Was wissen wir noch nicht über das All? Diese Top-10 bündelt die größten ungelösten Rätsel des Universums – gereiht nach fundamentaler Tragweite für Physik und Kosmologie. Bewertet wurden Einfluss auf Standardmodelle, Messbarkeit, Datenlücken und Theoriebedarf.
Übersicht
Dunkle Energie
Rang: 1
Die Expansion des Universums beschleunigt sich. Eine unbekannte Komponente – Dunkle Energie – dominiert die Energiebilanz und wirkt gravitativ abstoßend. Ob kosmologische Konstante, dynamisches Feld oder Gravitationseffekt bleibt offen; künftige Präzisionsmessungen zielen auf den Zustandsgleich w(z).
- Belegt durch SN Ia, CMB und BAO
- Bestimmt die fernere Zukunft des Kosmos
- Große Himmelskartierungen testen Modelle
- Kernfrage
- Was treibt die beschleunigte Expansion an?
- Hinweise
- Supernova-Helligkeits-Entfernungen, CMB-Anisotropien, BAO
- Quelle
- NASA – What is Dark Energy?
Dunkle Materie
Rang: 2
Rotationskurven, Gravitationslinsen und das CMB fordern zusätzliche, nicht-leuchtende Materie. Teilchenkandidaten reichen von WIMPs über Axionen bis hin zu Teilchen eines „dunklen Sektors“. Direktsuche, Beschleuniger und Astrophysik liefern bislang keinen eindeutigen Nachweis.
- Linsengalaxien & Strukturbildung als Signaturen
- Direktsuche bislang ohne Treffer
- Alternativen wie MOND werden getestet
- Kernfrage
- Welche Teilchen bilden die Dunkle Materie?
- Hinweise
- Gravitationslinsen, Galaxienrotation, CMB-Spektrum
- Quelle
- ESA/Euclid – What is Dark Matter?
Ursprung der kosmischen Inflation
Rang: 3
Eine Phase extrem schneller Expansion würde die Homogenität des CMB und die Flachheit des Raums erklären. Doch Auslöser, Dauer und die zugrunde liegende Quantenfeld-Physik sind unklar; B-Mode-Polarisation im CMB gilt als potenzieller Schlüsseltest.
- Vorhersage: nahezu skaleninvariante Fluktuationen
- Primordiale Gravitationswellen gesucht
- Viele Modelle, wenig direkte Evidenz
- Kernfrage
- Gab es Inflation – und welches Feld trieb sie an?
- Hinweise
- CMB-Leistungsspektrum, großskalige Struktur
- Quelle
- NASA WMAP – Inflation
Schwarzes-Loch-Informationsparadox
Rang: 4
Verdampfen Schwarze Löcher informationserhaltend? Thermische Hawking-Strahlung würde der Unitarität widersprechen. Holographie, „firewalls“ und weiche Haare sind diskutierte Ansätze – ein experimenteller Beweis fehlt.
- Schnittstelle von Quantenmechanik & ART
- Hinweise aus AdS/CFT & Quanteninformation
- Tests bisher nur indirekt möglich
- Kernfrage
- Bleibt Information bei Verdampfung erhalten?
- Hinweise
- Theoriearbeiten, Analogie-Experimente
- Quelle
- Stanford Encyclopedia of Philosophy – Singularities & Black Holes
Materie-Antimaterie-Asymmetrie
Rang: 5
Nach dem Urknall sollten Materie und Antimaterie gleich häufig sein – dennoch blieb ein winziger Materieüberschuss. Bekannte CP-Verletzung reicht wohl nicht aus; neue Physik (z. B. Leptogenese) steht im Fokus.
- Flavor- & Neutrinoexperimente testen CP-Verletzung
- Frühes-Universum-Szenarien im Vergleich
- Kosmologische Dichte Ωb präzise bestimmt
- Kernfrage
- Warum existiert mehr Materie als Antimaterie?
- Hinweise
- Sakharov-Bedingungen, CP-Verletzung
- Quelle
- CERN – Matter–Antimatter Asymmetry
Hubble-Spannung
Rang: 6
Lokale Messungen der Expansionsrate (Entfernungsleiter mit Cepheiden/SN Ia) und frühe-Universum-Schätzungen (CMB/Planck) liefern widersprüchliche Werte für H0. Ob Systematik oder neue Physik, ist offen.
- Unabhängige Pfade: Linsen-Zeitverzögerungen, Megamaser
- Stetig präzisere Cepheiden-Kalibrationen
- Spannung bleibt trotz besserer Daten bestehen
- Kernfrage
- Warum widersprechen sich H0-Bestimmungen?
- Hinweise
- SH0ES vs. Planck, Distanzleiter
- Quelle
- ESA/Hubble – Disparity in the Hubble Constant
Neutrino-Geheimnisse
Rang: 7
Neutrinos schwingen und besitzen Masse – unklar bleiben absolute Masse, Massenhierarchie und das Ausmaß leptoni scher CP-Verletzung. Antworten könnten zur Erklärung der kosmischen Asymmetrie beitragen.
- Langbaseline-Experimente testen Hierarchie & δCP
- Kosmologie liefert Grenzen für Σmν
- 0νββ sucht nach Majorana-Natur
- Kernfrage
- Wie sind Masse, Reihenfolge und δCP der Neutrinos?
- Hinweise
- Oszillationen, Doppel-β-Zerfall, kosmische Grenzen
- Quelle
- Fermilab – All Things Neutrino
Fast Radio Bursts
Rang: 8
Extrem kurze, helle Radioblitze aus fernen Galaxien. Einige Quellen wiederholen sich, andere nicht. Magnetare gelten als führende Kandidaten – eine einheitliche Erklärung gibt es noch nicht.
- Dispersionsmaße belegen extragalaktische Herkunft
- Lokalisierte FRBs in Spiral- und Zwerggalaxien
- Potenzial als Sonden des intergalaktischen Mediums
- Kernfrage
- Welche Mechanismen erzeugen FRBs?
- Hinweise
- Wiederholer, Polarisation, Umgebung
- Quelle
- NRAO – Fast Radio Burst Overview
Ultrahochenergetische kosmische Strahlen
Rang: 9
Teilchen mit Energien jenseits 1019 eV erreichen die Erde. Wo werden sie beschleunigt – AGN, Gammaausbrüche, Schocknetze? Anisotropien sind schwach, die Teilchenart oft gemischt.
- Hybriddetektion: Wasser-Cherenkov + Fluoreszenz
- Spektraknick nahe GZK beobachtet
- Quellenverteilung weiter umstritten
- Kernfrage
- Was sind die Quellen der UHECRs?
- Hinweise
- Spektrum, Anisotropie, Massenkomposition
- Quelle
- Pierre Auger Observatory – About the Observatory
Innenleben von Neutronensternen
Rang: 10
In Neutronensternen herrschen Dichten über der von Atomkernen. Welche Gleichung der Zustände gilt? Gravitationswellen von Verschmelzungen (z. B. GW170817) und NICER-Röntgenmessungen liefern neue, komplementäre Grenzen.
- GW-Signale + EM-Gegenstücke (Kilonovae)
- Radius-Masse-Relation als Schlüsselgröße
- Mögliche exotische Phasen (Hyperonen, Quarkmaterie)
- Kernfrage
- Wie sieht die EoS superdichter Materie aus?
- Hinweise
- GW170817, NICER-Radii, Pulsar-Timing
- Quelle
- LIGO – GW170817 Press Release
