Hallo kirk11,
Vakuumenergie ist nicht zeitlich variable. Denn Vakuumenergie erfüllt P=-rho und daraus folgt mit Hilfe von dE=-PdV, dass rho = konstant.
Was genau ist mit Vakuumenergie bzw. mit einem Vakuum gemeint ?
In der Quantenmechanik/-feldtheorie ist der Vakuumzustand |0> der mit der niedrigsten Energie (bezüglich eines Hamilton-Operators H). Dieser niedrigste Energieeigenwert ist dann die Vakuumenergie (genauer ein Beitrag dazu). Auf S. 25 in den exzellenten
Lecture Notes von David Tong ist das gut beschrieben.
Aus unterschiedlichen Definitionen können sich unterschiedliche Schlußfolgerungen ergeben.
Als wörtliche Definition von Vakuumenergie könnte man mE darunter einfach alle jene Energien subsummieren, welche sich stationär im Raumzeit-Bereich Vakuum befinden (und welche keiner bayronischen Masse oder dunklen Materie zuzurechnen sind bzw. damit auch nicht im direkten Zusammenhang stehen).
Deswegen sollte man von "wörtlichen Definitionen" bei Themen wie Quantentheorie oder Relativitätstheorie Abstand nehmen. Es ist zwar schön und gut, sich irgendetwas anschaulich vorzustellen, aber meiner Erfahrung nach führt das sehr häufig zu Fehlschlüssen, Missverständnissen und Irrtümern. Deshalb ist es für mich nicht so leicht, hier in Worten zu antworten, weil man damit fast zwangsläufig grob vereinfacht oder wichtige Subtilitäten unterschlägt. (Oder sich selbst irrt, weil man nicht rechnet.)
Den Friedmann-Gleichungen zufolge war die Energiedichte des Universums in seiner Frühphase sehr hoch.
Und die meisten mir bekannten Theorien bzw. Spekulationen von Experten zu diesen Thema gehen in die Richtung, dass es am Anfang nur Vakuum / Vakuumenergie / Vakuum-Fluktuationen gegeben hat, aus denen dann die weiteren Entwicklungen des Universums hervorgegangen sind.
Das ist aber ein anderes Thema, nämlich Inflation. Diese muss nicht zwingend etwas mit der kosmologischen Konstante zu tun haben. Es könnte z.B. sowohl eine kosmologische Konstante in der Größe wie wir sie heute messen existieren als auch Inflation stattgefunden haben. (Eine kosmologische Konstante in der gemessenen Größenordnung hatte im frühen Universum keinen nennenswerten Effekt.)
Ein Zitat dafür hatte ich schon weiter oben angeführt:
... Am Anfang existierte diesem Modell zufolge nichts als eine winzige, mit Vakuumenergie gefüllte kosmische Blase...
Wenn man dieser Logik folgt, dann ergibt sich natürlich ein extrem hoher Energie-Dichtewert für das Vakuum zu diesem (extrem frühen) Zeitpunkt.
Und damit könnte dann der Dichtewert der Vakuumenergie nicht immer zeitlich invariabel gewesen sein.
Das ist semantisch m.E. nicht sauber. Eine Vorstellung über das frühe Universum und Inflation kann sein, dass sich das frühe Universum in einem sogenannten falschen Vakuum befunden hat. Falls du dich an die Kurvendiskussion aus der Schule erinnerst, kennst du vielleicht noch Funktionen, die ein globales und ein lokales Minimum haben. Das lokale Minimum entspricht dem falschen Vakuum, das globale Minimum dem echten Vakuum. Wenn das lokale Minimum über der x-Achse ist, entspricht das einem positiven Energielevel, d.h. positive Vakuumenergie. Dadurch wird das Universum per Inflation exponentiell aufgebläht. Das kann durch Tunneleffekt beendet werden - das System tunnelt vom lokalen in das globale (oder ein niedrigeres lokales) Vakuum. Die Vakuumenergie hat sich dadurch wegen eines Quanteneffekts verändert, nicht aber aufgrund der Expansion des Universums selbst! Wenn wir hier geschrieben haben, dass die Vakuumenergiedichte konstant bleibt, war das auf die Expansion selbst bezogen (siehe Friedmann-Gleichungen).
Dann gibt es noch die (inzwischen aus meiner Sicht populäreren) Inflationsmodelle per Slow-Roll. Die funktionieren so, dass z.B. ein Skalarfeld (=Inflaton) auf einem hohen Plateau (stelle dir eine flache Funktion vor) verweilt und sehr langsam rollt. Auf diesem Plateau ist die Energiedichte ungefähr konstant und führt zur Inflation. Sobald das Feld aber hinreichend weit gerollt ist, wird das Potential steiler und es rollt immer schneller und weiter runter (z.B. in einen Vakuumzustand). Sobald das Feld hinreichend schnell rollt, ist die exponentielle Expansion vorbei. Tatsächlich ist der w-Parameter (siehe oben) für so ein Skalarfeld gegeben durch w=(K-V)/(K+V), wobei K die kinetische Energie und V die potentielle Energie des Feldes ist. Wenn K<<V (Slow-Roll, da wenig kinetische Energie), gilt w ~ -1, fast wie die Vakuumenergie. Eben nur fast, denn dieses angesprochene Plateau entspricht eben keinem Vakuumzustand.
...
Dunkle Energie und die damit verbundenen Felder sind ebenfalls eine denkbare Ursache der Inflation in der Frühzeit des Kosmos. Allerdings ist unklar, ob zwischen einer derartigen Dunklen Energie und derjenigen, die für die derzeit beobachtete Expansion vorgeschlagen wird, ein Zusammenhang besteht...
Richtig.
Beste Grüße
Patrick