Techniklexikon

kosmologische Konstante

die in Form des Summanden Lg(ab) in den Einstein-Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie enthaltene Konstante L. Nach der Veröffentlichung der Feldgleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie im Jahr 1915 fügte Einstein die kosmologische Konstante 1917 hinzu, da er meinte, dass sonst keine homogen-isotropen Lösungen der Feldgleichungen - also Lösungen, die seinem starken kosmologischen Prinzip gehorchen - möglich seien. Nachdem A. Friedmann im Jahr 1922 gezeigt hatte, dass im Gegensatz zu Einsteins Vermutung auch ohne kosmologische Konstante homogen-isotrope Lösungen der Feldgleichungen möglich sind (Friedmann-Modelle), verwarf Einstein die Idee der kosmologischen Konstante und bezeichnete sie später als »grösste Eselei meines Lebens«. Aus kosmologischen Beobachtungen kann zwar nicht zwingend auf L = 0 geschlossen werden, jedoch gilt die Abschätzung |L| < 3 × 10^-52 m^-2. Die kosmologische Konstante kann als konstanter Druck verstanden werden, der für L > 0 abstossend und für L < 0 anziehend wirkt. Physikalisch entspricht dies einer Vakuum-Energiedichte r(L) = L / (8pG). Daraus resultiert eine der wichtigen ungelösten Fragen der theoretischen Physik, denn im Rahmen der Quantenfeldtheorie besitzt das Vakuum tatsächlich eine nichtverschwindende Energiedichte. Diese ist modellabhängig, jedoch mindestens von der Grössenordnung , wobei m_P = 2,2 × 10^-8 kg die Planckmasse und l_P = 1,6 × 10^-35 m die Plancklänge ist. Daraus folgt L = 9,8 × 10⁷⁰ m^-2 für die kosmologische Konstante. Die Vorhersage der Theorie unterscheidet sich also mindestens um einen Faktor 10¹²² vom beobachteten Wert! Einige Physiker hegen die Hoffnung, dass dieses »Problem der kosmologischen Konstante« bei der Suche nach einer konsistenten Quantisierung der Gravitation (Quantengravitation) eine ähnliche Rolle spielen könnte wie die »Ultraviolettkatastrophe« der klassischen Thermodynamik, die erst durch Plancks Quantisierung der Energie aufgelöst werden konnte.