Dunkle Materie und Dunkle Energie

Moin,
Dunkle Materie und Dunkle Energie sind zunächst einmal einfach nur "Größen" die man eingeführt hat, um bestimmte Beobachtungen zu erklären. Das Gleiche macht die Quantenphysik mit neuen Teilchen. Aus der Anzahl/Masse darf man keine Rückschlüsse auf deren "Wichtigkeit" schließen auch nicht umgekehrt. Auf der anderen Seite wissen wir derzeit noch zu wenig über die neuen Größen, um ihr Verhalten eingehender zu beschreiben.

Bei Dunkler Materie wir vermutet, dass sie nicht der elektromagnetischen Wechselwirkung unterliegt, somit weder Atome/Protonen, Moleküle, Licht, Magnetfelder, Elektrostatische Felder, Elektronen oder klassische Reibung kennt. Deshalb auch "Dunkel". Dadurch scheiden aber auch eine Menge strukturbildender Prozesse aus, die wir von normaler (baryonischer) Materie kennen. Wie scher einzelne Teilchen sind, das weiss man z.B. nicht. Für die durchschnittliche Geschwindigkeit kann man aber Obergrenzen angeben, sondern würde die Dunkle Materie, die so manche Galaxie 'zusammenhält', einfach davon fliegen, so wie die Raumsonde Voyager auch das Sonnensystem verlässt.

Bei Dunkler Energie ist es noch "seltsamer", am einfachsten umschreibt man die mit "negativen Druck".

Bisher ist es noch nicht gelungen sowohl die Dunkle Materie "einzufangen" bzw. Dunkle Energie in irgendeiner Weise zu "isolieren", was aber nicht heißt, dass es sie gibt. Bei Neutrinos hat man auch jahrzehntelang gebraucht, um sie anhand von Kollisionen sicher nachzuweisen oder Masse zu bestimmen. Dabei gibt es z.B. von Neutrinos eine ganze Menge, nur fliegen die alle komplett durch die Erde durch, als sei sie nicht vorhanden. Bei einer Supernovae bzw. Bildung von Neutronensternen, wird 90% der Energie von Neutrinos transportiert.

Gruß

PS: Vergleich es mit der Erde. Sämtliche Lebewesen machen nur einen winzigen Masseanteil der Erde aus, davon die Menschen wiederum nur einen Bruchteil. Es ist aber subjektiv vielleicht der interessanteste Teil. Oder frag mal Goldschürfer, wie viel Prozent Gold im Gestein ist, dass sie umbuddeln. [;)]

Hallo G.P.R.,

auf die Frage wie es sein kann, daß die für uns normale Materie nur wenige Prozent des Gesamt(energie)inhalts des Universums ausmacht, wo man doch in unserem Sonnensystem - also quasi vor unserer kosmischen Haustür - leicht nach dem ganzen Rest suchen könnte und es dort dann auch finden müßte, kommt man schnell.

Die Lösung des Rätsels liegt darin, daß die normale Materie die Angewohnheit hat, sich zu verklumpen. Schau dich mal um: Du selber, größtenteils aus Wasser bestehend, Dichte knapp über 1 g/cm^3. Die Erde, Gesteine liegen zwischen 2-3 g/cm^3, der Eisenkern bei 13. Macht eine mittlere Dichte von 5.5 g/cm^3. Und jetzt mitteln wir mal über das ganze Sonnensystem mit der Sonne im Zentrum (die ja eh den größten Anteil an der Gesamtmasse beinhaltet) und den 8 Planeten, zwischen denen wohlgemerkt jede Menge leerer Raum ist. Da kommt man dann schnell in einem Bereich an, in dem es sinnvoller ist anstatt der g/cm^3, die Zahl der Partikel (also Atome) pro Kubikmeter zu betrachten. Aber wir sind ja noch nicht fertig. Mehrere Lichtjahre sind es in alle Richtungen zum nächsten Nachbarstern, sprich über unsere Milchstraße gemittelt sinkt die Teilchendichte nochmal. Das selbe Spiel wenn wir von der Milchstraße zu unseren Nachbargalaxien gehen, jede Menge praktisch (normale Materie-)leerer Raum. Die dunkle Materie klumpt zwar auch, aber längst nicht so kleinskalig. Erst wenn du zu Größensordnungen gehst, die im Bereich eines Galaxiendurchmessers gehen, dann siehst du hier Struktur. In unserer Milchstraße selber ist die Dunkle Materie also fast gleichmäßig verteilt. Sie füllt aber damit auch all die Bereiche der Milchstraße, in denen keine (oder so gut wie keine) normale Materie ist. Mit der Dunklen Energie ist es noch extremer - hier kann man sozusagen davon ausgehen, daß sie über das ganze Universum gleichmäßig verteilt ist, auch da wo große Leerräume zwischen den Galaxienhaufen sind - und gewinnt damit in der Gesamtbilanz. Schaut man aber lokal in unserem Sonnensystem, dann dominiert die normale Materie bei weitem.

