{"id":24130,"date":"2017-09-17T07:00:08","date_gmt":"2017-09-17T05:00:08","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2017\/09\/17\/ein-universum-ohne-dunkle-materie\/"},"modified":"2025-05-14T16:35:25","modified_gmt":"2025-05-14T14:35:25","slug":"ein-universum-ohne-dunkle-materie","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2017\/09\/17\/ein-universum-ohne-dunkle-materie\/","title":{"rendered":"Ein Universum ohne Dunkle Materie"},"content":{"rendered":"

\"sb-wettbewerb_klein\"<\/a>Dieser Artikel ist Teil des ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb 2017<\/a>. Informationen zum Ablauf gibt es hier<\/a>. Leserinnen und Leser k\u00f6nnen die Artikel bewerten und bei der Abstimmung einen Preis gewinnen – Details dazu gibt es hier<\/a>. Eine \u00dcbersicht \u00fcber alle am Bewerb teilnehmenden Artikel gibt es hier<\/a>. Informationen zu den Autoren der Wettbewerbsartikel finden sich in den jeweiligen Texten.<\/i>
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\nEin Universum ohne Dunkle Materie<\/b><\/p>\n

von Oliver M\u00fcller<\/p>\n

Als letzter Astronom der Universit\u00e4t Basel besch\u00e4ftige ich mich mit Kosmologie auf (astronomisch) kleinen Skalen und blogge gelegentlich auf dem Blog Prosa der Physik<\/a>.<\/p>\n

Ein Universum ohne Dunkle Materie, ist das m\u00f6glich? „Ja!“, zeigte der israelische Physiker Mordehai Milgrom im Jahre 1983 und l\u00f6ste damit eine Debatte aus, die sich bis heute<\/a> hartn\u00e4ckig in der Wissenschaft h\u00e4lt. Mit einer einfachen Modifizierung von Newtons Gravitationsgesetz wird die Dunkle Materie (fast) \u00fcberfl\u00fcssig. <\/p>\n

Bevor wir uns tief in das Thema der Dunklen Materie st\u00fcrzen, verschaffen wir uns kurz einen \u00dcberblick, warum wir sie \u00fcberhaupt ben\u00f6tigen. Der erste Name der dabei fallen muss, ist der des streitlustigen Schweizer Astronomen Fritz Zwicky. Er erkannte in den vierziger Jahren, dass die sichtbare Masse in Galaxienhaufen – das sind Ansammlungen von tausenden von Galaxien – nicht reicht, um sie zusammenzuhalten. Die Galaxien m\u00fcssten eigentlich innert k\u00fcrzester Zeit aus den Galaxienhaufen geschleudert werden, es sei denn, die Galaxienhaufen enthalten eine Art unsichtbare Materie, die so stark gravitationell wirkt, dass die Galaxien dennoch zusammengehalten werden. Die Idee der Dunklen Materie war geboren. Eine kleine Anekdote \u00fcber Fritz Zwicky besagt, er habe seine Studenten als „sph\u00e4rische Bastarde“ bezeichnet. „Egal von welcher Richtung aus man sie sich auch anschaut, sie bleiben die gleichen Bastarde“, ich glaube, das sagt viel \u00fcber seinen Charakter aus.<\/p>\n

\"Abell<\/a>
Abell 262, ein Galaxienhaufen im Sternbild Andromeda (Urheber: Adam Block\/Mount Lemmon SkyCenter\/University of Arizona, Creative Commons Licence 3.0)<\/figcaption><\/figure>\n

In den sp\u00e4ten siebziger Jahren kam ein Ph\u00e4nomen dazu, das endg\u00fcltig den Beginn der Forschung \u00fcber Dunklen Materie besiegelte: Vera Rubin und Albert Bosma studierten systematisch die Rotationskurven von Spiralgalaxien und erkannten, dass jede einzelne Spiralgalaxie eine flache Rotationskurve aufweist. Warum ist dies so spannend? Eigentlich m\u00fcssten auch Spiralgalaxien den Gesetzen von Kepler und Newton folgen. So wie im Sonnensystem sollten Sterne, je weiter sie vom Zentrum der Galaxie entfernt sind, kleinere Rotationsgeschwindigkeiten aufweisen. Jedoch haben Rubin und Bosma nicht Keplers Gesetz gemessen, sondern haben gezeigt, dass ab einer gewissen Distanz die Geschwindigkeit konstant bleibt und nicht mehr abnimmt. Hier kann man wieder Zwickys Idee zur Hand nehmen und eine Art Dunkle Materie einf\u00fcgen, die genau so verteilt ist, dass die Geschwindigkeit der Sterne gegen aussen konstant bleibt: Spiralgalaxien sind umgeben von einem riesigen Halo aus Dunkler Materie und was wir sehen, ist nur die Spitze des Eisberges. Diese Verteilung der Dunkle Materie so zu modelieren, dass sie jeweils zur gemessenen Rotationskurve passt, ist ein extrem rechenintensiver Prozess, den auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler heute noch besch\u00e4ftigt.<\/p>\n

