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Samstag AUGUST 13, 2022

Dunkle Materie: Steht der Physik eine Revolution bevor?

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Was ist dunkle Materie? Existiert sie überhaupt oder brauchen wir nur eine Anpassung unserer Gravitationstheorie?


Was ist dunkle Materie? Es wurde nie beobachtet, aber Wissenschaftler schätzen, dass es 85 % der Materie im Universum ausmacht. Die kurze Antwort ist, dass niemand weiß, was dunkle Materie ist. Vor mehr als einem Jahrhundert bot Lord Kelvin es als Erklärung für die Geschwindigkeit der Sterne in unserer eigenen Galaxie an. Jahrzehnte später stellte der schwedische Astronom Knut Lundmark fest, dass das Universum viel mehr Materie enthalten muss, als wir beobachten können. Seit den 1960er und 70er Jahren versuchen Wissenschaftler herauszufinden, was diese mysteriöse Substanz ist, und verwenden dabei immer kompliziertere Technologien. Eine wachsende Zahl von Physikern vermutet jedoch, dass die Antwort lauten könnte, dass es so etwas nicht gibt Dunkle Materie überhaupt.

Die Hintergrundgeschichte

Wissenschaftler können weit entfernte Materie auf verschiedene Weise beobachten. Geräte wie das berühmte Hubble-Teleskop messen sichtbares Licht, während andere Technologien wie Radioteleskope nicht sichtbare Phänomene messen. Wissenschaftler verbringen oft Jahre damit, Daten zu sammeln und sie dann zu analysieren, um dem, was sie sehen, den größtmöglichen Sinn zu geben.


Als mehr und mehr Daten eintrafen, wurde überdeutlich, dass sich Galaxien nicht wie erwartet verhielten. Die Sterne an den äußeren Rändern mancher Galaxien bewegten sich viel zu schnell. Galaxien werden durch die Schwerkraft zusammengehalten, die im Zentrum am stärksten ist, wo sich die meiste Masse befindet. Sterne an den äußeren Rändern von Scheibengalaxien bewegten sich so schnell, dass die von der dort beobachtbaren Materie erzeugte Schwerkraft sie nicht hätte davon abhalten können, in den Weltraum zu fliegen.

Wissenschaftler dachten, dass in diesen Galaxien mehr Materie vorhanden sein muss, als wir derzeit beobachten können. Etwas muss verhindern, dass die Sterne wegfliegen, und sie nannten das etwas Dunkle Materie. Sie konnten nicht wirklich sagen, welche Eigenschaften es haben könnte, außer dass es eine Anziehungskraft haben muss, und davon muss es ziemlich viel geben. Tatsächlich muss die überwiegende Mehrheit des Universums (satte 85%) aus dunkler Materie bestehen. Sonst hätten Galaxien nicht so lange bestehen können, wie es scheint. Sie hätten sich aufgelöst, weil die Schwerkraft nicht ausreicht, um die Billionen von Sternen an Ort und Stelle zu halten.

Wenn es um die Wissenschaft geht, besteht das Problem bei etwas, das man nicht beobachten kann, darin, dass es schwierig ist, viel darüber zu sagen. Da dunkle Materie nicht mit der elektromagnetischen Kraft interagiert – die für sichtbares Licht, Radiowellen und Röntgenstrahlen verantwortlich ist – sind alle unsere Beweise indirekt. Wissenschaftler haben versucht, Wege zu finden, um dunkle Materie zu beobachten und Vorhersagen auf der Grundlage von Theorien darüber zu treffen, aber ohne großen Erfolg.

Eine mögliche Lösung

Newtons Gravitationstheorie erklärt die meisten großräumigen Ereignisse ziemlich gut. Alles, vom Werfen des ersten Wurfs bei einem Yankees-Spiel bis hin zu den Bewegungen von Sternbildern, kann mit Newtons Theorie erklärt werden. Die Theorie ist jedoch nicht narrensicher. Einsteins Theorien der allgemeinen und speziellen Relativitätstheorie zum Beispiel erklärten Daten, die Newtons Theorie nicht erklären konnte. Wissenschaftler verwenden immer noch Newtons Theorie, weil sie in der überwältigenden Mehrheit der Fälle funktioniert und viel einfachere Gleichungen hat.

Dunkle Materie wurde vorgeschlagen, um die Newtonsche Physik mit den Daten in Einklang zu bringen. Was aber, wenn statt Versöhnung eine modifizierte Theorie gebraucht wird? Hier tritt ein israelischer Physiker namens Mordehai Milgrom auf. Er entwickelte eine Gravitationstheorie (genannt modifizierte Newtonsche Dynamik oder „Mond” abgekürzt) aus dem Jahr 1982, das postuliert, dass die Gravitation anders funktioniert, wenn sie sehr schwach wird, wie etwa am Rand von Scheibengalaxien.

