SG_LogoDas ist die Transkription einer Folge meines Sternengeschichten-Podcasts. Die Folge gibt es auch als MP3-Download und YouTube-Video.

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Sternengeschichten Folge 351: MOND – Die modifizierte Newtonsche Dynamik

Über den Mond habe ich in den Sternengeschichten schon sehr viel erzählt. Heute aber geht es nicht um den Mond, sondern um MOND. Eine Abkürzung die für “MOdifizierte Newtonsche Dynamik” steht. Aber warum soll man den guten alten Newton modifizieren bzw. warum soll man das schon wieder tun?

Fangen wir mal am Anfang an, der in diesem Fall wahlweise im späten 17. oder im frühen 20. Jahrhundert liegen kann. Ende des 17. Jahrhunderts hat Isaac Newton seine berühmte Theorie zur mathematischen Beschreibung der Gravitation aufgestellt. Damit hat er viel mehr getan als einfach nur eine Formel aufzuschreiben mit der man mathematisch beschreiben konnte, wie Himmelskörper oder andere Objekte über die Gravitation miteinander wechselwirken. Er hatte ein komplett neues Bild des Universums geschaffen; sein Gravitationsgesetz war ein NATURgesetz, eine Regel, die im gesamten Kosmos gilt und Objekte auf der Erde (wie den berühmten fallenden Apfel) ebenso betrifft wie weit entfernte Planeten und Sterne. Das ist heute für uns selbstverständlich; damals war es aber eine revolutionäre Erkenntnis, dass etwas wie die Gravitation “universal”, also überall gleich funktioniert. Ich will heute aber gar nicht über Isaac Newton reden. Sein Gravitationsgesetz wird auch heute noch überall in der Physik und der Astronomie verwendet wenn es darum geht den Einfluss der Gravitationskraft auf die Bewegung von Objekten zu beschreiben.

Aber eben nicht immer; wenn Objekte sich zum Beispiel sehr schnell bewegen oder sehr starken Gravitationskräften ausgesetzt sind, dann funktioniert Newtons Formel nicht mehr. Dann muss man auf die verbesserte Beschreibung der Gravitation zurückgreifen, die Albert Einstein Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelt hat. Die Relativitätstheorie ist derzeit gültige Beschreibung der Gravitation; Newtons Theorie deswegen aber nicht zwingend “falsch”. Sie ist nur nicht in allen Fällen genau genug. Wenn es einfach nur darum geht zu beschreiben, wie etwa ein Apfel auf der Erde zu Boden fällt oder eine Raumsonde zu einem anderen Planeten fliegt, sind die Unterschiede zwischen Newtons und Einsteins Theorie normalerweise so gering, dass man sie getrost vernachlässigen kann. Man kann Newtons Beschreibung der Gravitation als Spezialfall der allgemeineren Theorie von Einstein betrachten. Unter “normalen” Umständen, also im Alltag auf der Erde oder auch im All, wenn man sich ausreichend weit genug von großen Massen wie Sternen oder schwarzen Löchern entfernt befindet, vereinfacht sich die komplizierte Theorie Einsteins zu der simplen Beschreibung von Newton.

Newton – nicht modifiziert (Bild gemeinfrei)

Wenn ich heute von einer “modifizierten Newtonschen Dynamik” spreche, meine ich aber nicht das, was Einstein getan hat. Es geht um ein Problem, das ich schon in Folge 25 der Sternengeschichten ausführlich vorgestellt habe: Die “Dunkle Materie”. Die aber eigentlich besser “Überschüssige Gravitation” oder “Komische Bewegung von Zeug im Universum” genannt werden sollte. Kurz zusammengefasst haben zuerst der Astronom Fritz Zwicky im Jahr 1933 und dann Vera Rubin 1960 festgestellt, dass sich Galaxien und Sterne im Universum nicht so bewegen, wie sie es eigentlich tun sollten. Die Bewegung von Sternen in einer Galaxie wird zum Beispiel durch die Gravitationskraft bestimmt, die sie spüren. Man kann nun also eine Galaxie beobachten, aus der Helligkeit der Sterne berechnen, welche Masse die Galaxie haben muss und daraus die Stärke der Gravitationskraft, die ein Stern an einem bestimmten Ort der Galaxie spüren muss. Daraus wieder folgt, mit welcher Geschwindigkeit er sich bewegt. Nur haben diese Rechnungen nicht gestimmt. Die Sterne bewegten sich so, als wäre da mehr Masse als man sehen kann. Dieser Befund wurde seitdem immer wieder bestätigt; bei der Bewegung von Sternen, bei der Bewegung von Galaxien und der Bewegung ganzer Galaxienhaufen. Das Universum verhält sich so, als wäre da mehr Masse, als wir sehen können. Die fehlende Masse wurde “dunkle Materie” genannt und die allermeisten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gehen davon aus, dass es sich tatsächlich um fehlende Masse handelt. Also dass es neben der “normalen” Materie auch noch eine weitere, noch unentdeckte Art von Materie gibt, die zwar nicht im oder durch normales Licht sichtbar ist, aber trotzdem eine Gravitationskraft ausübt. Diese Hypothese wird auch durch andere Überlegungen gestützt; Beobachtungen des jungen Universums kurz nach seiner Entstehung deuten auf die Existenz dieser fehlenden Materie hin ebenso wie Hypothesen aus der Teilchenphysik.

Konkret nachgewiesen hat man diese seltsame Art der Materie aber noch nicht; man beobachtet nur überall im Universum die Gravitationskraft, die von ihr ausgeht bzw. auszugehen scheint. Aber vielleicht gibt es gar keine “fehlende Materie” – vielleicht müssen wir einfach nur die Gesetze der Gravitation modifizieren. Denn wenn die Dinge sich nicht so bewegen wie sie es eigentlich sollten, dann muss das ja nicht am Einfluss einer unsichtbaren Art von Materie liegen. Es kann auch daran liegen, dass wir das falsche mathematische Gesetz zur Beschreibung der Gravitation verwenden. Das jedenfalls war die Idee des israelischen Physikers Mordehai Milgrom, der 1981 die “Modifizierte Newtonsche Dynamik” oder kurz “MOND” entwickelte. Aus mathematischer Sicht ist sie eigentlich recht simpel. Das zweite Newtonsche Axiom besagt ja bekanntlich, dass Kraft gleich Masse mal Beschleunigung ist. Daraus kann man das ebenso bekannte Newtonsche Gravitationsgesetz ableiten, nach dem die Gravitationskraft proportional zu den beteiligten Massen der Objekte und indirekt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist.