Viele Grüße
Caro

<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>In unserer Milchstraße selber ist die Dunkle Materie also fast gleichmäßig verteilt.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">um dieses Astronomen-"Fast" zu präzisieren: Ihre Dichte ändert sich um mehrere Größenordnungen, nahe des Zentrums erwartet man z.B. eine ~tausendfach höhere Dichte als bei uns. Aber immer noch kein Vergleich mit den Dichteschwankungen normaler Materie.
Ich habe mal ein paar Zahlen zusammengestellt (vielleicht will die noch jemand prüfen?):
Die Dichte Dunkler Materie bei uns beträgt ca. 7*10^-22 kg/m³ - milliardenfach dünner als sogenanntes "Ultrahochvakuum". Aber immer noch 200000-fach dichter als im Durchschnitt für das ganze Universum.
Die gesamte Dunkle Materie in einer Kugel mit Erdbahnradius wiegt 10^13 kg. Das hört sich viel an, ist aber gerade mal ein Zwanzigstel der Masse des Halleyschen Kometen - also vollkommen unbemerkbar.

Dass universumsweit andere Energie/Masseformen dominieren bedeutet nicht, dass der Rest eine Erdnuss wäre. Der Rest ist das, wo sich die interessante Physik (und alles andere) abspielt. DM und DE sind vermutlich relativ strukturlos und in diesem Sinne langweilig.

Vielleicht eine dumme Frage, aber kann sich die dunkle Materie nicht hinter schwarzen Löchern verstecken?

Moin,
nein, kann sie nicht. Im ersten Moment ein nachvollziehbarer Gedanke, ein schwarzes Loch ist "schwarz" und schwer und nicht viel mehr.

Aber die Verteilung ist eine andere. Die Gravitationsanomalie, die der dunklen Materie zugeschrieben wird, wirkt eher wie ein dünn verteiltes Gas, während schwarze Löcher brutale Punktquellen darstellen. (Natürlich immer auf astronomische Maßstäbe bezogen)

Hallo Jonas,

okay. Wenn aber schwarze Löcher mit einer immensen Masse als Punktquelle sich innerhalb eines riesigen Volumens befinden, wäre dann im Mittel gesehen die Verteilung nicht auch so wie ein dünn verteiltes Gas?

http://en.wikipedia.org/wiki/Massive_compact_halo_object

Genau genommen wissen wir nicht was Materie ist, woraus sie besteht und woher sie kommt.

Wir haben zwar ein Standartmodel welches uns dazu bewegt anzunehmen wir wüssten heute was "gewöhnliche Materie" sei, jedoch ist das Standartmodel keine abgeschlossene Theorie. Früher oder später wird auch dieses Model abgelöst, oder erweitert werden müssen.

Der Materie bzw. Teilchenbegriff musste bis heute immer wieder ergänzt und erweitert werden, so das wir bis heute kein klares Bild von der gewöhnlichen Materie haben.

Der Versuch Teilchen bzw. Materie zu beschreiben kann eigentlich als gescheitert angesehen werden. Teilchen lassen sich nicht Lokal- Realistisch beschreiben und das prinzipiell nicht.

Das Standartmodel der Teilchenphysik macht bis heute keine Vorhersagen über dunkle Materie bzw. Energie. Ob es diese überhaupt gibt?

CS

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: QED</i>
<br />Genau genommen wissen wir nicht was Materie ist, woraus sie besteht und woher sie kommt.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Na ja, also ich denke, wir wissen schon sehr genau was Materie ist. Sie besteht aus Atomen, und dann aus Protonen, Elektronen, Neutronen, und wenn es dann tiefer gehen soll aus Quarks und so weiter. Und sie resultierte aus dem Urknall. Klar, ist zwar alles "irgendwie Theorie", aber irgendwann muss man ja den Kindern Namen geben.