\"Bildunterschrift:<\/a>
Bildunterschrift: Die Rotationskurve der M33 Galaxie. Die gestrichelte Linie beschreibt die erwartete Kurve nach Kepler, die gelben und blauen Punkte die tats\u00e4chlich gemessene Kurve (public domain)<\/figcaption><\/figure>\n

Etwa zur gleichen Zeit hat der israelische Theoretiker Mordehai Milgrom eine alternative Betrachtungsweise f\u00fcr das Problem entwickelt. In dem er das Newtonsche Gravitationsgesetz bei kleinen Beschleunigungen modifiziert, werden die von Rubin und Bosma gemessenen Rotationskurven einfach erkl\u00e4rt. Dieses Gesetz nennt man heutzutage „modifizierte Newtonsche Dynamik“ oder kurz MOND. Durch Einf\u00fcgen einer neuen Naturkonstanten a0<\/i> wird die Rotationskurve unabh\u00e4ngig von der Distanz zum Zentrum und ist nur noch durch die Masse des Zentralk\u00f6rpers definiert.
\nDie Beschleunigung, bei dem MOND zum Einsatz kommt, liegt bei etwa 10 hoch -10 (das sind 10 Nachkommastellen) Meter pro Quadratsekunde. Zur Erinnerung: auf der Erde herrscht eine Schwerebeschleunigung von 9.8 Meter pro Quadratsekunde. Das sch\u00f6ne an Milgroms Formel ist, dass nur das Licht der sichtbaren Materie gemessen werden muss, mit welcher dann schulbuchm\u00e4ssig die Rotationskurve ausgerechnet wird. Es ist keine m\u00fchsame Modelierung der Dunklen Materie von N\u00f6ten. Um es in technischen Worten auszudr\u00fccken, verkn\u00fcpft MOND die Masse der sichtbaren Materie mit ihrer Kinematik.<\/p>\n

\"Das<\/a>
Das modifizierte Bewegungsgesetz nach MOND. Die Herleitung der Formel kann auf Wikipedia<\/a> nachgelesen werden.<\/figcaption><\/figure>\n

Obwohl MOND sehr viele Vorhersagen gemacht hat, die (fast) alle sp\u00e4ter best\u00e4tigt wurden, fristet es in der Kosmologie ein Randdasein. Zu viele Forschende sind \u00fcberzeugt, dass es die Dunkle Materie geben muss, und zwar so sehr, dass jegliche Alternative ausgeschlossen werden. „MOND ist nur ein Sandkastenmodell und Einstein hat die ultimative Antwort zum Universum bereits geliefert!“, hier kommt dann aber meine Frage auf, warum MOND denn so gut funktioniert, wenn es doch nur eine Spielzeugformel ist? Und das ist genau das Wahnsinnige daran: MOND hat eine fixe Formel und macht genaue Vorhersagen. Sie ist somit falsifizierbar. Man misst das sichtbare Licht und weiss, wie sich die Objekte bewegen, was v\u00f6llig unm\u00f6glich im Standardmodell ist. W\u00fcrde nur eine einzelne Abweichung der MOND Formel gemessen werden, z.B. eine Rotationskurve, die sich nicht an ihr Gesetz h\u00e4lt, w\u00e4re die Theorie widerlegt. Bisher gehorchen aber alle Galaxien den Gesetzen von MOND. In einem Dunklen-Materie-Szenario kann jedoch immer die Dunkle Materie so modelliert werden, dass sie mit den Beobachtungen \u00fcbereinstimmt und hat quasi keine Vorhersagekraft. Das Szenario wird somit nie falsifiziert, egal, was gemessen wird. \u00c4hnlichkeiten zu solchen Ans\u00e4tzen gibt es in der Wissenschaft zuhauf, hier zwei ber\u00fchmte Beispiele: 1. die alten Griechen haben darauf beharrt, dass die Planeten auf Kreisbahnen um die Erde wandern. Da die Planeten dies aber in Wirklichkeit nicht tun, mussten zus\u00e4tzliche Kreisbahnen, die sogennanten Epizykeln, eingef\u00fchrt werden, um das Kreisbahnmodell zu wahren und mit den am Himmel beobachteten Planetenbewegungen in Einklang zu bringen. Viel sp\u00e4ter erst konnten Galilei, Kepler und Newton zeigen, dass die Planeten nicht Epizykeln ben\u00f6tigen, sondern sich auf Ellipsen befinden und um die Sonne, nicht die Erde, kreisen. 2. wurde im 19. Jahrhundert der hypothetische Planet Vulkan eingef\u00fchrt, um die Perihelbewegung von Merkur alleine mit Newtons Gesetzen restlos zu erkl\u00e4ren. H\u00e4tte die Wissenschaft auf diesem Planeten und somit auf Newton beharrt, h\u00e4tten wir heute nicht die Allgemeine Relativit\u00e4tstheorie. Bei beiden Beobachtungen wurden „Hilfshypothesen“ eingef\u00fchrt, um die bestehende Theorie, die im Widerspruch zu Beobachtungen stand, beizubehalten.<\/p>\n

