Die Standardtheorie der Kosmologie gerät ins Wanken

Video: Isaac Newton und die Gravitation

(idw). Muss Newtons Gravitationstheorie abgeändert werden, weil sie zur Erklärung mancher Beobachtungen nicht taugt? Inzwischen mehren sich die Stimmen, die diese ketzerische These unterstützen. Zwei neue Studien zu den so genannten Satellitengalaxien in der Peripherie der Milchstraße dürften ihr nun weiteren Auftrieb geben. Durchgeführt wurden sie von Physikern der Universität Bonn zusammen mit Kollegen aus Österreich und Australien. Ihre Ergebnisse könnten das Theorie-Gebäude der Standardphysik ins Wanken bringen.

Kosmologen erklären sich heute viele ansonsten unerklärliche Beobachtungen mit Hilfe der ominösen dunklen Materie. In den letzten zwei Jahrzehnten wurde sehr viel Aufwand in diesem Forschungsgebiet betrieben. Dennoch wurde bislang nicht direkt nachgewiesen, dass es diese rätselhafte Substanz überhaupt gibt. Und selbst wenn es sie gäbe, würde das längst nicht alle Abweichungen oder Widersprüche zwischen den Messungen und den theoretischen Vorhersagen beseitigen. Seit einiger Zeit mehrt sich daher die Zahl derer unter den Physikern, die die Existenz dunkler Materie anzweifeln. Es wurden auch schon konkurrierende Gravitationstheorien entwickelt, die ohne dieses Konstrukt auskommen. Ihr Problem ist lediglich, dass sie in Konflikt mit der Newtonschen Gravitationstheorie stehen. “Möglicherweise lag Newton aber tatsächlich falsch”, erklärt Professor Dr. Pavel Kroupa vom Argelander-Institut für Astronomie (AIfA) der Universität Bonn. “Seine Theorie beschreibt zwar die Alltagseffekte der Schwerkraft auf der Erde, die wir sehen und messen können. Die tatsächliche Physik hinter der Gravitation kennen wir aber vielleicht noch gar nicht.”

Eine gewagte These, die jedoch inzwischen gerade in Europa mehr und mehr Anhänger findet. Zwei neue Studien dürften ihr nun weiteren Auftrieb geben. Darin untersuchen Kroupa und sein ehemaliger Mitarbeiter Dr. Manuel Metz zusammen mit Professor Dr. Gerhard Hensler und Dr. Christian Theis aus Wien sowie Dr. Helmut Jerjen aus Canberra, Australien, die so genannten Satellitengalaxien der Milchstraße. Darunter versteht man Zwerggalaxien mit teilweise nur ein paar tausend Sternen. Der Standardtheorie zufolge kommen sie vermutlich zu Hunderten in der Umgebung der meisten großen Galaxien vor. Bislang wurden jedoch erst 30 derartiger Satelliten um die Milchstraße beobachtet. Man führt diese Diskrepanz oft darauf zurück, dass der Grossteil der Satellitengalaxien viel zu lichtschwach ist, um gesehen zu werden.

Die Physiker haben diese Sternagglomerate in ihrer Studie nun genauer unter die Lupe genommen. Dabei sind sie auf einige erstaunliche Phänomene gestoßen: “Zunächst einmal stimmt etwas nicht mit ihrer Verteilung”, erklärt Professor Kroupa: “Eigentlich sollten die Satelliten gleichmäßig um ihre jeweilige Muttergalaxie angeordnet sein. Das sind sie aber nicht.” Genauer gesagt: Die klassischen Satelliten der Milchstraße – das sind die elf hellsten Zwerggalaxien – liegen alle mehr oder weniger in derselben Ebene. Sie bilden also eine Art Scheibe. Zudem konnten die Forscher zeigen, dass die meisten von ihnen in derselben Richtung um die Milchstraße rotieren – ähnlich wie die Planeten um die Sonne.