Milgrom veränderte nun das zweite Newtonsche Axiom minimal. Bei “normalen” Beschleunigungen bleibt alles so wie es ist. Muss es ja auch, denn das zweite Newtonsche Axiom ist durch unzählige Beobachtungen und Experimente extrem gut bestätigt. Nur wenn die auf Himmelskörper wirkende Beschleunigungen extrem klein sind, weicht Milgroms Formel von Newtons Formel ab. Und “extrem klein” heißt hier auch wirklich sehr, sehr klein. Die Grenze, bei der die Modifikation von Milgrom wirksam wird, liegt bei Beschleunigungen von 0,0000000001 Metern pro Sekunde zum Quadrat. Sowas können wir in keinem Labor auf der Erde messen; so etwas kann man nur auf den sehr großen kosmischen Skalen beobachten; wenn sich Sterne und Galaxien bewegen. Aber genau darum geht es ja!

Milgroms modifiziertes Gravitationsgesetz stimmt also in so gut wie allen Fällen mit dem von Newton überein. Wenn es aber etwa darum geht die Bewegung von Sternen in Galaxien zu beschreiben, liefert es andere Ergebnisse. Dann zeigt sich genau das, was Zwicky und Rubin beobachtet haben: Himmelskörper bewegen sich so, als wäre da mehr Masse vorhanden als man sehen kann. Nur dass man diese “fehlende Masse” eben nun nicht mehr braucht. Es reicht das modifizierte Gravitationsgesetz.

So sollen sich Sterne in Galaxien eigentlich nicht bewegen Bild: Rubin & Ford, 1970

Es ist jetzt keine große Überraschung, dass man mit der modifizierten Newtonschen Dynamik die Bewegung von Sternen in Galaxien korrekt beschreiben kann. Genau dafür wurde sie ja entwickelt. Die Frage ist: Ist sie eine korrekte Beschreibung des Universums? Wirkt die Gravitation bei sehr kleinen Beschleunigungen wirklich ein bisschen anders als bei größeren Beschleunigungen? Oder ist da draußen doch noch eine unbekannte Art von Materie die es unnötig macht, das Gravitationsgesetz zu verändern?

Diese Debatte wird seit Jahrzehnten geführt und es sieht nicht so aus, als würde man demnächst zu einem Ergebnis gelangen. Die Hypothese der dunklen Materie hat sehr viele Vorteile; sie erklärt nicht nur die Bewegung der Himmelskörper sondern ist auch nötig um zu erklären, wie sich das Universum nach dem Urknall entwickelt hat oder wie Galaxien entstehen. Man kann mit ihr sehr erfolgreich erklären, wie sich im jungen Universum Galaxien gebildet haben; ohne dunkle Materie wäre die Entstehung der Strukturen im Universum nicht erklärbar. Die Vorhersagen zu diesen Themen die von der Hypothese der dunklen Materie gemacht werden, stimmen mit entsprechenden Beobachtungsdaten überein, was zuversichtlich stimmt. Hinweise auf die Existenz noch unentdeckter Materie gibt es auch unabhängig von ganz anderer Seite; aus der Teilchenphysik. Auch hier fordern viele Hypothesen neue Arten von Teilchen von denen einige die Eigenschaften haben, die auch die dunkle Materie haben sollte. Andererseits konnten die Vorhersagen hier trotz vieler Experimente noch nicht bestätigt werden.

Die modifizierte Newtonsche Dynamik macht keine so umfassende Aussagen wie die dunkle Materie und kann viele Dinge nicht oder zumindest noch nicht erklären, wie zum Beispiel die Strukturbildung im frühen Universum. Und immer wieder kommt es vor, dass ein und die selbe Beobachtung von beiden Seiten als Beleg herangezogen wird. Zum Beispiel wenn es um Zwerggalaxien geht: So wie alle anderen Galaxien sollten auch Zwerggalaxien in große Wolken aus dunkler Materie gehüllt sein. Bzw. ist es eigentlich andersherum: Die großen Wolken aus dunkler Materie waren zuerst da und haben mit ihrer Gravitationskraft normale Materie in ihre Mitte gezogen, aus der dann die für uns sichtbaren Sterne der Galaxie entstanden sind. Es sollte aber auch Zwerggalaxien geben, die keine dunkle Materie enthalten; nämlich die, die aus der Wechselwirkung zweier großer Galaxien entstehen. Wenn zwei große Galaxien einander nahe kommen, können große Masse an Gas aus ihnen heraus gerissen werden, die sich später zu kleinen Zwerggalaxien formen, die aber dann keine dunkle Materie enthalten und auch zu wenig Masse haben, um relevante Mengen an dunkler Materie anzuziehen.

Genau so eine Zwerggalaxie in der man keine Spuren der Gravitationskraft dunkler Materie finden konnte, wurde 2018 entdeckt. Und als Beleg dafür präsentiert, dass die modifizierte Newtonsche Dynamik falsch ist. Denn MOND müsste ja überall gelten; in JEDER Galaxie müssten sich Abweichungen von der klassischen Gravitation zeigen. Wäre die Hypothese der dunklen Materie richtig, dann sollte man die Abweichungen nur dort sehen, wo viel dunkle Materie ist und ansonsten nicht. Und da man in der fraglichen Zwerggalaxien eben keine Abweichungen sehen konnte, kann MOND nicht stimmen.

