Dunkle Materie und Energie obsolet?

Vielen Dank für das interessante Link. Manchmal gewinnt man den Eindruck die Suche nach Dark Matter ähnelt der Suche nach dem Äther im auslaufenden 19. Jahrhundert.

Mal sehen was daraus wird, vor etwa einen Jahr bekam eine neue, schwerverständliche Gravitaionstheorie von Verlinde große Aufmerksamheit, doch bei ersten quantitativen Test zeigten sich Schwierigekeiten.

beste Grüße

Thomas

Ich zitiere mal aus der Facebook-Gruppe der Profi-Astronomen
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">
- Anyone want to weigh in on this? It's been getting a bit of press coverage. [...] I'm not a cosmologist and I'm curious to know what other cosmologists think about this as a "solution" to dark matter/energy.
- I think this is one of the many myriad solutions to dark matter/energy. IMO its too early to say if this is the correct model. This particular model is not really mainstream and I don't think at the moment anyone else is actively working on it . But if you look at the references, people like Eddington, Dirac, and Weyl have worked on variants of this long time ago. The key test will obviously be when someone calculates CMB anisotropy power spectrum within this model and compares to data. But that will require a lot of work. In this paper he has only compared the theory to geometrical probes. People have also proposed other conformal gravity theories involving Weyl tensor as a solution to dark matter. I don't know if the scalar invariant model he proposes is ruled out by binary pulsars, LIGO or solar system.
- Indeed. Without the confrontation with the CMB power spectrum, it's really difficult to judge any cosmological model.
- He rules out dark matter just based on orbital calculations (similar to what MOND did originally). Problem is, we have many other forms of evidence for dark matter now, and you need to show your model can explain away all of those to really have a serious contender. At the very least, he needs to derive how gravitational lensing would work in that model, and demonstrate that the model can explain: the merging galaxy cluster results (gravitational potential associated with the galaxies, not the X-ray gas), stacked cluster and galaxy-galaxy lensing results (shows NFW profiles, or at least modified NFW profiles, are very good deskriptions of both galaxies and clusters in the outer regions), high-z structure formation, shapes of and structures in merging galaxy tidal tails, etc.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Ganz offensichtlich mehr offene Fragen als Antworten und vermutlich eher nicht der Untergang des Dunkle-Materie/Energie-Abendlandes

Viele Grüße
Caro

Naja, Caro, die Theorie ist beim Normalvolk (ich möcht mich da nicht ganz ausschließen) etwas unpopulär. Es wird etwas postuliert, das man nur mittelbar nachweisen kann. Da haben viele Leute den Eindruck, dass die Wissenschaft von der Esotherik okkupiert werden könnte.
Insofern kann ich das schon nachvollziehen, dass ständig versucht wird, diese Theorien zu widerlegen: Man will die Welt halt wieder "gerade rücken". Ähnliches gab es, als sich die Quantentheorie mit ihren seltamen Effekten etablierte.
So wird der Widerstand gegen die Vorstellung einer kaum fassbaren Materie- und Energieform ähnlich zählebig wie Schrödingers Katze sein...

Hallo Caro,

sehr interesant, ich wusste gar nicht dass es eine Facebook-Seite der Profi Astronomen gibt. Kannst du bitte das Link posten?

Nebenbei, was heisst Profi-Astronom? Ist das ein Kosmologe, jemand der sich für interstellaren Staub interessiert oder für Exoplaneten? 95 %- 98% der Kosmologen, bitte korrigiere mich wenn ich hier schief liege, halten dunkle Materie für das richtige Konzept, die kosmische Hintergrundstrahlung und die Galaxienbildung lässt sich damit gut beschreiben. Viele Physiker aus anderen Gebieten, die naturgemäß mit den Details nicht vertraut sind, bewerten dagegen Bebachtungen aus der näheren Umgebung, wie die Dynamik in Galaxien stärker, die nicht gerade das Konzept der Dunklen Matiere stützen, sondern im Gegenteil große Probleme bereiten, und sind da vieleicht offener.

beste Grüße

Thomas

Hallo Thomas,

das ist eine geschlossene Facebook-Gruppe mit knapp 9000 Mitgliedern, aber eben nur Leute, die wirklich auch in der Astronomie beruflich tätig sind. Nicht mal Studenten nehmen sie in der Regel auf. https://www.facebook.com/groups/123898011017097/
Ich kenne in diesem Fall keinen der vier Diskutanten, was sehr dafür spricht, daß es sich um Kosmologen handelt und nicht um Exoplanetenforscher [:D]

Hallo Mirko,

das mit dem "unpopulär" ist des Pudels Kern, denn die Esoterik ist eigentlich genau andersrum gelagert. Unpopulär sind Quantenmechanik und Relativitätstheorie nämlich bei vielen "ich mach mir die Welt wie sie mir gefällt"-Denkern bis heute. Und die meisten davon machen sich das Leben zu einfach. Crackpots eben.