Dieser Befund lässt sich nach Ansicht der Physiker nur mit der Annahme erklären, dass die Satelliten vor langer Zeit bei der Kollision junger Galaxien entstanden sind. “Aus dem ‘Schrott’, der bei einem solchen Crash entsteht, können sich rotierende Zwerggalaxien bilden”, erläutert Manuel Metz, der inzwischen an das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt gewechselt ist. Doch auch die Crash-Theorie hat einen Haken: Die Satelliten, die dabei entstehen, können laut Theorie keine dunkle Materie enthalten. Das steht jedoch im Widerspruch zu einer weiteren Beobachtung: “Die Sterne in den jetzt untersuchten Satelliten bewegen sich viel schneller, als sie es nach den Berechnungen dürften. Als Ursache kommt aus klassischer Sicht eigentlich nur die Anwesenheit dunkler Materie in Frage”, sagt Manuel Metz.

Oder man nimmt an, dass wesentliche Grundlagen der Physik bislang falsch verstanden wurden. “Eine Lösung gibt es nur, wenn wir uns von der klassischen Gravitationstheorie Newtons lösen”, sagt Pavel Kroupa. “Wahrscheinlich leben wir in einem nicht-newtonschen Universum. Wenn diese Annahme stimmt, lassen sich unsere Beobachtungen auch ohne dunkle Materie erklären.” Solche Ansätze finden auch in einigen anderen Forschungsgruppen in Europa viel Beachtung.

Es hat schon fast Tradition, die newtonsche Gravitationstheorie in Extrembereichen durch andere Theorien abzulösen. In den letzten hundert Jahren wurde das bereits dreimal notwendig: bei hohen Geschwindigkeiten (durch die Theorie der speziellen Relativität), in der Nähe großer Massen (durch die allgemeine Relativitätstheorie) und bei sehr kleinen Raumabständen (durch die Quantenmechanik). Die aktuelle Studie unterstützt die These, dass in den Bereichen von Galaxien, in denen extrem schwache Beschleunigungen herrschen, eine “modifizierte Newtonsche Dynamik” (MOND) gilt. Diese Feststellung hat tiefgreifende Implikationen für die fundamentale Physik im Allgemeinen. “Die Resultate der Studie decken sich komplett mit dem, was man nach einer solchen Modifikation der Newtonschen Theorie erwarten würde”, urteilt der bekannte Astrophysiker Bob Sanders von der Universität Groningen. “Gleichzeitig widersprechen sie diametral den Vorhersagen der Dunkle-Materie-Hypothese. Nur selten sind Beobachtungsdaten so definitiv.”

Ein Gedanke zu „Die Standardtheorie der Kosmologie gerät ins Wanken“

  1. Auf meiner Internetseite http://www.cwirko.de habe ich meine Theorie der gravitativen Wirkung vorgestellt.
    Ich behaupte und ich habe gute Gründe dazu, dass die Gravitation und sowieso unsere Universum vollkommen anders funktioniert als die Wissenschaft sich so vorstellt.
    Um das zu erklären muss ich eueren Geduld ein bisschen strapazieren. Leider geht es nicht in 2 Setzen.
    Die Grundlage meiner Überlegung basiert auf der Erklärung der Pioneer Anomalie. Dieses Phänomen ist bekannt, also spare ich mir die Beschreibung.
    Gemäß meiner Theorie entsteht die gravitative Wirkung nicht als Folge einer Kraft und auch nicht durch die Krümmung des Raumes sondern durch Interferenz von Raumoszillationen.
    Weiteres ist auf meiner Internetseite http://www.cwirko.de zu erfahren.
    Die Quelle der Raumoszillationen ist der Gravitative Hintergrund, eine den ganzen Universum umfassende stehende Gravitationswelle.
    Der mathematische Beweis ist nicht kompliziert und basiert auf den Arbeiten von Nobelpreisträger Pound und Rebka. Die haben in Rahmen eines Experiments festgestellt das die Photonen einer Gammastrahlungsquelle auf einem Vertikalen Weg von 22,57 m eine Frequenzänderung (einen Blueshift) erfährt.

    Δf / f = 2,5 x 10^-15
    Δf – Frequenzänderung zwischen Quelle und Detektor
    f – Anfangsfrequenz
    ^ – Zeichen für Potenz
    x – Zeichen für Multiplikation
    Die Verschiebung ist also äußerst gering aber noch messbar. Diese experimentell festgestellte Frequenzverschiebung wurde auf der Grundlage eines mathematischen Beweises überprüft. Ein Photon wird seine Quantenenergie verlieren, wenn es dem Gravitationsfeld zu entkommen versucht, oder gewinnen, wenn es sich in Richtung Gravitationszentrum bewegt. Entsprechend steigt oder fällt seine potenzielle Energie. Anders gesagt, sein Spektrum wird entweder Rot oder Blau verschoben.
    Gemäß der bekannten einsteinschen Energie-Masse-Beziehung kann man dem Photon eine Masse zuordnen.

