Ein höherdimensionales Modell kann helfen, die kosmische Beschleunigung ohne dunkle Energie zu erklären

Dunkle Energie bleibt eines der größten Rätsel in unserem Verständnis des Kosmos. Im Standardmodell der Kosmologie, dem Lambda-CDM, wird sie durch das Hinzufügen einer kosmologischen Konstanten zu Einsteins Feldgleichung berücksichtigt, die er selbst erstmals eingeführt hatte. Diese Konstante ist sehr klein und positiv, und es gibt kein vollständiges theoretisches Verständnis dafür, warum sie einen so winzigen Wert hat. Darüber hinaus weist dunkle Energie einige besondere Eigenschaften auf, wie etwa negativen Druck, und sie verdünnt sich nicht bei kosmischer Expansion, was zumindest einigen von uns Unbehagen bereitet.

Daher suchen Physiker weiterhin nach alternativen Erklärungen für die kosmische Beschleunigung. Zuvor hatten sie in einem Artikel mit dem Titel „Über die beschleunigte Expansion des Universums“, der in der Zeitschrift Gravitation und KosmologieIch habe erklärt, dass wir diese kosmische Beschleunigung ohne dunkle Energie erklären können, wenn das Universum gepaart mit einem in der Zeit rückwärts laufenden Antiuniversum existiert.

In meiner neuen Arbeit, dem Branenweltmodell, also unserem Universum, das eine 3-Brane ist, die in eine höherdimensionale Masse eingebettet ist, konnte ich auf die schwer fassbare dunkle Energie verzichten, was ich jetzt näher erläutere.

Mein neues Modell und meine Ergebnisse

In diesem Modell beginne ich mit einem Branenwelt-Szenario, in dem unser Universum selbst Teil eines höherdimensionalen Volumens ist. Stellen Sie es sich wie ein 2D-Blatt vor, das im 3D-Raum schwebt. Diese niederdimensionalen Strukturen werden Branen genannt, und jede Brane hat eine konstante Branenspannung – T –, die in ihrer Dynamik eine Rolle spielt. Ich habe ein Branenmodell mit variabler Spannung verwendet und gleichzeitig die 4D-Newton-Konstante G in ein Skalarfeld umgewandelt, während ich die 5D-Newton-Konstante, die aus dem Volumen kommt, als fest beibehalten habe.

Um es uns bequemer zu machen, erheben einige modifizierte Gravitationstheorien, wie etwa die Brans-Dicke-Theorie, auch Newtons Konstante G zu einem Skalarfeld. Dies führte zu einer Dynamik, die die Standardgleichung von Friedmann nachahmt, aber jetzt spielt das Skalarfeld G effektiv die Rolle von Materiefeldern in unserem Universum, während Materie effektiv die Rolle der dunklen Energie spielt. Es ist insofern effektiv, als ich jetzt auch den kombinierten Effekt berücksichtige, der von der variablen Membranspannung herrührt.

Daher konnte ich, ohne einen kosmologischen Konstantenterm zu verwenden, die dunkle Energie mit nur zwei bekannten Feldern erklären: dem Skalarfeld G, das die 4D-Newton-Konstante ist, aber jetzt zu einem Skalarfeld erhoben wird, und dem Materiefeld. Wir betrachteten die Strahlung als vernachlässigbar, was eine gute Annäherung an unser Universum ist. Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Journal Europhysik-Briefe.

Nachdem ich an den Problemen der dunklen Materie und der dunklen Energie gearbeitet habe, kann ich sagen, dass wir entweder akzeptieren, dass die allgemeine Relativitätstheorie richtig ist und wir in einem dunklen Universum mit diesen schwer fassbaren und eigenartigen dunklen Materieteilchen und der dunklen Energie leben, oder wir akzeptieren, dass wir in einem höherdimensionalen Multiversum leben.

Was modifizierte Gravitationstheorien betrifft, so kann ich mir nicht vorstellen, dass die Natur ein Gesetz wählen wird, das sich mit der Entfernung ändert (wie dies häufig von Befürwortern modifizierter Gravitationstheorien wie MOND behauptet wird) oder dass es die Definition des Gesetzes selbst untergräbt. Meine Intuition und Erfahrung legen nahe, dass die Natur Schönheit, Einfachheit und Symmetrie bevorzugt und modifizierte Gravitationstheorien diese Kriterien einfach nicht erfüllen.

Auf wissenschaftlicher Seite müssen Beobachtungen die Wahrheit herausfinden, und angesichts der wissenschaftlichen Fortschritte, die wir bisher gemacht haben, werden wir diese hoffentlich eines Tages erfahren.

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Kumar ist Doktorand am IIT Gandhinagar, Indien, und arbeitet unter der Aufsicht von Dr. Arpan Bhattacharyya. Kumars Forschungsgebiete umfassen die allgemeine Relativitätstheorie, Kosmologie, Branewelttheorie und Raumzeitthermodynamik.