Klar, Dunkle Materie/Energie entzieht sich unserer Alltagserfahrung und ist deshalb erstmal per se etwas Mysteriöses, das intuitiv Gegenwehr erzeugt. Nicht wenig dazu bei tragen die Begriffe, die ja in beiden Fällen Fehlvorstellungen (und insbesondere ein Mehr-Wissen als wirklich vorhanden) geradezu heraufbeschwören. Objektiv betrachtet fragt man sich aber eigentlich nur: Wozu brauche ich das? Und ganz berechtigt: Muß das so kompliziert sein? Und dann ist man schnell an dem Punkt, wo eine Theorie wie die hier betrachtete genau dasselbe Problem hat und mindestens genauso viele Haken schlagen muß, um mit der meßbaren Realität vereinbar zu sein. Und darauf kommt es letztlich an. Jeder neue Theorie-Auswuchs muß das Universum, so wie wir es beobachten, erklären können und am besten auch noch Vorhersagen machen, die sich dann überprüfen lassen. Wenn nicht -&gt; ab in den großen Fundus von "haben wir überprüft, paßt nicht" damit. Bislang scheint besagte Theorie sich dabei noch nicht bewährt zu haben, von daher: Abwarten und Teetrinken. Geht normalerweise schnell.

Viele Grüße
Caro

Hier der Kommentar von Sabine Hossenfelder dazu, dem man ihre Genervtheit deutlich anmerkt
http://backreaction.blogspot.d…iscovers-yet-another.html

Hallo Caro,

nett ausgedrückt ...

CS
Jörg

Hallo Caro,

vielen Dank für den Link zu dem Kommentar. Das besagte Paper kann man übrigens, auf arxiv (https://arxiv.org/pdf/1710.11425.pdf) finden. Für den Laien ist nicht erkenntlich, dass die gute Übereinstimmung zu Beobachtungen nur auf Fits beruht, so wie Sabine Hossenfelder im Kommentar schreibt. Sie ist nicht nur genervt, sie hält die Rechnung für falsch ..

beste Grüße

Thomas

Hallo Thomas,

besten Dank für den Hinweis auf dieses interessante Thema. Um ein vollständiges Bild zu bekommen, sollte man zu dem Paper, das der andere Thomas verlinkt hat, noch dieses https://arxiv.org/abs/1701.03964 hinzu nehmen. Es ist vom gleichen Autor: Andre Maeder.

Maeders Projekt ist im Kern nicht ganz neu, sondern geht auf ältere Beiträge zurück, vor allem auf den von V. Canuto („Scale-covariant theory of gravitation and astrophysical application“ von 1977), auf den Maeder auch selbst verweist. Eigentlich reicht es sogar über Paul Dirac zurück bis auf Hermann Weyl und dessen Symmetrieüberlegungen. Die Hauptfrage ist von sehr grundsätzlicher Art: Ist die physikalische Realität skalensymmetrisch? Bekanntlich liebt die Natur Symmetrien. Hermann Weyl hat deshalb postuliert, daß die Naturgesetze im Kleinen genau so wie im Großen gelten müßten. Skalierung dürfte also keinen Unterschied machen, d.h. die Natur müßte skalensymmetrisch sein. Nach dem, was wir bisher wissen, scheint sie es aber gerade nicht zu sein. Denn immer wenn dimensionsbehaftete Parameter ins Spiel kommen, ist die Skalensymmetrie aufgehoben, sofern diese Parameter fundamentale Konstanten darstellen, die sich nicht mit skalieren. Am kurzen, quantenmechanischen Ende ist dies so bei der Masse des Higgs-Bosons, und am langen, kosmologischen Ende bei der Newtonschen bzw. Einsteinschen Gravitationskonstante.

Maeder arbeitet am langen Ende. Er geht aus von der Hypothese, daß der leere Raum auf großen Maßstäben skaleninvariant ist, weil es nichts gibt, das eine bestimmte Skala definieren könnte. Canuto hat schon gezeigt, wie man die Einsteinsche Gravitationstheorie skaleninvariant umformulieren kann (Cotensor Analysis), so daß sich Ausdrücke für die kosmologischen Feldgleichungen wie auch für die relativistischen Bewegungsgleichungen (= Geodätengleichungen) aufstellen lassen, die keine Konstante mehr enthalten, sondern eine variable Skalenfunktion in den Mittelpunkt rücken. Die vermeintliche Gravitationskonstante ergibt sich aus dieser Skalenfunktion und ändert sich zeitlich mit ihr. Sie ist also nicht konstant, sondern skaliert sich mit.