Nein, war die Antwort der Vertreter der MOND-Hypothese. Denn die modifizierte Gravitation funktioniert ja gerade eben nicht so wie die normale. Bei der üblichen Beschreibung der Gravitation kann man – sehr vereinfacht gesagt – “Hintergrundbeschleunigungen” ignorieren. Wenn ich in einem Zug von meinem Sitzplatz zum Speisewagen gehe, braucht ich mich bei der Beschreibung meiner Bewegung nicht um die gleichmäßige Bewegung des Zuges kümmern. Genau so muss man sich bei der Beschreibung der Bewegung der Erde um die Sonne um die gleichzeitig stattfindende Bewegung der Sonne selbst kümmern. Das geht bei MOND aber nicht. Hier muss man immer alle wirkenden Kräfte, egal ob gleichmäßig oder nicht, berücksichtigen um festzustellen, ob die totale Beschleunigung über oder unter der Grenze liegt, ab der die Modifikation wirksam wirkt. Das nennt sich der “Externe Feld-Effekt” und im Fall der fraglichen Galaxie hat die Gravitationskraft einer größeren Galaxien in der Nachbarschaft die Zwerggalaxie gerade noch so stark beeinflusst und beschleunigt, dass man MOND nicht anwenden muss.

NGC 1052-DF2, eine Zwerggalaxie ohne dunkle Materie (Bild: NASA, ESA/Hubble, and P. van Dokkum (Yale University), CC-BY 4.0)

Verstärkt wird das Problem noch, dass wir eigentlich auch noch extrem genau wissen müssten, wie weit diese Galaxien entfernt sind, wie viele Sterne dort sind, und so weiter. All diese Daten kennen wir aber nur innerhalb gewisser Fehlergrenzen. Das gilt auch für die vielen anderen Fälle, bei denen die Vertreter von MOND und dunkler Materie über die korrekte Interpretation streiten. Wenn wir die Bewegung von Himmelskörper irgendwann einmal viel genauer messen können als heute, dann können wir vermutlich auch besser entscheiden, ob wir wirklich ein neues Gravitationsgesetz brauchen oder doch irgendwo fehlende Materie zu suchen ist.

Mich persönlich würde es ja absolut nicht überraschen, wenn die Realität noch einmal viel komplizierter ist als wir es uns jetzt vorstellen. Dass Albert Einsteins Beschreibung der Gravitation nicht das Ende der Dinge ist, wissen wir ja. Wir brauchen so oder so eine neue Theorie zur Gravitation die auch die Phänomene der Quantenwelt miteinschließt: Eine Theorie der Quantengravitation; die ominöse “Theorie von Allem”. Und warum soll es nicht noch unentdeckte Materie geben? Warum soll es nicht noch sehr viele, sehr verschiedene Arten von unentdeckter Materie geben, die vielleicht auch noch auf noch unentdeckte Art auf sehr komplexe Weise miteinander wechselwirkt? Es würde mich nicht überraschen, wenn wir tatsächlich in einem Universum leben, in dem die Bewegung der für uns sichtbaren Sterne von noch unbekannter Materie beeinflusst wird, deren Verhalten von noch unbekannten Kräften bestimmt wird. Ich wäre allerdings sehr überrascht – wenn auch sehr erfreut – sollten wir das in naher Zukunft irgendwann einmal zweifelsfrei feststellen können. Vermutlich müssen wir darauf aber noch sehr lange warten.

Für mehr Information zum Thema siehe auch diesen Artikel. Und diese Serie.

Kommentare (45)

  1. #1 UMa
    16. August 2019

    Wir können die Bewegungen der Sterne bereits jetzt schon sehr viel genauer Messen, als das noch vor wenigen Jahren der Fall war. Dank des größten Fortschritts in der Astronomie der letzten Jahrzehnte: Gaia!
    https://de.wikipedia.org/wiki/Gaia_(Raumsonde)

    Wenn die Ergebnisse dieser Arbeit stimmen, ist MOND, zumindest ohne den externen Feldeffekt, inkonsistent mit den Messung von GAIA DR2 der Geschwindigkeitsverteilung von weiten Doppelsternen.
    https://arxiv.org/abs/1905.09619

    Gut, das ist jetzt wenig überraschend. Aber vielleicht erreicht Gaia dank Missionsverlängerung am Ende die Präzision um zwischen Newton und MOND mit externem Feldeffekt unterscheiden zu können.

  2. #2 Heljerer
    16. August 2019

    Das zweite Newtonsche Axiom besagt ja bekanntlich, dass Kraft gleich Masse mal Beschleunigung ist. Daraus kann man das ebenso bekannte Newtonsche Gravitationsgesetz ableiten, nach dem die Gravitationskraft proportional zu den beteiligten Massen der Objekte und indirekt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist.

    Das verstehe ich nicht. Wie will man denn aus dem 2. Newtonschen Axiom das Gravitationsgesetz herleiten? Beides ist doch völlig unabhängig voneinander. Oder etwa nicht?

  3. #3 Karl Mistelberger
    mistelberger.net
    16. August 2019

    Die Profis schreiben übersichtlich und allgemeinverständlich zum Thema:

    https://www.spektrum.de/magazin/gibt-es-die-dunkle-materie-wirklich/1661442

    Der Artikel ist lesenswert. Warum Bine meint, 30 Jahre Forschung ohne direkten Nachweis der dunklen Materie sind genug kann ich allerdings nicht nachvollziehen.

  4. #4 Captain E.
    16. August 2019

    Wer weiß? Vielleicht reden beide Seiten von demselben?

    Meine persönliche Ansicht dazu: Die Aussage von Albert Einstein, dass die Gravitation eine geometrische Eigenschaft des Raumes sein, kann nicht das Ende der Fahnenstange sein. Vermutlich muss man sich aber zunächst einmal darüber klar werden, was der Raum (oder Raumzeit) eigentlich ist.

