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Mit ausschließlich positiven Massen lautet Einsteins Gleichung:

(95)

S = c
T

wobei S ein geometrischer Tensor und T der
„Energie-Materie"-Tensor ist. Wir können sie in einer Form ausdrücken, in der r
(Materiedichte) und p (Druck) explizit auftreten.
In der klassischen Relativität sind beide positiv.

Nun nennen wir r+ und
p+ die Beiträge
aufgrund positiver Massen. Nennen wir T+ den
Tensor, der mit diesen Größen gebildet wird.

Negative Massendichte r- <
0 und negativer Druck p-
< 0 aufgrund negativer Massen würden einen Tensor T- ergeben.

Dann wird die entsprechende Feldgleichung zu:

(96)

S = c
(T+ + T-)

Die ungelösten Probleme der heutigen Astrophysik und Kosmologie.

Es gibt viele ungelöste Probleme in diesen beiden Gebieten.
Wir werden hier nicht die ganze Geschichte der Astronomie und Kosmologie wiederholen.
Die spektroskopische Methode, kombiniert mit Doppler-Effekt-Messungen, lieferte wichtige
Daten über chemische Zusammensetzungen und Temperaturen stellarer Chromosphären.

Cepheiden, als Entfernungsstandards verwendet, ermöglichen Entfernungs-
schätzungen bis zu zig Millionen Lichtjahren.

Werkzeuge der Differentialgeometrie gaben einen neuen Einblick in die Kosmologie
(Feldgleichung, Metrik) und erklärten das Rotverschiebungsphänomen und die kosmische
Hintergrundstrahlung.

Die Kernphysik erzeugte Sternmodelle, sowohl für ihren
Ursprung, ihr Funktionieren und ihre Entwicklung (aber wir sahen in einem vorangehenden Abschnitt, dass das
solare Neutrinodefizit ein ernstes Problem bezüglich dieser Sternmodelle aufwirft
).

Die Kernphysik erklärt die Anwesenheit und relative Häufigkeit
von primitivem Helium im Universum.

Aber:

• Wir haben kein theoretisches Modell, das die galaktische Dynamik erklärt.
  Auf diesem Gebiet ist unser Ansatz noch völlig empirisch.

• Wir wissen nicht, wie Galaxien entstehen und warum sie so
  spezifische Massen haben, noch wie sie sich mit der Zeit verändern. Die Spiralstruktur wird nicht
  wirklich verstanden. Ihr wirklicher Ursprung bleibt umstritten.

• Alle Galaxien sollten seit Milliarden von
  Jahren explodiert sein (Effekt der fehlenden Masse). Die Rotationskurve mit großen peripheren Geschwindigkeiten
  ist noch immer ein Rätsel.

• Dasselbe Problem der fehlenden Masse bei Galaxienhaufen.

• Viele Galaxien sind sehr irregulär. Vor Jahren pflegte der britische
  Astronom Sir James Jeans zu sagen:

Wenn wir solch verzerrte Muster sehen, können wir uns der
Vorstellung nicht erwehren, dass irgendeine mächtige zugrundeliegende und völlig unbekannte Kraft
das bewirkt.

• Es scheint ein Problem mit dem Alter des Universums zu geben,
  aus der Messung der Hubble-Konstante, verglichen mit dem geschätzten Alter der ältesten
  Sterne unserer Galaxie (die zu Kugelsternhaufen gehören, wie dem Herkules-Haufen).

• Die VLS (sehr große Struktur) des Universums ist
  noch immer ein ungelöstes Problem. Wir wissen nicht, warum die Galaxien um
  große Leerräume von 100 Lichtjahren Ausdehnung herum angeordnet sind.

• Die Energiequelle der Quasare ist noch immer unbekannt.

• Halton Arp hat viele Systeme von Galaxien gefunden, deren
  Rotverschiebungen das Hubble-Gesetz verletzen.

• Natur der „Gammablitze": Unbekannt.

• Neutronensterne wurden vorhergesagt und viele Hunderte wurden
  gefunden. Dieses Modell besitzt eine kritische Masse: etwa 2,5 Sonnenmassen. Kein Neutronen-
  stern könnte mit höherer Masse existieren, da die innere Druckkraft die
  Gravitationskraft nicht mehr ausgleichen könnte, sodass das Objekt kollabieren würde.

Solche Bedingungen müssen irgendwo im Universum existieren.
Zum Beispiel als Ergebnis der Verschmelzung eines Paares von Neutronensternen. Die
„klassische Antwort" ist das sogenannte Schwarze Loch. Manche Astronomen „erklären"
alle möglichen Phänomene mit solchen Objekten. Riesige Schwarze Löcher müssen
im Zentrum von Galaxien oder im Zentrum von Galaxienhaufen vorhanden sein.
Sie „erklären" das QSO-Phänomen. Sie „erklären" fast alles.

Aber direkte Beobachtungen scheinen sehr selten zu sein. Warum so wenige Kandidaten
?

Wenn ein Objekt wirklich existiert, finden Astronomen nach einiger Zeit
viele. Beispiel: Supernovae, rotierende Neutronensterne (Pulsare). Warum
so wenige Kandidaten für Schwarze Löcher?

Darüber hinaus ist die Geometrie des Schwarzen Lochs eine Lösung
der Einstein-Gleichung, wenn das zweite Glied verschwindet, wenn T =
0. Was bedeutet, dass diese Lösung einen Teil des Universums beschreibt, in dem
keine Energie-Materie vorhanden ist. Die Feldgleichung reduziert sich auf:
(97)

S = 0

• Zurück zum Standardmodell: Warum sieht das frühe Universum (dessen
  Bild durch die kosmische Hintergrundstrahlung gegeben ist) so gleichförmig aus? Nach
  dem Modell konnten die Teilchen des Universums in der frühen Zeit nicht wechselwirken,
  da der „Horizont" ct kleiner war als der mittlere Abstand zwischen ihnen. Was
  verursachte also die heute beobachtete bemerkenswerte Homogenität der CBR?