Wenn man nun die Feldgleichungen skaleninvariant formuliert, ergibt sich nach Canuto und Maeder ganz von selbst ein Beschleunigungsterm, der der Gravitation entgegen gerichtet ist. Er ist zeitlich veränderlich, entspricht jetzt aber von der Größe her etwa dem gemessenen Wert der sogenannten kosmologischen Konstante. Um die Expansion des Kosmos zu erklären, braucht man demnach keine dunkle Energie zu veranschlagen, von der man nicht weiß, woher sie kommt, und die mysteriöserweise auch noch ständig nachgefüllt werden muß, da ihre Energiedichte bei der Expansion ja die gleiche bleibt. Vielmehr resultiert die Expansion einfach aus der Skaleninvarianz des leeren Raumes. Wie Canuto und Maeder zeigen, paßt die skaleninvariante Kosmologie sehr gut zu allen verfügbaren Beoachtungsdaten, genau so gut wie die heute standardmäßige LambdaCDM Kosmologie.

In seinem zweiten Beitrag zieht Maeder vor allem die skaleninvariant formulierte Geodätengleichung heran und wendet sie auf zwei Phänomene an, die am Anfang der Dunkle-Materie-Hypothese standen, nämlich das Bewegungsverhalten einzelner Galaxien in großen Galaxienhaufen und die Rotationsgeschwindigkeit der Außenbereiche großer Spiralgalaxien. Seine Rechnungen sollen zeigen, daß man über die strahlende Materie hinaus keine weitere Masse annehmen muß, um diese beiden Phänomene zu erklären, wenn man die skaleninvarianten Bewegungsgleichungen zugrunde legt. Im skaleninvarianten Kosmosmodell braucht man also keine dunkle Materie anzusetzen, um die Dynamik der Galaxienhaufen und der galaktischen Scheiben zu verstehen. Sie folgt allein aus der Masse der sichtbaren Materie auf der Basis der reformulierten relativistischen Bewegungsgesetze.

Was ist nun davon zu halten? Ich gehe mal davon aus, daß Maeders Beiträge handwerklich korrekt sind, denn das sollte der Peer Review beim Astrophysical Journal wohl sicherstellen. Die skaleninvariante Kosmologie ist erklärungskräftiger, weil sie die Einsteintheorie als einen Sonderfall enthält, und weil sie keine zusätzliche Dunkle-Energie-Hypothese und (zumindest in den beiden oben genannten Fällen) keine Dunkle-Materie-Hypothese benötigt, um die Beobachtungen zu erklären. Andererseits: Daß der leere Raum skaleninvariant ist, ist natürlich nur eine Hypothese. Vielleicht liebt die Natur die Symmetrie ja doch nicht so sehr, daß sie auf der grundlegenden Ebene skalensymmetrisch wäre. Vielleicht hatte Hermann Weyl also Unrecht und es gibt wirklich absolute, konstante Größen in der Natur. Immerhin meint Maeder aber, daß sich die theoretischen Vorhersagen des skaleninvarianten Kosmosmodells und des LambdaCDM-Modells in mancher Hinsicht doch so weit unterscheiden, daß sich durch zukünftige Präzisionsbeobachtungen eine Entscheidung treffen lassen könnte.

Falls jemand mal endlich einen direkten Nachweis der dunklen Materie führen würde, spräche das natürlich gegen Maeder. Aber bisher wurden ja wohl lediglich Negativergebnisse geliefert, d.h. trotz großen Aufwandes hat man nichts gefunden und der Erkenntnisfortschritt besteht nur darin, daß man immer mehr darüber weiß, wo man nicht mehr suchen muß.