    Weiterhin ist meine ganz persönliche Ansicht, dass MOND zu spät gekommen ist. Kepler oder Newton haben Formeln gefunden, die die Realität mehr oder minder gut beschreiben, aber Einstein ist darüber hinaus gegangen. Vorher konnte man noch mit Fug und Recht die Frage stellen, wieso diese vergleichsweise einfachen Formeln denn stimmen konnten. Falls MOND irgendwann einen Regelsatz liefern sollte, der immer und unter allen Umständen zuverlässige Ergebnisse liefert, stünden wir wieder an diesem Punkt.

    Tja, und manche behaupten ja, Teilchen mit solch merkwürdigen Eigenschaften könne es gar nicht geben. Nur ist es halt so, dass die notwendige Eigenschaft, mit Elektromagnetismus und Starker Kernkraft so rein gar nichts zu tun zu haben und nur der Gravitation und der Schwachen Kernkraft zu unterliegen, bereits für drei Teilchenarten nachgewiesen wurde. Nun passen andere Eigenschaften der Dunklen Materie natürlich nicht zu Elektron-, Myon- und Tauon-Neutrinos, aber das Verhalten bzgl. der vier Grundkräfte im Universum stimmt zumindest. Und wenn es diese drei gibt, warum das nicht auch eine vierte oder fünfte Sorte?

  5. #5 Captain E.
    16. August 2019

    @Karl Mistelberger:

    Die Profis schreiben übersichtlich und allgemeinverständlich zum Thema:

    https://www.spektrum.de/magazin/gibt-es-die-dunkle-materie-wirklich/1661442

    Der Artikel ist lesenswert. Warum Bine meint, 30 Jahre Forschung ohne direkten Nachweis der dunklen Materie sind genug kann ich allerdings nicht nachvollziehen.

    Es ist ja nicht nur die fehlende Dunkle Materie nicht nachgewiesen, sondern auch das Austauschteilchen der Gravitation. Die für Elektromagnetismus sowie der Starken und Schwachen Kernkraft kennt man, die für Gravitation dagegen nicht. Fehlen uns die Mittel, diese nachzuweisen, oder existieren sie nicht? Wenn die zweite Möglichkeit zutrifft, dann ist die Gravitation keine Grundkraft dem bisherigen Verständnis nach, und dann braucht es womöglich auch keine Dunkle Materie.

    Übrigens habe ich vor kurzem die Kurzgeschichte “Reise zum Mars” von Hans Dominik aus dem Jahre 1908 gelesen. Von Raketen hatte Dominik zu dem Zeitpunkt noch nichts gehört, und Hermann Oberth veröffentlichte seine Arbeiten Die Rakete zu den Planetenräumen und Wege zur Raumschiffahrt auch erst 1923 bzw. 1929.

    Ich schätze aber, die “zweifelsfreie Tatsache”, dass Gravitation eine Druckkraft sei, die durch den Lichtäther verursacht sei, war damals bereits keine. Das Annus mirabilis Albert Einsteins 1905 lag damals drei Jahre zurück.

  6. #6 Karl-Heinz
    16. August 2019

    @Heljerer

    Das verstehe ich nicht. Wie will man denn aus dem 2. Newtonschen Axiom das Gravitationsgesetz herleiten? Beides ist doch völlig unabhängig voneinander. Oder etwa nicht?

    Ab und zu macht FF gravierende Fehler. Ich habe mich schon daran gewöhnt nach dem Motto „Wer findet den Fehler.“

    a)Schwere Masse, Massenbegriff, der im Gravitationsgesetz auftritt.
    b) trägen Masse des zweiten Newtonschen Prinzips

    Die Übereinstimmung von schwerer und träger Masse ist heute mit einer Präzision von 10-12 gesichert. 😉

  7. #7 Florian Freistetter
    16. August 2019

    @Karl Heinz: “Ab und zu macht FF gravierende Fehler. “

    Jeder macht Fehler. Dass man aus den Newtonschen Axiomen das Gravitationsgesetz ableiten kann gehört allerdings mWn nicht dazu. Es geht um Beschleunigungen: https://de.wikipedia.org/wiki/Modifizierte_Newtonsche_Dynamik#Die_Hypothese

  8. #8 Thomas N.
    16. August 2019

    Ist MOND eigentlich die einzige Alternative zur Existenz dunkler Materie?

    Wenn es nicht erklärbare gravitative Wirkungen in Galaxien gibt, so erscheinen mir als Laien mindestens 3 Ursachen denkbar:
    – Existenz dunkler Materie
    – MOND
    – lokale Unterschiede in den Eigenschaften der Raumzeit an sich (so dass sich dort besonders gut Galaxien auch mit scheinbar zu langsam rotierenden Außenbereichen bilden können)

    Letzteres unter der Annahme, dass Gravitation keine Kraft, sondern geometrische Eigenschaft der Raumzeit ist (Einstein)

  9. #9 Karl-Heinz
    16. August 2019

    @FF

    Mein Vorschlag: Ich lese mir mal deinen Link
    mal genau durch, bezweifle aber, dass ich Unrecht habe.
    Auch ein Planet, der kreisförmig um seine Sonne kreist wird beschleunigt. Das Betragsquadrat der Beschleunigung ist hier natürlich konstant.

  10. #10 Thomas N.
    16. August 2019

    Korrektur zu meinem Beitrag: ich meinte “zu schnell” statt “zu langsam”
    (Vermutlich wurden schon einige andere Alternativen untersucht und falsifiziert, vielleicht auch diese dritte, es ist mir nur nicht bekannt.)

  11. #11 Leser
    16. August 2019

    Wenn man die Übereinstimmung von träger und schwerer Masse auf 10^-12 genau messen kann, dann müßte es doch auch möglich G (die Gravitationskonstante) ähnlich genau zu bestimmen. Warum ist G dann nur auf nicht einmal 5 Stellen genau bekannt ? Ich habe vernünftige Ergebnisse mit 6,6743*10^-11, es gibt aber auch Leute, die rechnen mit 6,67259*10^-11 und anderen Werten.

  12. #12 bote
    16. August 2019

    Alles was wir über Galaxien wissen, wissen wir durch das Licht, das von ihnen zu uns gelangt.
    Jetzt wissen wir , dass es auch Gravitationswellen gibt, die das Licht auf seinem Weg zu uns beeinflussen kann.

