Die Kosmologische Konstante Λ wurde im Jahr 1917 von Albert Einstein als neue Größe der sogenannten Kosmologie, der Lehre von der Entstehung und Entwicklung des Weltalls, eingeführt. In den Einsteinschen Feldgleichungen im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie, einem komplizierten Satz gekoppelter, partieller Differentialgleichungen, tauchte in Folge dessen der sogenannte Λ-Term auf. Während Einstein die Kosmologische Konstante angeblich als seine dümmste Eselei bezeichnete, gilt sie heute als eine zeitlich unveränderliche Form Dunkler Energie [1] [2].
Die Motivation Einsteins für die Einführung der Konstante rührte ursprünglich aus der Ästhetik, denn sein Ziel war es, ein statisches, homogenes Universum in eine konsistente Theorie einzubetten. Das damals favorisierte Weltmodell war ein eben solches, statisches Universum, ein dynamisches Universum, als welches wir es heute erachten, kam damals niemandem in den Sinn. Die Einsteinschen Feldgleichungen lassen sich auch ohne die kosmologische Konstante beschreiben, jedoch bedeutet das Weglassen der Konstante bzw. des Terms automatisch, dass das materieerfüllte Universum bzw. dessen Entwicklung nicht statisch sein kann und somit notwendigerweise expandieren oder kollabieren muss. Damit das Universum aufgrund der gravitativen Anziehung nicht kollabiert, führte Einstein damals die Konstante ein. Sofern sie positiv ist, beschreibt sie eine Art „Expansions-Kraft“, welche der gravitativen Anziehung entgegenwirkt. Das Problem mit der statischen Lösung war die Instabilität – kleinste Abweichungen von der idealen Materieverteilung ließen das Universum demnach je nach Vorzeichen der Störung expandieren oder kollabieren. Nachdem von Edwin Hubble anhand der Galaxienflucht die Expansion des Universums gezeigt werden konnte und Physiker wie Alexander Alexandrowitsch Friedmann und Georges Lemaître kosmologische expandierende Lösungen Einsteins Feldgleichungen entdeckten, verwarf dieser seine Idee der kosmologischen Konstante und betitelte sie als „größte Eselei meines Lebens“, da er die Konstante ursprünglich nur einführte, um die Expansion des Universums zu unterbinden und ein statisches Universum zu erhalten. In den 1990er Jahren wurde entdeckt, dass die beobachtete, stetige Galaxienflucht und Expansion des Universums nur für die ersten paar Milliarden Jahre seit dem Urknall gilt und dass die Expansionsgeschwindigkeit seit circa fünf Milliarden Jahren nicht mehr stetig ist, sondern beschleunigt. Damit konnte der Λ-Term in den Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie nicht weggelassen werden, sondern ist in angepasster Form in der heutigen Physik für die beschleunigte Ausdehnung des Universums verantwortlich [1], [3], [4], [5], [6].
Lange war die vorherrschende Meinung in der Physik, dass der Wert der kosmologischen Konstante null sei -neue Beobachtungen kommen jedoch zu einem sehr kleinen, aber positiven Wert. Mittlerweile gilt die Konstante als zeitlich konstante Energiedichte des Vakuums ρvac [kg m-3]. Sie ergibt sich zu
mit der Gravitationskonstante G, der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c und der Kreiszahl π. Ein positives Lambda bedeutet eine „kosmische Abstoßung“ (Antigravitation) und ein negatives Lambda „kosmische Anziehung“ [1], [4], [7].
[1] Spektrum: Lexikon der Astronomie: Kosmologische Konstante, (Link: https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/kosmologische-konstante/241), aufgerufen am 08.05.2020 [2] Einstein, Albert: Die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie; Annalen der Physik, Vierte Folge, Band 49 [3] Konitzer, Franziska: Welt der Physik: Kosmologische Konstante, (Link: https://www.weltderphysik.de/mediathek/podcast/kosmologische-konstante/), aufgerufen am 08.05.2020 [4] Physik Cosmos-Indirekt: Kosmologische Konstante, (Link: https://physik.cosmos-indirekt.de/Physik-Schule/Kosmologische_Konstante), aufgerufen am 08.05.2020 [5] Osterbrock, Donald E.; Gwinn, Joel A.; Brashear, Ronald S.: Edwin Hubble and the Expanding Universe; Scientific American Vol. 269, No. 1; 07/1993 [6] Friedmann, Aleksandr (Translated by Brian Doyle): 125. On the Curvature of Space; Zeitschrift für Physik 10, 1922 [7] Krauss, Lawrence M.; Turner, Michael S.: The cosmological constant is back; General Relativity and Gravitation 27; 11/1995Weiterführende Literatur:
[8] Vilsmeier, Dominik: Einsteins kosmologische Konstante: Unsinn oder eine neue Kraft? [9] Zlatev, Ivaylo; Wang, Limin; Steinhardt, Paul J.: Quintessence, Cosmic Coincidence, and the Cosmological Constant; Phys. Rev. Lett. 82, 896; 01.02.1999 [10] Hiscock, William A.: Quantum instabilities and the cosmological constant; Volume 166, Issue 3; 16.01.1986 [11] Hawking, S. W.: The cosmological constant is probably zero; Physics Letters B, Volume 134, Issue 6; 26.01.1984 [12] Ostiker, J. P.; Steinhardt, Paul J.: The observational case for a low-density Universe with a non-zero cosmological constant; Nature 377; 19.10.1995 [13] Friedmann, Alexander A.: The Man Who Made The Universe Expand; American Journal of Physics 62, 1054; 1994