P.S.
Die Skaleninvarianz der Natur im Quantenbereich läßt sich möglicherweise retten, wenn man die Eichtheorien und das Prinzip der spontanen Symmetriebrechung heranzieht. Die Masse des Higgs-Bosons repräsentiert eben den Zustand einer bereits gebrochenen Symmetrie. Das zugrunde liegende Feld weist aber mehr Symmetrien auf als der gebrochene Zustand. Zu diesem Mehr gehört auch die Skalensymmetrie, weil die Masse des Higgs-Bosons als Konstante, die die Skalensymmetrie zerstört, eben erst durch die Brechung der umfassenderen Symmetrie entsteht. Nun hat die Skalenfunktion in den Gleichungen der skaleninvarianten Gravitationstheorie eine ganz ähnliche Struktur, wie das Higgsfeld in der Quantentheorie. Dies könnte ein Hinweis darauf sein, daß sich die Gravitationskonstante analog als Effekt einer Symmetriebrechung verstehen läßt, der ein skalensymmetrisches Feld zugrunde liegt. Hermann Weyl würde triumphieren, aber Maeder will seine Überlegungen nicht mit der Frage nach dem Zusammenhang von Quantentheorie und Gravitationstheorie belasten, sondern konzentriert sich allein auf den klassischen Bereich am langen Ende der Wirklichkeit.

Viele Grüße
Johannes

Hm,

wenn man Parameter anpasst und Gleichungen umformt, um damit zu beweisen, das gemessene Fakten unter Anwendung von geltenen Parametern und Gleichungen auch andere Gründe haben könnten, da muss ich immer an diesen Beitrag von Harald Lesch denken [:)]

Mit dem Einfügen von DE und DM wurden ja nur bisher nicht erklärbare Lücken gefüllt, geltende Regeln, Parameter oder Gleichungen aber nicht verändert.

Moin,

na ja, man muss halt immer bedenken, dass in dem Ausgangsbeitrag eine Menge Postulate enthalten sind die zumindestens nicht für sich beanspruchen können, in Summe bessere Erklärungen zu liefern als die derzeitig allgemein vorherrschende Sichtweise, die Dunkle Materie/Energie als erforderlich ansieht um die ansonsten konsistenten Beobachtungen einfach gesagt "rund" zu bekommen. Und allein der Umstand, dass wir bis dato noch keinen positiven Nachweis dieser Dunklen Materie/Energie haben ist ja kein Beweis ihrer Nichtexistenz sondern zeigt lediglich, dass wir zur Entscheidung der Frage ja oder nein noch nicht die richtigen Mittel haben oder anwenden. Würde man einer solchen Logik folgen hätte man mit derselben Überzeugung behaupten können, es gäbe keine Gravitationswellen, nur weil die postulierten Wellen niemand nachweisen konnte. Auch da hätte man sich guten Gewissens auf große Geister berufen können, nur hat letztlich das Messtechnische Ergebnis inzwischen alle Bedenken überholt und uns insgesamt im Verhältnis zur uns umgebenden Welt einen mächtigen Schritt voran getrieben. So sehe ich es bei dem Thema Dunkle Materie/Energie auch. Sicherlich wird uns irgendwann die Methodik zur Verfügung stehen, entweder die bestehenden und teilweise konkurrierenden Theorien zu falsifizieren, so dass es nach dem Ausschlußprinzip weitergeht, was für mich eine Art Freispruch II. Klasse wäre, oder der positive Nachweis durch Beobachtung und Experiment wird glücken. Ein platter mathematischer Fehler wäre für das Prüfungsverfahren des Astrophysical Journal kein Kompliment, nichts desto trotz zeigen die Reaktionen auf den Beitrag, dass die Sichtweise des Verfassern so offenbar noch diskussionswürdig ist. Das ist m.E. das spannende wenn man diese Art Paper liest, letztlich ist der Sinn einer solchen Diskussion das herausarbeiten der beweisbaren Wahrheit. Und dass dabei Langeweile aufkommt ist derzeit m.E. nicht absehbar. Insofern kann ich für mich das Hämefrei betrachten und mir nur wünschen, dass der Geistesblitz einen der dazu berufenen Geister in nicht zu ferner Zukunft ereilt.

CS
Jörg

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Caro</i>
<br />Hier der Kommentar von Sabine Hossenfelder dazu, dem man ihre Genervtheit deutlich anmerkt
http://backreaction.blogspot.d…iscovers-yet-another.html
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Caro,

vielen Dank nochmal für das Link. Inzwischen ist eine Woche vergangen und zu dem kritischen Beitrag von Sabine Hossenfelder sind 50 Kommentare eingegangen.

https://www.blogger.com/commen…306993327614212282&bpli=1

Das interessante und bemerkenswerte, der Autor der ursprünglichen Publikation Andre Meader hat sich eingeschaltet, es geht dauernd zwischen ihm und Sabine Hossenfelder hin und her.

Einen Konsenz oder ein Ergebnis kann ich nicht erkennen, es ist auch nicht klar, ob die Diskussion weitergeht.

Thomas