    Es ist also denkbar, dass uns das Licht narrt, weil es von Gravitationswellen beeinflusst wird.

    Und wenn die Hubble-Konstante demnächst wieder abnimmt, dann wäre das ein Beleg, dass die Gravitationswellen unsere Beobachtungen beeinflussen.

  13. #13 Karl-Heinz
    16. August 2019

    @FF

    Ich wollte natürlich nicht beleidigend wirken. Ich sags mal offen heraus, dass du Qualitäten besitzt von denen ich nur träumen kann.

    Ist jetzt nicht so wichtig, aber ich denke, dass man um das Gravitationsgesetz so einigermaßen herleiten zu können, neben den Newtonschen Axiomen, möglicherweise auch das 3. keplersche Gesetz benötigt wird. Sprich eine weitere Zutat ist von Nöten.

  14. #14 Karl-Heinz
    16. August 2019

    @bote

    Jetzt wissen wir , dass es auch Gravitationswellen gibt, die das Licht auf seinem Weg zu uns beeinflussen kann.

    Ich glaube, das kann man getrost vernachlässigen.

    PS: Hast Du keine Angst von einer Gravitationswelle getroffen zu weden? 😉

  15. #15 Karl Mistelberger
    mistelberger.net
    16. August 2019

    > #4 Captain E., 16. August 2019
    > Meine persönliche Ansicht dazu: Die Aussage von Albert Einstein, dass die Gravitation eine geometrische Eigenschaft des Raumes sein, kann nicht das Ende der Fahnenstange sein.

    Man sollte bedenken, dass Einstein Albert Einstein Inhaber des eidgenössischen polytechnischen Fachlehrerdiploms war: https://www.mpg.de/12268077/einstein-jahr-2005.pdf

    So eine gründliche Ausbildung ist heute kaum mehr zu haben.

    > #5, Ich schätze aber, die “zweifelsfreie Tatsache”, dass Gravitation eine Druckkraft sei, die durch den Lichtäther verursacht sei, war damals bereits keine. Das Annus mirabilis Albert Einsteins 1905 lag damals drei Jahre zurück.

    Ich zitiere meinen Landsmann:

    Frederick REINES and Clyde COWAN
    Box 1663, LOS ALAMOS, New Mexico

    Thanks for message. Everything comes to him who knows how to wait.

    Pauli

    https://timeline.web.cern.ch/neutrinos-detected-last

    MOND erinnert mich an Jack Daniels: http://sci-fix.blogspot.com/2010/07/marathon-run.html Mit seiner empirischen Formel kann man einiges ausrechnen. Sie ist sehr praktisch, aber erklären tut sie wenig.

    Bei den vielen Versuchen, MOND mit der Physik kompatibel zu machen habe ich den Eindruck, es gibt keine Zwickys mehr. Da sind Nano-Zwickys am Werk.

  16. #16 bote
    16. August 2019

    Karl-Heinz,
    Gravitationwellen sind langwellig. Du kannst mit einem Surfbrett auf ihnen reiten. Trost braucht man dabei auch nicht.

  17. #17 Karl-Heinz
    16. August 2019

    @Leser

    Wenn man die Übereinstimmung von träger und schwerer Masse auf 10^-12 genau messen kann, dann müßte es doch auch möglich G (die Gravitationskonstante) ähnlich genau zu bestimmen. Warum ist G dann nur auf nicht einmal 5 Stellen genau bekannt ?

    Die Bestimmung der Erdmasse kann nur in Abhängigkeit von der Gravitationskonstanten G erfolgen. Damit scheidet die Erde mal für die Bestimmung der Gravitationskonstante aus. Sie muss daher im Labor durchgeführt werden. Beispielsweise beträgt die Anziehungskraft zwischen zwei Körpern von je 100 kg Masse in 1 m Abstand weniger als 10−9 (ein Milliardstel) ihrer Gewichtskraft, und alle andere Materie im Labor oder außerhalb davon übt auf die Testkörper ebenfalls Gravitation aus. Diese Messungen gestalten sich daher schwierig. Schon kleinste Temperaturunterschiede, Luftströmungen, Ungleichmäßigkeiten im oder Kriechen des Materials, sogar die Anzahl der Fahrzeuge auf dem Parkplatz vor dem Institutsgebäude, verfälschen die Ergebnisse.

  18. #18 bote
    16. August 2019

    Karl-Heinz,
    man sollte die Gravitationskonstante im Weltraum verfeinern.
    Zwei Satelliten umkreisen die Erde in genau gleichem Abstand. Der Abstand der Stelliten untereinander etwa einige Kilometer. Per Lasermessung könnte man dann die Annäherung der Satelliten messen.

    Oder im Labor. Eine Neutronenquelle in einem 90m hohen Fallturm installieren. Dann die Neutronen herabregnen lassen. Die Fallzeit wäre interessant.

    Anmerkung: Der Kern von Galaxien ist auch eine Quelle von neuen Sternen. Die erzeugen ganz sicher auch Gravitationswellen. Und das Licht, dass uns von diesen Ereignissen erreicht ist von den gravitatiionswellen beeinflusst.

  19. #19 Herr Senf
    16. August 2019

    Warum sollen neue Sterne Gravitationswellen erzeugen? Tun sie bestimmt nicht.

  20. #20 Karl-Heinz
    16. August 2019

    @bote

    Ich hätte eine persönliche Bitte. Bevor man eigenen Gedankengänge postet, währe es nicht schlecht, dass man sie auf Plausibilität prüft.

    1) zwei Satelliten, die einige Kilometer voneinander entfernt sind und sich aufgrund ihrer Anziehung annähern. Welche Störgrößen könnten da wohl auftreten?
    2) Neutronen, die herabregnen
    Wie willst du so langsame Neutronen erzeugen und messen?
    3) Was meinst du genau mit, die Gravitationswellen beeinflussen das Licht. Was ändert sich am Licht?