    E = mph x c^2
    E – Energie
    mph – Photonenmasse
    c – Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
    Max Planck stellte fest, dass die Energie der Strahlung durch folgende Gleichung beschrieben werden kann

    E = h x f
    h – Das Planck’sche Wirkungsquantum
    f – Frequenz der Photonen
    Wir könnten jetzt die Beiden Gleichungen miteinander Vergleichen.
    → h x f = mph x c^2
    und dann die Aqivalenz der Masse des Photons errechnen.
    → mph = h x f / c^2
    / – Zeichen für Division
    Aufgrund der Bewegung Richtung Gravitationszentrum wächst die Energie des Photons
    ΔE = h x Δf
    Und verringert sich seine potenzielle Energie
    ΔE = mph x g x H
    g- Erdbeschleunigung
    H – Höhenunterschied
    Nach einem Vergleich
    h x Δf = mph x g x H
    und dem Austausch des Parameters der Photonenmasse durch die Gleichung
    mph = h x f / c^2 bekommen wir
    h x Δf = h x f / c^2 x g x H
    Wen wir jetzt diese Gleichung nach Frequenzänderung lösen haben wir
    Δf / f = g x H / c^2
    Wir können die theoretische Frequenzänderung errechnen
    Δf / f = 9,81 x 22,57 m/s^2 x m / (3×10^8) ^2 (m/s)^2
    und bekommen ein Ergebnis von 2,5 x 10^-15 was der Beobachtung entspricht.
    Nehmen wir an, dass die Photonen auf ihrem Weg zu Erde einer ständigen Beschleunigung unterliegen. Diese Beschleunigung ergibt sich aus der nacheinander folgenden dreidimensionalen Kontraktion und Expansion des Raumes. Die Entfernung zwischen zwei Maxima oder Minima ist sehr gering wahrscheinlich viel kleiner als Durchmesser des Atomkerns, die Frequenz aber sehr Hoch. Machen wir ein Gedankenexperiment und Überlegen wir uns wie wird sich ein Materieteilchen (aus der weiteren Beschreibung wird sich ergeben, dass die Photonen Teilchen sind) in so einem Raum verhalten.
    Sie werden natürlich auch oszillieren müssen. Weil die Photonen viel kleiner sind als die Amplitude der Oszillationen ergibt sich ein Bewegungsablauf der in dem folgendem Link dargestellt ist.

