall, schnell aufgeblasen und expandiert noch heute. (NASA / WMAP-Wissenschaftsteam) Anstatt sich zu verlangsamen, sagen Wissenschaftler, hat sich die Expansion beschleunigt, angetrieben von dunkler Energie. Diese Karte der Brennpunkte im gesamten Säuglingsuniversum zeigt, wo sich die Materie später konzentriert und Galaxien entstehen. (NASA / WMAP-Wissenschaftsteam) Astronomen wie Russet McMillan nutzen die Schwerkraft bei ihrer Jagd nach dunkler Energie. (Gretchen Van Doren) Wissenschaftler am Apache Point Observatorium in New Mexico richten wiederholt einen Laserstrahl auf den Mond und messen die Rückkehr des Lichts zur Erde, um die Entfernung des Mondes auf einen Millimeter genau zu bestimmen. (Gretchen Van Doren / Astrophysikalisches Forschungskonsortium) Das Maß der Anziehungskraft zwischen Erde und Mond hilft Astronomen, die Dunkle Energie zu definieren. (Tom Murphy) Astronauten platzierten diesen Reflektor 1969 auf dem Mond. (NASA)