Dark Matter: Komt er een revolutie in de natuurkunde?

Wat is donkere materie? Het is nooit waargenomen, maar wetenschappers schatten dat het 85% van de materie in het universum uitmaakt. Het korte antwoord is dat niemand weet wat donkere materie is. Meer dan een eeuw geleden bood Lord Kelvin het aan als verklaring voor de snelheid van sterren in onze eigen melkweg. Decennia later merkte de Zweedse astronoom Knut Lundmark op dat het universum veel meer materie moet bevatten dan we kunnen waarnemen. Wetenschappers proberen sinds de jaren zestig en zeventig te achterhalen wat deze mysterieuze stof is, met behulp van steeds ingewikkelder technologie. Een groeiend aantal natuurkundigen vermoedt echter dat het antwoord zou kunnen zijn dat er niet zoiets bestaat als: donkere materie at all.

Het achtergrondverhaal

Wetenschappers kunnen op verschillende manieren materie in de verte waarnemen. Apparatuur zoals de beroemde Hubble-telescoop meet zichtbaar licht, terwijl andere technologie, zoals radiotelescopen, niet-zichtbare verschijnselen meet. Wetenschappers besteden vaak jaren aan het verzamelen van gegevens en analyseren deze vervolgens om zo goed mogelijk te begrijpen wat ze zien.


Wat overduidelijk werd naarmate er meer en meer gegevens binnenkwamen, was dat sterrenstelsels zich niet gedroegen zoals verwacht. De sterren aan de buitenranden van sommige sterrenstelsels bewogen veel te snel. Sterrenstelsels worden bij elkaar gehouden door de zwaartekracht, die het sterkst is in het centrum waar de meeste massa zich bevindt. Sterren aan de buitenranden van schijfstelsels bewogen zo snel dat de zwaartekracht gegenereerd door de waarneembare materie daar niet in staat zou zijn geweest om te voorkomen dat ze de verre ruimte in vlogen.

Wetenschappers dachten dat er in deze sterrenstelsels meer materie aanwezig moet zijn dan we momenteel kunnen waarnemen. Iets moet ervoor zorgen dat de sterren niet wegvliegen, en dat noemden ze iets donkere materie. Ze konden niet echt zeggen welke eigenschappen het zou kunnen hebben, behalve dat het zwaartekracht moet hebben, en er moet nogal wat van zijn. In feite moet de overgrote meerderheid van het universum (maar liefst 85%) uit donkere materie bestaan. Anders zouden sterrenstelsels niet zo lang kunnen blijven bestaan ​​als ze lijken te doen. Ze zouden uit elkaar zijn gevallen omdat er niet genoeg zwaartekracht zou zijn geweest om de biljoenen sterren op hun plaats te houden.

Als het om wetenschap gaat, is het probleem met iets dat je niet kunt waarnemen, dat het moeilijk is om er veel over te zeggen. Omdat donkere materie geen interactie heeft met de elektromagnetische kracht - die verantwoordelijk is voor zichtbaar licht, radiogolven en röntgenstralen - is al ons bewijs indirect. Wetenschappers hebben geprobeerd manieren te vinden om donkere materie te observeren en voorspellingen te doen op basis van theorieën, maar zonder veel succes.

Een mogelijke oplossing

Newton's Theory of Gravity verklaart de meeste grootschalige gebeurtenissen redelijk goed. Alles, van het gooien van de eerste worp bij een Yankees-spel tot de bewegingen van sterrenbeelden, kan worden verklaard met behulp van de theorie van Newton. De theorie is echter niet waterdicht. Einsteins theorieën over de algemene en speciale relativiteitstheorie legden bijvoorbeeld gegevens uit die de theorie van Newton niet kon. Wetenschappers gebruiken nog steeds de theorie van Newton omdat deze in de overgrote meerderheid van de gevallen werkt en veel eenvoudigere vergelijkingen heeft.

Donkere materie werd voorgesteld als een manier om de Newtoniaanse fysica te verzoenen met de gegevens. Maar wat als er in plaats van verzoening een aangepaste theorie nodig is? Dit is waar een Israëlische natuurkundige genaamd Mordehai Milgrom zijn intrede doet. Hij ontwikkelde een theorie van de zwaartekracht (genaamd Modified Newtonian Dynamics of “Maan” in het kort) in 1982 die postuleert dat de zwaartekracht anders functioneert wanneer deze erg zwak wordt, zoals aan de rand van schijfsterrenstelsels.

Zijn theorie is niet zomaar verklaren het gedrag van sterrenstelsels; het voorspelt hen. Het probleem met theorieën is dat ze zo ongeveer alles kunnen verklaren. Als je een kamer binnenloopt en ziet dat de lichten aan zijn, kun je een theorie ontwikkelen dat kosmische stralen van de zon de verborgen spiegels precies op de juiste manier raken om de kamer te verlichten. Een andere theorie zou kunnen zijn dat iemand de lichtschakelaar heeft omgedraaid. Een manier om goede theorieën van slechte te onderscheiden, is door te kijken welke theorie betere voorspellingen doet.

Recente analyse van Mond laat zien dat het aanzienlijk betere voorspellingen doet dan standaard donkere-materiemodellen. Wat dat betekent is dat, hoewel donkere materie het gedrag van sterrenstelsels vrij goed kan verklaren, het weinig voorspellende kracht heeft en, althans op dit vlak, een inferieure theorie is.


Alleen meer gegevens en debat zullen de score over donkere materie en Mond kunnen bepalen. Als Mond echter als de beste verklaring zou worden aanvaard, zou decennia van wetenschappelijke consensus worden vernietigd en een van de meer mysterieuze kenmerken van het universum veel normaler worden. Een aangepaste theorie is misschien niet zo sexy als duistere, onzichtbare krachten, maar heeft misschien wel het voordeel dat het betere wetenschap is.