• Was ist „Zeit" nahe „t=0"? Ergibt diese Frage
  überhaupt einen Sinn?

Wenn man zum fernsten Vergangenheit zurückgeht, erreichen Physiker
Bedingungen hoher Energie, und die Probleme, auf die sie stoßen, scheinen vergleichbar mit
der heutigen Krise der Hochenergiephysik:

- Worüber reden wir?

• Wer weiß, dass die Einstein-Gleichung, die das
  Standardmodell stützt, elektromagnetische Phänomene nicht berücksichtigt? Die
  Verbindung zwischen Gravitation und Lichttheorie ist noch nicht hergestellt. Dieselbe Kluft zwischen
  Quantenwelt und Gravitation (was ist ein Graviton?).

Fünfzig Jahre Null-Physik.

Dieser Titel scheint sehr provokant. Der heutige technologische
Fortschritt ist sehr beeindruckend. Theoretische Physiker träumen von der „Theorie
von Allem" (TOE). Der Erfolg der Quantenmechanik täuscht die Forscher.
Wissen Sie, dass wir keine Möglichkeit haben, die Massen von Teilchen vorherzusagen? Das Quark-
Modell sieht wie das ptolemäische System aus.

Jahrhunderte zuvor fand Ptolemäus ein System, das fähig war, die
Bahnen der Planeten am Himmel durch ein komplexes System von Kreisen zu beschreiben. Dies
war sehr effizient, um beispielsweise Finsternisse vorherzusagen. Am Ende verwendete dieses Modell
48 Kreise. Vor der kopernikanischen Ära. Als der junge König von Spanien das ptolemäische Modell von seinem Lehrer lernte, sagte er:

- Donnerwetter, wenn der Herr mich vor der Erschaffung
all dessen um Rat gefragt hätte, hätte ich etwas Einfacheres empfohlen!

Falsche Dinge können jahrhundertelang effizient funktionieren. Deshalb
ist das solare Neutrinodefizit, das in einem vorangehenden Abschnitt erwähnt wurde, so faszinierend
: Die Quantenmechanik kann es nicht erklären. Das ist das allererste Mal, dass die Quanten-
maschinerie klemmt.

Einige schauen in Richtung Superstringtheorie, die
auf Gruppentheorie basiert. Superstring-Leute denken, dass alles in der Welt
verschiedenen Strukturen einer 10-dimensionalen Entität, „Raum", entsprechen könnte.
1714 schlug der deutsche Philosoph und Mathematiker Gottfried Wilhem Leibniz
etwas Ähnliches in seinem Buch Monadologia vor. Leibniz dachte, dass
„alles aus Monaden gemacht" sei. Die Welt sollte eine Art organisiertes
System von Monaden sein, aber er konnte seine Idee nicht entwickeln.

Superstring-Leute suchen ihre moderne zehndimensionale Monade.

All dies führt zu wahrhaft surrealistischen Wortwechseln in
Kolloquien, wie jenem, das kürzlich in Aspen, Colorado, stattfand. Die Zeitung
Scientific American berichtete in ihrer Ausgabe vom Januar 1996 in einem Artikel
mit dem Titel „Explaining everything" von Madhusree Mukerjee, Redakteurin.

Auf der Suche nach diesem magischen Objekt, das angeblich das zehndimensionale
Universum organisiert, sprechen einige Leute von „stacheligen Kugeln", Igeln, die von
Vektoren starren, oder „haarigen Raupen", Membranen mit fünf Dimensionen (Duff vom
Londoner Imperial College), fähig, sich „wie die Haut
einer Wurst" auf sich selbst zu rollen.

Schwarz vom Caltech (einer der Pioniere der Theorie)
fügt hinzu: „Ich hätte Lastwagenfahrer werden sollen!"

Andere sprechen von „Schwarzen Löchern mit Nullmasse".

Jeffrey A. Harvey von der University of Chicago rief
aus:

„Heißt das, dass Ihre Schwarzen Löcher Nullmasse haben?
Bewegen sie sich mit Lichtgeschwindigkeit?"

„Nein, sie haben nichts, keinen Impuls", entgegnet Gary T. Horowitz
von der University of California in Santa Barbara.

„Ach, Quatsch!" Das war Leonard Susskind von Stanford.

„Sie haben keine Energie, keinen Impuls -- da ist nichts!"
protestiert Harvey.

Strominger: „Irgendwo im Universum könnten Teile des Raums
in Form kleiner Tropfen existieren; beim Eintreten in diese würden Schwarze Löcher
in Strings umgewandelt und umgekehrt. In unserer Umgebung könnten diese
kleinen Tropfen scheinbar in virtuellen Universen navigieren, die
für eine unendlich kleine Zeitspanne existieren würden, da sie sofort verschwinden würden,
bevor sie beobachtet werden könnten.

Susskind: „Ich persönlich halte es für einen Haufen Mist."

1986 bat jemand einen Forscher, die „Theorie
von Allem" in sieben Worten zusammenzufassen, und er antwortete:

• Oh Herr, warum hast du mich verlassen?

All dies ist interessant, aber es ist nicht vorbei, wie wir sehen können.
Nie in der Geschichte der Physik hat ein Theoriengebäude zu solchen Erschütterungen geführt
wie jetzt, wo täglich zehn Artikel zu dem Thema veröffentlicht werden. Und
wir können nicht sagen, ob der Berg eine Maus gebären wird oder die Maus
einen Berg.