Seine Theorie nicht einfach erklären das Verhalten von Galaxien; es prognostiziert Sie. Das Problem mit Theorien ist, dass sie so ziemlich alles erklären können. Wenn Sie einen Raum betreten und sehen, dass das Licht an ist, können Sie die Theorie entwickeln, dass kosmische Sonnenstrahlen auf genau die richtige Weise auf verborgene Spiegel treffen, um den Raum zu erhellen. Eine andere Theorie könnte sein, dass jemand den Lichtschalter betätigt hat. Eine Möglichkeit, gute Theorien von schlechten zu unterscheiden, besteht darin, zu sehen, welche Theorie bessere Vorhersagen macht.

Jüngste Analysen von Mond zeigen, dass es deutlich bessere Vorhersagen macht als Standardmodelle für dunkle Materie. Das bedeutet, dass Dunkle Materie zwar das Verhalten von Galaxien recht gut erklären kann, aber wenig Vorhersagekraft hat und zumindest an dieser Front eine unterlegene Theorie ist.


Nur mehr Daten und Debatten werden in der Lage sein, die Rechnung über Dunkle Materie und Mond zu begleichen. Mond als beste Erklärung akzeptiert zu werden, würde jedoch Jahrzehnte des wissenschaftlichen Konsens erschüttern und eines der mysteriöseren Merkmale des Universums viel normaler machen. Eine modifizierte Theorie ist vielleicht nicht so sexy wie dunkle, unsichtbare Kräfte, aber sie hat vielleicht den Vorteil, dass sie bessere Wissenschaft ist.

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4 KOMMENTARE

  1. Ich habe in meiner 2002 veröffentlichten Arbeit* auf die Mängel der MOND-Theorie hingewiesen.

    „Die modifizierte Newtonsche Dynamik (MOND) hat in letzter Zeit viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. MOND, entwickelt von M. Milgrom, schlägt zur Erklärung eine Überarbeitung des zweiten Newtonschen Bewegungsgesetzes vor. Flache Rotationskurven von Galaxien. Milgrom behauptet, dass das Gesetz nicht in Fällen extrem niedriger Beschleunigung anwendbar ist, wie etwa bei Sternen in ihren Galaxien, da das zweite Bewegungstief nur in Fällen hoher Beschleunigung anwendbar ist – wie bei den Planeten im Sonnensystem.
    MOND ist jedoch nur dafür ausgelegt, flache Rotationskurven von Galaxien zu erklären, und scheint keine andere theoretische Notwendigkeit zu haben. Warum also muss Newtons zweites Bewegungsgesetz in Fällen extrem niedriger Beschleunigung revidiert werden? Gibt es einen anderen Grund, als das Gesetz dem anzupassen, was beobachtet wurde? Die Kerne reicher Röntgenhaufen von Galaxien weisen eine beträchtliche Massendiskrepanz auf. Doch die MOND-Theorie erklärt dies nicht gut. Wieso den? Denn die Beschleunigung von Galaxienkernen ist nicht gering. Dieses Phänomen lässt sich jedoch widerspruchsfrei mit der Trägheitsinduktion erklären – der Effekt der Trägheitsinduktion ist aufgrund der hohen Dichte der Kerne stark ausgeprägt.“

    *N. Namba, „Sternbewegung in der Galaxie, erklärt durch Trägheitsinduktion“, Phys. Aufsätze 15, 156 (2002)

    Darüber hinaus habe ich in einem Artikel aus dem Jahr 2014 die Essenz von Schwerkraft und Trägheit erwähnt und gezeigt, dass die bestehende Theorie der Schwerkraft unvollständig ist.
    Der vollständige Text dieses Papiers ist jetzt auf GALE ACADEMIC ONE FILE verfügbar.
    Siehe Anhang.

    https://go.gale.com/ps/i.do?p=AONE&u=googlescholar&id=GALE|A444208025&v=2.1&it=r&sid=googleScholar&asid=a5ea3528

  2. Dann, was soll ich sagen, es gibt keine großen Objekte außerhalb unserer Fähigkeit, sie zu erkennen, die Gravitationskräfte auf Galaxien in unserem Universum ausüben – was eine Multiversum-Theorie stützen könnte – während Dunkle Materie Sinn zu machen scheint, wenn man das Verhalten von Galaxien beobachtet – nicht mit allen uns zur Verfügung stehenden Instrumenten nachweisbar zu sein, ist höchst verdächtig. Dann ist es auch schwer zu glauben, dass der Urknall der Beginn der Raumzeit war – es stellt sich die Frage, was vorher passiert ist – nichts? Sollen wir die Antworten finden oder bleiben sie immer unerreichbar?

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