Die Vorhersagen, die das Dunkle Materie-Modell lieferte, blieben bisher meist unbeobachtet und werden nur als interessante Anomolien der Kosmologie betrachtet. Sie haben heute stehende Namen, wie z.B. das Cusp-core-Problem, das Missing-satellite-Problem, das Planes-of-satellites-Problem, oder das Too-big-too-fail Problem. Philosophisch betrachtet kommen hier eine der vier Strategien des Konventionalismus zum Zug: Wir zweifeln an der Relevanz einer Beobachtung. Somit kann an einem Modell, dass durch ein Experiment widerlegt wurde, dennoch festgehalten werden.<\/p>\n

Es gibt ein bekanntes und humoristisches Gesetz in der Kosmologie, das sogennante Frenk-Prinzip: „Falls das Dunkle Materie Standardmodell nicht mit den Beobachtungen \u00fcbereinstimmt, dann muss es einen noch so bizarren physikalischen Prozess geben, welcher die Diskrepanz erkl\u00e4rt.“. Dieses kann auch zum starken Frenk-Prinzip erweitert werden kann: „Wenn es nicht m\u00f6glich ist, einen geeigneten noch so bizarren physikalischen Prozess zu finden, der die Diskrepanz erkl\u00e4rt, m\u00fcssen die Beobachtung falsch sein.“. Jedes neue Problem im Standardmodell erzeugt somit eine neue Epizykel, an der Theorie selbst wird festgehalten.<\/p>\n

Vielfach wird der Bulletcluster als ultimatives Todesurteil f\u00fcr MOND in den Raum gestellt. Da aber der Bullet Cluster genauso problematisch f\u00fcr das Standardmodell der Kosmologie ist (Stichwort: Missing-baryon Problem), m\u00fcsste mit der gleichen Logik auch die Dunkle Materie begraben werden. Warum werden dann also nicht die gleichen Schlussfolgerungen f\u00fcr die Dunkle Materie gemacht? Provokant gesagt leidet die Wissenschaft an einer Kognitiven Dissonanz St\u00f6rung<\/a>. Professor David Merritt vom Rochester Institute of Technology hat \u00fcber die Wissenschaftsphilosophie und die Krise, in der die moderne Kosmologie liegt, einen wundervollen Artikel geschrieben, der hier<\/a> auf Englisch zu lesen ist.<\/p>\n

\"Der<\/a>
Der Bullet Cluster, Todesurteil f\u00fcr MOND und Dunkle Materie (public domain).<\/figcaption><\/figure>\n

Warum ist es aber so wichtig, ob wir das Universum nach den Gesetzen der Dunklen Materie oder nach MOND beschreiben? Der Unterschied der beiden Szenarien is gewaltig, so werden z.B. im Standardmodell zuerst Zwerggalaxien geformt, die verschmelzen und immer gr\u00f6ssere Galaxien formen, w\u00e4hrenddem in MOND zuerst Milchstrassen-f\u00f6rmige Galaxien entstehen, die erst bei Interaktionen mit Nachbargalaxien Zwerggalaxien formen. Das Erstere w\u00e4re somit ein Bottom-up-Szenario, das Letztere ein Top-down-Szenario. Ausf\u00fchrlicher nachzulesen ist dies auf meinem Blog<\/a>. Unser ganzes Verst\u00e4ndnis der Strukturbildung des Universums steht somit auf dem Spiel.<\/p>\n

Ob die Dunkle Materie Theorie doch richtig liegt, w\u00e4re eigentlich einfach gezeigt, es m\u00fcsste nur ein Dunkle Materie-Teilchen gefunden werden.
\nHier in der Schweiz am CERN werden gewaltige Experimente durchgef\u00fchrt, um dieses Teilchen zu finden. Sie scheiterten jedoch alle. Als heisseste Kandidaten wurden bislang die supersymmetrischen Teilchen gehandelt, von denen wir keinerlei Indiz gefunden haben, dass sie auch tats\u00e4chlich existieren. Dennoch sind die meisten Mitglieder der Wissenschaftsgemeinde fest davon \u00fcberzeugt, dass sie fr\u00fcher oder sp\u00e4ter die Nadel im Heuhaufen finden werden. Bl\u00f6d nur, wenn es keine Nadel im Heuhaufen gibt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Dieser Artikel ist Teil des ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb 2017. Informationen zum Ablauf gibt es hier. Leserinnen und Leser k\u00f6nnen die Artikel bewerten und bei der Abstimmung einen Preis gewinnen – Details dazu gibt es hier. Eine \u00dcbersicht \u00fcber alle am Bewerb teilnehmenden Artikel gibt es hier. Informationen zu den Autoren der Wettbewerbsartikel finden sich in den […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":24109,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[733,11],"tags":[2666],"class_list":["post-24130","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-blog-schreibwettbewerb","category-naturwissenschaften","tag-blog-schreibwettbewerb"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/24130","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=24130"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/24130\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":24135,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/24130\/revisions\/24135"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media\/24109"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=24130"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=24130"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=24130"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}