  21. #21 Bbr
    Niedersachsen
    16. August 2019

    Also wenn ich mich neulich nicht verrechnet habe, dann sorgt bereits der Jupiter dafür, dass die Sonne mit a>a0 beschleunigt wird. Der Fall a<a0 kommt also nicht nur im Labor, sondern auch bei Sternen überhaupt nicht vor. (Mit a0=0,000000001 Meter pro Sekunde Quadrat).

    Und dass MOND den Impulserhaltungssatz verletzt, darauf weißt ja schon die englische Wikipedia hin. Meines Wissens sind bisher auch alle Versuche gescheitert, MOND zu einer „richtigen“ Theorie auszubauen, die den Impulserhaltungssatz erfüllt und mit der ART verträglich ist.

  22. #22 Karl-Heinz
    16. August 2019

    @Bbr

    Also wenn ich mich neulich nicht verrechnet habe, dann sorgt bereits der Jupiter dafür, dass die Sonne mit a>a0 beschleunigt wird. Der Fall a kleiner a0 kommt also nicht nur im Labor, sondern auch bei Sternen überhaupt nicht vor. (Mit a0=0,000000001 Meter pro Sekunde Quadrat).

    Wenn sich die Sonne mit seinen Planeten um das Zentrum der Milchstraße bewegt, dann würde ich in diesem Fall das Schwerpunktsystem unseres Sonnensystem betrachten. Jetzt muss noch geprüft werden welches Regime für das Schwerpunktsystem gilt. Das jetzt der Jupiter an der Sonne zehrt, heißt also nicht, dass niemals das MOND-Regime zum Zuge kommen könnte. Ist nur so eine Überlegung von mir. 😉

  23. #23 PDP10
    17. August 2019

    @bote:

    Anmerkung: Der Kern von Galaxien ist auch eine Quelle von neuen Sternen.

    Nein, ist er nicht. Neue Sterne entstehen bei den meisten Galaxien in den Aussenbezirken in Sternentstehungsgebieten. Da wo noch genug Staub übrig ist. Du kannst dir ja mal einen Feldstecher kaufen oder leihen und dir im Spätherbst in einer klaren Nacht den Orion-Nebel ansehen. Da entstehen Sterne.

    Die erzeugen ganz sicher auch Gravitationswellen.

    Sterne oder Planeten die um dieselben kreisen erzeugen sicher dauernd Gravitationswellen. Du wahrscheinlich auch. Allerdings sind die so schwach, dass sie niemand messen kann.

    Und das Licht, dass uns von diesen Ereignissen erreicht ist von den gravitatiionswellen beeinflusst.

    Ist es bestimmt. Aber die Beeinflussung ist so schwach … siehe oben.

    Oder im Labor. Eine Neutronenquelle in einem 90m hohen Fallturm installieren. Dann die Neutronen herabregnen lassen. Die Fallzeit wäre interessant.

    Janeeisklar … Ein Neutron wiegt irgendwas um die Zehn-Hoch-Minus-27 Kilogramm. Erstens interessiert so ein Neutron also das Gravitationsfeld der Erde eher nicht so – selbst wenn es echt langsam ist … und zweitens ist der Messfehler, den man deswegen macht – ach! ich weiß auch nicht, wie ich dir das erklären soll … Und drittens kann man Neutronen nicht so einfach mal “fallen lassen”.

    BTW: Wieso versuche ich das eigentlich dir zu erklären … ?

    Mir ist schon klar, dass du gerne mal “neue Ideen” hier rein postest und zu Diskussion beitragen willst.

    Das ist eigentlich schön und eine gute Idee!

    Das Problem ist:

    Deine Inkompetenz zu allen Themen hier ist inzwischen legendär. Wieso befolgst du nicht einfach mal den Ratschlag von @Karl-Heinz “Bevor man eigenen Gedankengänge postet, währe es nicht schlecht, dass man sie auf Plausibilität prüft.”

    Und wenn du schon dabei bist, dann lerne bitte auch noch, die Dinge, die du als Tatsachenbehauptungen ausgibst, wenigstens erstmal in der Wikipedia nachzuschlagen!

  24. #24 bote
    17. August 2019

    KH,
    so muss es Einstein ergangen sein, als er seine neuen Ideen der Fachwelt mitgeteilt hat. Genau so ! Erst mal Ablehnung.
    Bei einer Gravitationswaage ist die Messgenauigkeit begrenzt, weil die gegenseitige Anziehungskraft sehr klein ist. Also, ……wir messen nicht die Kraft, sondern die Zeit, die die beiden Körper brauchen um sich anzunähern. Die Störgrößen, die sind das Problem.
    Mir geht es ja nicht darum, ein vollkommen neues Messkonzept auszubreiten, sondern , Neue Gedanken einfließen zu lassen, das ist der Sinn eines blog.
    Die Neutronen im Fallturm.
    Neutronen deshalb, weil die durch die Luftmoleküle hindurchregnen, als ob sie nicht vorhanden wären.
    Nur ein Gedankensplitter, don’t worry.

    PDP10,
    du hast verstanden, worum es geht. Jede Bewegung, bei der der Schwerpunkt verlagert wird, erzeugt eine Gravitationswelle, weil das Gravitationsfeld der Masse folgt. Wir können auf der Erde nicht messen, wie die Massen in einer Galaxie ständig ihre Position verändern, aber das Licht, dass durch diese Massen hindurch muss, das verändert sich. Denk mal an die Gravitationslinsen.

  25. #25 Karl-Heinz
    17. August 2019

    @bote

    Ultrakalte Neutronen (UCN) können immer noch eine Geschwindigkeit von 5 m/s erreichen. Wie willst du die auf 0 m/s abbremsen um sie anschließend im Schwerefeld fallen zu lassen?

    Temperaturbereich für Ultrakalte Neutronen (UCN) unter 0,4 bis 1,8 mK 😉

  26. #26 Karl-Heinz
    17. August 2019

    @bote

    Ach ja.
    Warum sollte die Fallzeit der Neutronen im Fallturm interessant sein?