    http://upload.wikimedia.org/…Rising_circular.gif
    Viel interessanter ist aber wie diese Bewegung zustande kommt. Betrachten wir zuerst die eindimensionale Bewegung).
    Das Photon wird als ein Teilchen ausgestoßen. Es hat eine bestimmte Richtung und Geschwindigkeit. In dem Augenblick der Emission wird es der Wirkung der Kontraktion oder Expansion des Raumes ausgesetzt.
    Es wird von der Änderung des Raumes mitgerissen und beschleunigt
    In dem nächsten Schritt wechselt die Oszillation in andere Richtung jetzt wirkt auf das Teilchen eine Beschleunigung in einem entgegengesetzten Richtung.
    Das Teilchen wird abgebremst und erreicht seine Emissionsgeschwindigkeit genau in der älfte des Bereiches der es zuerst überqueren konnte. Die Zyklen wiederholen sich so lange bis der Teilchen absorbiert wird.
    Das Teilchen wird also auf Passiverweise durch den Raum bewegt. Die Geschwindigkeit der Bewegung entspricht also der Hälfte der Geschwindigkeit mit der der Raum oszilliert. Wir könten jetzt zwei weitere Dimensionen berücksichtigen und werden feststellen das die nacheinander folgende Abläufe in jeder Dimension insgesamt zu einer Spiralförmigen Bewegung des Teilchens führen (wie in dem Link dargestellt). Die Bewegungskomponente (Lichtgeschwindigkeit) entsteht durch Raumoszillationen, die Emissionsgeschwindigkeit wird in die Rotationskomponente umgesetzt. Ein Beobachter wird also Feststellen, dass das Teilchen während der Bewegung ein Wellencharakter bei Emission und Absorption aber überraschenderweise korpuskulare Eigenschaften zeigt. Gemäß meiner Theorie besteht kein Widerspruch zwischen den beiden Beobachtungen umgekehrt wir verstehen sofort solche Experimente wie Doppeltspaltversuch oder Photoelektrischen Effekt. .
    Das Besondere liegt aber daran, dass wir endlich Abschied nehmen können von solchen Vorstellungen wie die heisenbergsche Unschärferelation und mit ihr auch von den Modellen der ART und Quantenmechanik. Unsere Unfähigkeit zu vorhersage von Ort und Impuls berührt auf die Unkenntlichkeit der Anfangsbedingungen und der Unfähigkeit Gravitativen Hintergrund als beherrschendes Element der Bewegung zu erkennen.
    Universum ist deterministisch das ist die Botschaft die meine Theorie verkündet.
    Kommen wir aber zurück zu unserem Gedankenexperiment.
    Ein Photon der sich frei in dem Vakuum befindet muss sich mit der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Seine Emissionsgeschwindigkeit verteilt sich anteilig auf die drei Richtungskomponenten der Raumoszillationen. Das Photon vollzieht daraufhin eine oszillierende spiralförmige Bewegung. Im Grunde genommen handelt sich hier um eine Kreisbewegung um eigenes Barizentrum herum mit dem kleinen Unterschied, dass das Photon und die Barizentrum sich noch dazu bewegen. Auf das Photon wirkt also beständig eine Beschleunigung die ihm auch eine imaginäre Masse verleiht. In Bewegungsrichtung des Photons bleibt die Barizentrum immer hinten und übt auf das Photon eine Beschleunigung die sich auf seine Emissionsbewegungskomponente auswirkt. Diese abbremsende Komponente wird von uns wahrgenommen als so genannte Rotverschiebung der Strahlung.
    Ich habe vorgeschlagen dieser Komponente als Gravitative Hintergrund zu nennen.
    Wenn wir in unserem Gleichung Δf / f = g x H / c^2 Erdbeschleunigung (g) durch den GH (Δa) ersetzen und H durch ein Weg der das Photon bewältigen musste dann nimmt diese Gleichung folgende Form an
    Δf / f = Δa x D / c2
    Δa – Beschleunigungskomponente des GH
    D – Entfernung der Strahlungsquelle
    Diese Formulierung iΔf / f ist uns aber bestens Bekannt als die so genannte Rotverschiebung der Strahlung. Wir wiesen auch, dass die Rotverschiebung des Lichts empirisch von Edwin Hubble nachgewiesen wurde. Im lokalen Universum ist die Hubble-Konstante eine Proportionalitätskonstante, die eine lineare Beziehung zwischen den Entfernungen D von Galaxien und den aus ihren Spektren gemessenen Rotverschiebungen z darstellt.
    Δf / f = z → c x z = Ho x D → z = Ho x D / c
    z – Rotverschiebung
    Ho – Hubble-Konstante
    Es wurde die These gestellt, dass die Rotverschiebung z auf den GH zurückzuführen ist.
    Wir könnten die beiden Gleichungen vergleichen und stellen einen überraschenden Zusammenhang:
    Δa x D / c2 = Ho x D / c
    Δa x D x c = c2 x Ho x D
    Δa = Ho x c
    Und das ist das Wert der Beschleunigung die man bei der Pioneer-Sonden gemessen hat.
    Die empirische Messung hat ein Wert ergeben, das ungefähr dem Produkt der Hubble-Konstante und der Lichtgeschwindigkeit entspricht.
    Die hier erbrachte theoretische Erklärung des Effekts verwendet physikalischen Begriffe der herrschenden Doktrin trotzdem zeigt sie eindeutig, dass die Rotverschiebung der Strahlung nicht auf die Expansion des Universums zurück zu führen ist sonder durch den Gravitativen Hintergrund verursacht wurde.

    Somit handelt sich bei der heutigen Physik um ein Märchen weil man den falschen Vorstellungen über die Natur hat, weil man nicht in der Lage ist durch die Messungen zwischen Realität und eigener Einbildung zu unterscheiden und zum Letzt nicht in der Lage ist auf der Basis der Mathematik die physikalischen Prozesse zu beschreiben.

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