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Wie Dualität das Dilemma der Dunklen Materie lösen könnte
Die Debatte über die wellen- oder teilchenähnliche Natur des Lichts beschäftigte Physiker 300 Jahre lang, nachdem Isaac Newton sich für Teilchen einsetzte und Christian Huygens die Idee der Wellen unterstützte. Die Auflösung, dass man sich Licht sowohl als Welle als auch als Teilchen vorstellen kann, hätte diese Giganten der Physik verblüfft, genauso wie uns.
Was uns jedoch nicht überraschen sollte, ist, dass andere scheinbar hartnäckige Argumente ähnlich gelöst werden könnten.
Aber genau dies könnte für das Rätsel der dunklen Materie bereitstehen, das Astrophysiker seit fast 80 Jahren verwirrt, so Chiu Man Ho von der Vanderbilt University in Nashville und ein paar Freunde.
Das Problem ist, dass Galaxien so schnell rotieren, dass die Materie, die sie enthalten, in den Weltraum fliegen sollte. In ähnlicher Weise scheinen Galaxienhaufen nicht genug Masse zu enthalten, um sie zusammenzuhalten, und sollten daher auseinander fliegen. Da dies offensichtlich nicht geschieht, muss eine gewisse Kraft diese Massen an Ort und Stelle halten.
Astrophysiker haben zwei Erklärungen vorgelegt. Der erste ist, dass diese Galaxien mit unsichtbarer Masse gefüllt sind und diese sogenannte dunkle Materie für den zusätzlichen Gravitationszug sorgt. Die zweite ist, dass die Gravitation auf diesen intergalaktischen Skalen stärker ist und die Arbeit auch selbst erledigt, eine Idee, die als modifizierte Newtonsche Dynamik oder MOND bezeichnet wird.
Zwischen den Befürwortern der Dunklen Materie und ihren MONDianischen Gegenstücken geht keine Liebe verloren: Beide sagen, dass der andere falsch liegt und durchkämmen das Universum auf der Suche nach Beweisen, um ihre Gegner zu verdammen. Keine Seite hat die Argumente der anderen bisher überzeugend zerschlagen, aber alle Beteiligten scheinen sich einig zu sein, dass, wenn die eine triumphiert, die andere unter den Füßen zertreten wird.
Vielleicht gibt es aber noch eine andere Möglichkeit: dass sie beide Recht haben.
Möglich macht dies ein neuer Ansatz zur Gravitation, bei der es sich um ein auftauchendes Phänomen im Zusammenhang mit der Entropie handelt. Wir haben uns das vor ein paar Monaten hier angesehen.
Die Grundidee ist, dass Teile des Universums unterschiedliche Entropieniveaus haben und dies eine Kraft erzeugt, die die Materie so umverteilt, dass die Entropie maximiert wird. Diese Kraft nennen wir Schwerkraft.
Bisher ging dieser Ansatz von einem einfachen Universum aus. Aber Kosmologen wissen, dass sich unser Universum nicht nur ausdehnt, sondern sich von uns weg beschleunigt. Was Chui und Co. getan haben, ist die Ableitung der Gravitation als auftauchende Kraft mit dem gleichen entropischen Ansatz, aber diesmal in einem sich beschleunigenden Universum.
Das Ergebnis ist eine Form der Gravitation, bei der die Parameter für Beschleunigung und Masse eine seltsame Dualität teilen: Entweder kann man sich den Beschleunigungsterm so modifiziert vorstellen wie in MOND; oder der Massenterm kann genauso modifiziert werden, wie in der Theorie der Dunklen Materie.
Tatsächlich sagen Chui und Co, dass Dunkle Materie und MOND zwei Seiten derselben Medaille sind.
Interessanterweise scheint die Wirkung jeder Art von Modifikation skalenabhängig zu sein. In dieser Theorie funktioniert die MONDsche Interpretation auf der galaktischen Skala, während die Interpretation der Dunklen Materie am besten auf der Skala galaktischer Haufen funktioniert.
So sehen auch die Beobachtungsergebnisse aus. MOND scheint das reale Verhalten von Galaxien besser zu erklären, während der Ansatz der Dunklen Materie die Struktur von Galaxienhaufen besser erklärt.
Könnte es sein, dass beide Manifestationen derselben Sache sind? Nur die Mutigen oder Dummen würden es ausschließen. Und in der Physik sind seltsamere Dinge passiert, wie Newton und Huygens sicherlich bestätigen würden.
Ref: arxiv.org/abs/1005.3537 : MONDian Dark Matter