  27. #27 Bbr
    Niedersachsen
    17. August 2019

    @Karl-Heinz, #22.

    Mir scheint das aber rein willkürlich zu sein. Beim externen Feldeffekt (den man zur Rettung des Ansatzes unbedingt braucht), betrachtet man dann wieder jeden Stern einzeln und nicht den Schwerpunkt der Galaxie. Allein die Aufgabe des Superpositionsprinzips bereitet mir Bauchschmerzen, denn daraus folgt ja beliebige Willkür. Was jetzt nicht heißt, dass der Ansatz trotzdem interessant ist, und man daraus mal eine richtige Theorie entwickeln kann. Aber das ist meines Wissens noch nicht gelungen.

  28. #28 bote
    17. August 2019

    KH,
    wir haben eine Neutronenquelle, die sichvertikal nach oben richten lässt, so wie bei einem Wasserstrahl.
    Jetzt messen wir zuerst die Reichweite dieser Neutronen.
    Dort wo wir keine Strahlung mehr empfangen, senkrecht nach oben, dass ist der Umkehrpunkt der Neutronen, von dort fallen sie senkrecht nach unten.

    Und jetzt messen wir die Fallzeit bis zu den Detektoren am Fuße des Turmes. Interessant ist das deswegen, weil noch niemand so einen Versuch gemacht hat. Er soll ja auch zeigen, dass Elementarteilchen der Schwerkraft gehorchen.
    Wir können den Versuch auch mit einem waagrechten Neutronenstrahl durchführen und schauen, obe der eine Parabel beschreibt.

    Zu der Farage der Lichtveränderung. Da geht man davon aus, dass die Rotverschiebung beweist, dass sich die Lichtquelle entfernt. Es könnte aber auch sein, dass das Licht aus dem Zentrum der Galaxien verlangsamt ist, und die erhöhten Rotverschiebung aus den Spiralarmen uns nur vortäuscht, dass die Geschwindigkeit der Spiralarme zu hoch ist.

    Was jetzt die weiter entfernten Galaxien betrifft, da wir eine andere Ursache wirksam, die der Alterung des Lichts, d.h. das Licht verliert Energie.
    Das scheint mir plausibler zu sein, als eine ungebremste Ausdehnung des Universums, das ist twerbewirksamer.

  29. #29 Karl-Heinz
    17. August 2019

    @Bbr

    Beim externen Feldeffekt (den man zur Rettung des Ansatzes unbedingt braucht), betrachtet man dann wieder jeden Stern einzeln und nicht den Schwerpunkt der Galaxie.

    Ja sicher, man will ja wissen, ob die Sterne mit ihren Planeten iidemn ihrer Bewegung dem MOND-Regime gehorchen.

    Ich persönlich gucke fasziniert zu, wie die MOND-Befürworter MOND verteitigen. 😉

  30. #30 Uli Schoppe
    17. August 2019
  31. #31 Daniel Rehbein
    Dortmund
    17. August 2019

    In den Kommentaren des verlinkten Artikels gibt es eine interessante Aussage von Oliver Müller, in der er sagt, daß die Grenzbeschleunigung a0, unterhalb derer MOND gilt, keine eigenständige Naturkonstante ist, sondern daß es sich um das Produkt aus Lichtgeschwindigkeit und Hubble-Konstante handelt.

    Nun ist die Lichtgeschwindigkeit ja einfach bloß der Umrechnungsfaktor zwischen des Messeinheiten einer Raumdimension und den Messeinheiten der Zeitdimension. Wenn wir innerhalb der Raumzeit keinen Unterschied zwischen Raum- und Zeitdimensionen machen, können wir die Lichtgeschwindigkeit auch zu 1 normieren.

    Daraus ziehe ich die Schlußfolgerung: Wir sprechen bei “Mond-Regime” von Körpern, auf die Gravitationskräfte wirken, die kleiner sind als die (scheinbare) Kraft, die diese Körper aufgrund der Expansion des Universums von anderen Körpern entfernt.

    Bisher sind wir ja immer davon ausgegangen, daß innerhalb von Systemen, bei denen Körper andere umkreisen, die Expansion des Universums keine Rolle spielt, weil die gravitative Bindung der Körper aneinander die Expansion des Universums vernachlässigbar klein erscheinen lässt.

    Die Expansion des Universums reisst keine Atome auseinander, sie lässt das Volumen meiner Toilettenspülung nicht größer werden, sie zieht die Erde nicht von der Sonne weg, sie lässt auch keine Galaxien expandieren.

    Bei der Betrachtung von MOND kommen wir aber plötzlich doch in Bereiche, wo die Expansion des Universums stärker wirkt als die gravitative Bindung von Körpern aneinander. Die Expansion des Universums zieht also den Körpern quasi den Raumbezug unter den Füßen weg, so als ob mir jemand beim Laufen den Boden unter den Füßen wegzieht.

    Kann es sein, daß das das ganze Geheimnis hinter dem “Abflachen der Rotationsgeschwindigkeit” ist? Kann es sein, daß das “Mond-Regime” so etwas wie eine Scheinkraft ist, die nur dadurch entsteht, daß wir in den Bewegungsgleichungen die Expansion des Universums nicht berücksichtigen? Kann es also sein, daß wir weder Dunkle Materie noch MOND brauchen, sondern daß wir die Folgen der Expansion des Universums richtig verstehen und berechnen müssen?

  32. #32 bote
    17. August 2019

    Uli,
    danke für den Link.

    Nachtrag KH,
    die Neutronen scheiden als ungeeignet für eine Bestimmung der Gravitationskonstante aus.
    Thermische Neutronen haben eine Geschwindigkeit von 2200 m/s . Der Fallturm müsste dann eine Höhe von 200 km haben.

  33. #33 PDP10
    17. August 2019

    @bote:

    Bei einer Gravitationswaage ist die Messgenauigkeit begrenzt, weil die gegenseitige Anziehungskraft sehr klein ist. Also, ……wir messen nicht die Kraft, sondern die Zeit, die die beiden Körper brauchen um sich anzunähern.