Eine Theorie lebt, wird falsifiziert und erweitert - ist also ganz normal, dass sie nichts beständiges ist.

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: QED</i>
<br />Der Versuch Teilchen bzw. Materie zu beschreiben kann eigentlich als gescheitert angesehen werden.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">
Stimmt nicht. Mit der Quantenphysik lassen sich trefflichste Vorhersagen machen.

Dunkle Materie und Energie sind Postulate. Es ist nicht weiter schlimm, dass man noch nicht weiss, was sich dahinter verbirgt. Dies kriegt man schon noch raus.

Hm, ich bin da kein Experte, aber ich würde mal sagen: Nein.

Man könnte sich vorstellen, dass man aus Punkten ein scheinbar homogenes Ganzes konstruiert. Wie bei einem Bild aus Pixeln.
Aber dann müssten die Dinger relativ klein sein. Zumindest innerhalb der Milchstraße würden sie auffallen, weil am Rande sehr viel Energie umgesetzt wird.
Ich hätte auch bedenken bei der Stabilität so einer Anordnung, ich nehme an, dass des instabil wäre.

Materie ist verklumpte Energie. Klingt jetzt ziemlich platt, ist aber so. Nach Einstein wissen wir, dass Materie in Energie umgewandelt werden kann. Übrigens gibt es auch das Umgekehrte (mehr oder weniger). Siehe Quantenfluktuation:
http://de.wikipedia.org/w/inde…umfluktuation&redirect=no

Also man weiss schon recht genau, über was man redet bei Materie.

Aufgabe der Naturwissenschaft ist es nicht, das Unvorstellbare vorstellbar zu machen. Schrödingers Aufgabe war es sicher nicht gewesen, die Energiequantelung einem Jeden begreiflich zu machen. Aufgabe dieser Wissenschaft muss es sein, die Vorgänge der Natur zu erklären, diese auf ein Gerüst zu stellen (Theorie) und daraus Voraussagen zu treffen, die im Experiment bestätigt werden können.

Also mir Materie und Energie sollte man vorsichtig sein. Das eine ist nicht dasselbe, wie das andere. Soweit ich des begriffen habe, ist das Gleichheitszeichen bei Einsteins berühmter Formel eher als ein "wertgleich" zu verstehen, so wie eine bestimmte Zahl Euros einer bestimmten Zahl Dollars entspricht, obwohl sie unterschiedliche Dinge sind. Eine gewisse Masse entspricht einem gewissen Energieinhalt und man kann das eine in das andere umwandeln, aber es sind trotzdem verschiedene Dinge.

Die allgemeinste Definition für Energie, die ich kenne, ist die als Erhaltungsgröße, die aus der zeitlichen Translationsinvarianz folgt. Das hat erstmal nichts mit Materie zu tun.

Es ist nun eine Eigenschaft der Physik, dass sie das "Ding an sich" nicht erklären kann, sondern nur beschreiben. "Erklärungen" führen Dinge nur auf andere Phänomene zurück, aber es fehlt das Fundament, eben das Ding an sich.
So Fragen wie: Was ist Materie? oder Was ist Landung? abschließend zu beantworten, dass vermag die Physik nicht zu leisten. Was die Physik kann, und darin ist sie verdammt gut, ist, zu beschreiben, wie sich ein Objekt, das eine Eigenschaft namens Ladung besitzt, verhält.

Das einsteinsche Zitat zur Phantasie ist leider ein wenig aus dem Zusammenhang gerissen. Die Aufgabe der Wissenschaft ist es nicht, Dinge vorstellbar zu machen, das kann sie spätestens seit der Quantenphysik nicht mehr. ART geht eigentlich auch nicht mehr anschaulich und realistisch zu gleich.
Aufgabe der Wissenschaft ist es, ein Modell zu formulieren, und aufgrund dieses Modells vorhersagen zu liefern, die im Experiment überprüft werden können.
Ob ich mir nun ein (einfaches) Bild von den Vorgängen machen kann, oder ob die Theorie "wirklich" beschreibt, was "passiert", ist dabei egal, denn a) gibt es keinen Grund zu erwarten, dass sich das Universum so verhält, dass wir es gut begreifen können und b) ist mit der wissenschaftlichen Methode prinzipiell unmöglich.