Die sichtbare Materie in unserem Universum scheint nur ein Zehntel der gesamten Materie auszumachen, wenn man die bekannten physikalischen Gesetze anwendet. Der Rest soll unbekannte Materie, sogenannte DUNKLE MATERIE sein. Existiert diese Dunkle Materie wirklich oder gibt es auch andere Erklärungsmöglichkeiten?

 

Kann eine kleine Abänderung des Newton'schen Gesetzes Dunkle Materie erklären?

 

Physiker und Astronomen versuchen die Entstehung und das Gedeihen unseres Universums aufgrund von bekannten physikalischen Gesetzen zu erklären. Es gibt zwei Möglichkeiten, um zu berechnen wie viel Materie unser Universum beherbergt. Die Offensichtlichste: Man blickt in das Universum und zählt die Massen aller für uns sichtbaren Objekte zusammen (unsichtbare kann man ja nicht sehen). Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass man beobachtet wie schnell sich die sichtbaren Objekte bewegen, dann wendet man die bekannten physikalischen Gesetze an und berechnet wie viel Masse man braucht, um die nötige Gravitation zu erzeugen, die die Bewegung der sichtbaren Objekte beschreibt. ‚Leider' -- und das ist schon lange bekannt - ergeben diese zwei Berechnungsmöglichkeiten zwei unterschiedliche Ergebnisse, schlimmer noch zwei völlig unterschiedliche Ergebnisse. Das führt zu der Schlussfolgerung, dass die sichtbare Materie in unserem Universum nur ein Zehntel der gesamten Materie darstellt, den Rest fasst man mit dem Begriff DUNKLE MATERIE (Dark matter) zusammen.

 

Wie erklärt man DUNKLE MATERIE?

 

Das hat natürlich sofort Teilchenphysiker und Astronomen auf den Plan gerufen, erfolgreiche Kandidaten, aus denen die Dunkle Materie bestehen könnte, zu postulieren. Darüber möchte ich hier aber nicht berichten, auch wenn es sehr interessante Dinge sind, sondern von einer ganz anderen Möglichkeit, der Abänderung eines physikalischen Gesetzes. Es gibt immer verschiedenste Lösungsvorschläge, um in der Wissenschaft Probleme zu lösen. Die Abänderung eines physikalischen Gesetzes ist meist die unpopulärste Möglichkeit. Weil - natürlich aus allzu verständlichen Gründen -- die bekannten physikalischen Theorien nicht aus irgendwelchen ‚Launen' heraus einfach postuliert wurden, sondern sich allen möglichen experimentellen Tests stellen mussten und damit im wahrsten Sinne so gut wie möglich auf Herz und Nieren getestet wurden. Die Anforderungen an eine modifizierte Theorie sind natürlich hoch. Sie dürfen ‚Erwiesenes' nicht widerlegen und müssen den neuen Effekt möglichst gut erklären und sollten auch zukünftige Effekte erklären können.

 

Wie könnte eine solche Abänderung des Newton'schen Gesetzes ausschauen?

 

Bereits im Jahre 1983 hat Mordehai Milgrom vorgeschlagen, das zweite Gesetz von Newton, das den Zusammenhang zwischen der Kraft und der Beschleunigung beschreibt, abzuändern. Seine Grundidee ist, dass dieses Gesetz zwar für große Beschleunigungen gut bestätigt ist, aber für kleine Beschleunigungen, die Sterne/Galaxien in großen Galaxienhaufen erfahren, nicht direkt experimentell bestätigt ist. Das heißt für kleine Beschleunigungen wäre die Kraft nicht mehr direkt proportional zur Beschleunigung, sondern quadratisch. Das bedeutet eine kleinere Kraft bei gegebener Beschleunigung und damit weniger gravitationserzeugende Masse. Damit kommt dieses Model, das den klingenden Namen MOND (Modified Newtonian Dynamics) trägt, ohne die Einführung von Dunkler Materie aus.

 

Wo sind die Nachteile?

 

Wenn man MOND auf sehr massereiche Cluster anwendet, kommt man ohne Dunkle Materie aus, wendet man MOND allerdings auf Teile dieses Clusters an, findet man Abweichungen und würde wieder Dunkle Materie brauchen. Es gibt natürlich auch Erklärungen, warum MOND in diesem Fall ‚versagt'. Zusammenfassend bekommt man mit MOND Probleme, wenn man Phänomene betrachtet, wo kleine Beschleunigungen vorkommen (der Zuständigkeitsbereich von MOND), aber auch große Geschwindigkeiten oder auch starke Gravitationskräfte (der Bereich der Relativitätstheorie).

 

Hat MOND Zukunft?

 

Momentan muss man sagen, dass MOND sicher noch keine ausgefeilte Theorie darstellt, sie ist vielmehr eine limitierte phänomenologische Theorie, also eine Theorie, die nicht auf fundamentalen Prinzipien beruht. Natürlich, obwohl Physiker schon lange und emsig daran arbeiten, war es ihnen auch noch nicht möglich die Quantentheorie mit der Relativitätstheorie kompatibel zu machen. Das Abenteuer Wissenschaft geht also weiter ...

 

Mehr gibt es unter: Scientific American, August 2002: "Does Dark Matter Really Exist?" by Mordehai Milgrom.