    Nein. Wir messen die Kraft, die zwischen den beiden Körpern wirkt. Das man das in einfachen Experimenten im Physikpraktikum über eine gedämpfte Schwingung macht bedeutet nicht, dass die Zeit der wesentliche Faktor ist. Das ist nur die Messmethode. Die Zeit in der die Schwingung gedämpft wird hängt unter anderem von der Masse der Probekörper und der Elastizität des Fadens ab, an dem die aufgehangen sind – damit sollte schon klar sein, dass die Zeit hier keine Rolle spielt, denn der Wert den man misst ist aber am Ende immer die Anziehungskraft der Probenkörper.

    Wir können auf der Erde nicht messen, wie die Massen in einer Galaxie ständig ihre Position verändern, aber das Licht, dass durch diese Massen hindurch muss, das verändert sich.

    Nein. Wir können das nicht messen, weil die Veränderungen viel zu klein sind. Und dementsprechend “verändert sich das Licht” auch nicht.

    Denk mal an die Gravitationslinsen.

    Das ist etwas völlig Anderes und funktioniert völlig anders.

  34. #34 bote
    18. August 2019

    PDP10,
    die Messmethode mit der Gravitationswaage ist die genaueste Methode , die man kennt. Und sie beruht darauf, dass die Rückstellkraft des quarzfadens bekannt ist. Das ist mir alles bekannt.
    Davon wollte ich wegkommen, indem man die gravitative Anziehung von zwei Probekörpern in den Weltraum verlegt. Und nur wenn der Abstand der Pobekörper groß genug ist, dann kommt man zu einer genaueren Bestimmung der Gravitationskonstanten über die Zeit.
    Voraussetzung ist, dass die beiden Probekörper
    den gleichen Abstand von der Erde haben. Das technisch durchzuführen, dürfte fast unmöglich werden.
    Ich weiß auch nicht den Einfluss des Sonnenwindes auf so einen Versuch. Es geht ja nur um neue Denkansätze.
    Damit belasse ich es, danke für die lange Einlassung.

  35. #35 Karl-Heinz
    18. August 2019

    @bote

    Ein weiteres Problem neben der jetzt wirklich sehr schwachen Gravitationskraft ist, dass sie mit der Entfernung wirklich sehr schnell abfällt. Und die Störgrössen warten ja nur darauf, um über dein Messsystem herzufallen. 😉

  36. #36 Uli Schoppe
    18. August 2019

    Der Artikel ist lesenswert. Warum Bine meint, 30 Jahre Forschung ohne direkten Nachweis der dunklen Materie sind genug kann ich allerdings nicht nachvollziehen.

    @Karl: 30 Jahre ohne einen Hinweis das man nicht nur Mathematik betreibt weil es geht und schön aussieht sind nicht genug?

  37. #37 Captain E.
    19. August 2019

    Die Idee mit den Satelliten im All gibt es schon, allerdings sollen damit noch genauer die eintreffenden Gravitationswellen gemessen werden. LISA soll 2034 starten:

    https://de.wikipedia.org/wiki/Laser_Interferometer_Space_Antenna

  38. #38 Captain E.
    19. August 2019

    @Uli Schoppe:

    30 Jahre ohne einen Hinweis das man nicht nur Mathematik betreibt weil es geht und schön aussieht sind nicht genug?

    Warum sollte das genug sein? Es konnte in der Zeit ja auch niemand beweisen, dass die Hypothese falsch sein muss.

  39. #39 Uli Schoppe
    19. August 2019

    @Captain E.

    Was wäre denn eine sinnvolle Grenze? 50 Jahre? 🙂

  40. #40 Karl Mistelberger
    mistelberger.net
    19. August 2019

    > #36 Uli Schoppe, 18. August 2019
    > 30 Jahre ohne einen Hinweis das[s] man nicht nur Mathematik betreibt weil es geht und schön aussieht sind nicht genug?

    Deine Behauptung kommt mit vor wie ein Boltzmann-Burst eines Biohirns. Die Physiker treiben nicht nur Mathematik, sondern zerbrechen sich den Kopf, wie die Welt beschaffen ist.

    “It doesn’t matter how beautiful your theory is, it doesn’t matter how smart you are. If it disagrees with experiment, it’s wrong.” – Richard Feynman

    The Essence Of Science In 60 Seconds

  41. #41 PDP10
    19. August 2019

    @Uli Schoppe:

    Naja, die Riemannsche Vermutung feiert dieses Jahr ihren 160sten. Und ist immer noch nicht bewiesen oder widerlegt … 🙂

  42. #42 UMa
    19. August 2019

    Fermatscher Satz von 1637.
    Bewiesen 1994.
    https://de.wikipedia.org/wiki/Gro%C3%9Fer_Fermatscher_Satz

  43. #43 UMa
    19. August 2019

    Oder etwas mehr Physik und Astronomie:

    (jährliche) “Fix”-Stern Parallaxe: ca. 1540 Kopernikus
    Endliche gemessen 1838 von Bessel.

    Graviationswellen: Einstein 1916.
    Direkte Messung 2015 aLIGO. (Existenz war aber schon vorher klar, wegen Energieabnahme von Doppelpulsar.)

    Exoplaneten: Vermutet seit dem 16. bis 18. Jahrhundert.
    Gefunden erstmals 1988 oder 1992 oder 1995.

  44. #44 UMa
    19. August 2019

    @Daniel Rehbein:
    Durch die Beschleunigung der Expansion sollten die Körper die Galaxien ganz außen ein klein wenig langsamer umlaufen, als sie es nach Newton tun würden. Der Effekt ist also viel kleiner und hat außerdem das umgekehrte Vorzeichen.

  45. #45 Alderamin
    20. August 2019

    @UMa, #1

    Die Arbeit auf Arxiv fand ich so spannend, dass ich einen Artikel darüber geschrieben habe. Danke für die Inspiration!