Vakuumenergie,
auch Dunkle Energie, Astrophysik: eine aufgrund kosmologischer Überlegungen dem »leeren Raum« (Vakuum) zugeschriebene spezielle Energie. Nach der Quantenfeldtheorie ist der »leere Raum« mit Feldern durchsetzt, denen eine von null verschiedene Energiedichte zukommt. Entsprechend der Masse-Energie -Äquivalenz lässt sich ihre Dichte mit der der übrigen Materie im Weltall vergleichen. Unter der Annahme, dass das Weltall euklidisch flach (Kosmologie), die Gesamtdichte daher gleich der kritischen Dichte ist, geht man heute davon aus, dass die Vakuumenergie rund 70 % zur kritischen Dichte beiträgt. Auf die gravitativ wirksame Materie im Weltall entfallen dabei nur etwa 30 %, wobei der Anteil der nicht beobachtbaren Dunkle Materie rund 25 % beträgt, der Anteil der in den Galaxien vereinigten sichtbaren Materie aber nur etwa 5 %.
Die Vakuumenergie entspricht physikalisch der von A. Einstein in seine Feldgleichungen eingeführten kosmologischen Konstanten Λ.Sie kann als ein Druck, eine Art »Antigravitation«, verstanden werden, die der anziehenden Wirkung der übrigen Materie entgegenwirkt. Ab einer bestimmten Energiedichte der Vakuumenergie bewirkt sie eine beschleunigte Expansion des Universums: Während der Masseinhalt einer Kugel bei der kosmischen Expansion unverändert bleibt, die Massedichte aber abnimmt - und damit auch die von ihr ausgeübte Gravitationswirkung - ist die Vakuumenergiedichte konstant, mit wachsendem Kugelvolumen nimmt ihre Gesamtmenge demnach zu. Auf eine am Rand der Kugel befindliche Masse nimmt demzufolge mit fortschreitender Expansion die Gravitationswirkung ab, die abstoßende Wirkung der Vakuumenergie aber wächst: Statt einer unter der anziehenden Wirkung der Dunklen und sichtbaren Materie sich ständig verzögernden Expansion kann diese infolge der Vakuumenergie ab einem bestimmten Expansionszustand des Weltalls auch beschleunigt sein. Ihre Auswirkungen sind für die am weitesten entfernten Objekte am stärksten. Neuere Beobachtungen sehr weit entfernter Supernovae lassen auf eine derartige Beschleunigung schließen, die - falls sich die Beobachtungen allgemein bestätigen - aber erst vor einer kosmologisch relativ kurzen Zeit stärker als die Abbremsung durch die gravitativ wirksamen Massen wurde.
Die physikalischen Kenntnisse über das Vakuum sind gegenwärtig noch so, dass sich der Wert der Vakuumenergiedichte theoretisch nicht, auch nicht in der Größenordnung abschätzen und begründen lässt. Auch geht aus keiner Theorie hervor, weshalb gerade gegenwärtig die Energiedichte der anziehenden und der abstoßenden Komponenten im Weltall von gleicher Größenordnung sind. - Die Annahme, dass die Vakuumenergie rund 70 % zur kritischen Dichte beiträgt, folgt im Wesentlichen aus dem durch Beobachtungen abgeleiteten Anteil der gravitativ wirksamen Materie an der kritischen Dichte, wenn aufgrund des angenommenen Weltmodells Gleichheit zwischen der kritischen und der im Weltall vorhandenen Dichte herrschen soll.
Literatur:
L. Krauss: Quintessence. The mystery of missing mass in the universe (Neuausgabe New York 2000);
Sources and detection of dark matter and dark energy in the universe, hg. v. D. B. Cline (Berlin 2001).