Wissenschaft und Kritik
- Astronomie -

© 1998 - 2009 Wolfgang Neundorf
Stand:12.04.2009

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Auf dieser Seite sind erst zwei Beiträge zu finden. Aber die Themen “Urknall” und “Dunkle Materie” verdienen es, ausführlicher behandelt zu werden. Irgendwann werde ich mich dieser Themen nochmals annehmen und dabei versuchen, die Problematik etwas eingehender zu behandeln.

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Karl Popper

Selbst in der Physik und in der Biologie gibt es leider viele Ideologien. Die Physik und die Biologie sind zwei Fächer, die mich brennend interessieren. Überall, auch in diesen Fachbereichen, gibt es einen Dogmatismus, gegen den es schwierig ist, sich durchzusetzen. Ein Beispiel für eine physilakische Ideologie ist der Big Bang, der Urknall. Fast jeder, vor allem fast jeder Physiker, glaubt daran, und es spricht doch sehr viel gegen diese Hypothese. Das, was einmal dafür gesprochen hat, ist längst verschwunden. In den frühen zwanziger Jahren sprach dafür, daß die Theorie erstens ungeheuer einfach war und das sie zweitens alles erklären konnte, was man damals gewußt hat, und gerne erklären wollte - die Hypothese von dem sich ausdehnenden Universum. Heute ist das nicht mehr der Fall. Die Theorie vom Urknall kann nichts oder fast nichts mehr erklären, und auch das nur mit den kompliziertesten Hilfshypothesen. Es ist ja eine komplizierte Ideologie geworden.  Karl Popper, 1990

 

Karl Popper
1902 - 1994

Inhalt

  1. Urknall
  2. Weiße Zwerge

 

Wissenschaft und Kritik - Astronomie

 

Urknall

05.09.2000
Über die Entstehung der Welt gibt es eine ganze Reihe von Geschichten. Was soll man davon halten, wenn sich seit Jahrzehnten auch die Wissenschaft dieses Themas annimmt? 

Am Anfang schuf Gott Himmel und Erde. Und die Erde war wüst und leer, und es war finster auf der Tiefe; und der Geist Gottes schwebte auf dem Wasser. Und Gott sprach: Es werde Licht! Und es ward Licht. Und Gott sah, dass das Licht gut war. Da schied Gott das Licht von der Finsternis und nannte das Licht Tag und die Finsternis Nacht. Da ward aus Abend und Morgen der erste Tag. Und Gott sprach: Es werde eine Feste zwischen den Wassern, die da scheide zwischen den Wassern. Da machte Gott die Feste und schied das Wasser unter der Feste von dem Wasser über der Feste. Und es geschah so. Und Gott nannte die Feste Himmel. Da ward aus Abend und Morgen der zweite Tag. [Erstes Buch Mose, Kap. 1, Vers 1-8]

Als naiver Beobachter und absoluter Laie auf diesem Gebiet drängt sich natürlich die Frage auf, wo denn Gott sich aufhielt, bevor er Himmel und Erde schuf. Natürlich möchte ich den gläubigen Menschen nicht zu nahe treten, aber ich gehe davon aus, dass man die zitierten Sätze aus dem Alten Testament nicht gar zu wörtlich nehmen sollte. Und Fragen der von mir genannten Art sind ohnehin sinnlos, da sie göttliches Sein und göttliches Handeln mit menschlichen Maßstäben messen. Das dürfte unzulässig sein.

Nehmen wir den "Big Bang", als die mehr wissenschaftliche Form einer Schöpfungsgeschichte. Einige Indizien legten die Vermutung nahe, dass sämtliche Materie - nach neuesten Berechnungen vor 13 Milliarden Jahren etwa - auf ziemlich engem Raum konzentriert gewesen sein musste. Und mit dem "ganz großen Knall" wurde eine Entwicklung in Gang gesetzt, deren Ergebnis wir heutzutage bewundern können - uns eingeschlossen.

Fragt man aber - als naiver Beobachter und Laie - danach, was vor dem Urknall gewesen ist, so erhält man als Antwort, dass eine solche Frage völlig sinnlos sei und somit auch nicht beantwortet werden könne.

Wie auch immer, jedenfalls ist man der Meinung, dass es zulässig ist, aus den uns bekannten Informationen über den jetzigen Zustand des Universums Rückschlüsse zu ziehen auf den Zustand von vor 13 bis15 Milliarden Jahren.

Eine solche Vorgehensweise setzt folgendes voraus:

  1. Es existieren "hinreichend genaue" theoretische Modelle, für die Welt als Ganzes. Mögliche unbedeutende Korrekturen an diesen Modellen beeinflussen die daraus zu gewinnenden Aussagen nur graduell, nicht grundsätzlich. Auch die relevanten physikalischen Gesetzmäßigkeiten lassen keine grundlegenden Fragen unbeantwortet.
  2. Alle maßgeblichen (alle!) Systemparameter (des Universums wohlgemerkt) sind mit "hinreichender Genauigkeit" bekannt und eindeutig auf Basis bekannter - und erwiesener! - Naturgesetze interpretierbar. Mögliche unbedeutende Korrekturen an diesen Werten beeinflussen die unter 1. genannten Dinge nicht prinzipiell.
  3. Das Universum verhält sich in seiner Gesamtheit streng deterministisch. Chaotische Prozesse (im Detail) sind für die generelle Entwicklung (im Ganzen) unbedeutend.

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Ich kann mir nicht helfen, aber einige Zweifel sollten durchaus erlaubt sein.

 

 

 


Weiße Zwerge

01.04.2001
Das Problem der dunklen Materie beschäftigt seit über sieben Jahrzehnte die Astronomen und Physiker. Nach neueren Erkenntnissen spielen weiße Zwerge eine wichtige Rolle.

Unter der der Überschrift Rätsel der Astronomie steht vor der Aufklärung finden wir bei rp-online eine auf den 28.03.2001 datierte Meldung. Hier ein Auszug:

Berkeley (pte). Ein britisch-amerikanisches Forscherteam ist der Lösung eines Jahrzehnte alten astronomischen Rätsels einen Schritt näher gekommen. Wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift "Science" berichten, fanden sie in einem dunklen, vermeintlich leeren Abschnitt des südlichen Himmels 38 bisher unerkannte ausgekühlte Sternleichen, so genannte Weiße Zwerge. Damit befindet sich rund um unsere Galaxie, der Milchstraße, deutlich mehr der mysteriösen Dunklen Materie als bisher nachgewiesen werden konnte.

Eine etwas ausführlichere Darstellung können wir bei astronews.com nachlesen. Auch hier eine Textpassage:

Das Dunkelmaterieproblem beschäftigt die Astronomen schon seit 1933, als der Fritz Zwicky feststellte, dass die in einem Galaxienhaufen enthaltene Masse nicht ausreicht, um die Bewegung des Haufens zu erklären. Ähnliches gilt auch für einzelne Galaxien wie unsere Milchstraße. Astronomen nehmen heute an, dass rund 95 Prozent der Materie nicht sichtbar ist, es sich dabei also um Dunkelmaterie handelt. Nun stellt sich die Frage, um was es sich bei dieser Dunkelmaterie handeln könnte. Im Prinzip unterscheiden die Astronomen da zwei Hauptgruppen: Eine Gruppe aus exotischen Teilchen, die aus dem Zoo der Teilchenphysiker stammen und WIMPs (für weakly interacting massive particles, schwach wechselwirkende massive Teilchen) genannt werden. Die andere Gruppe, die für bis zu 35 Prozent der dunklen Materie verantwortlich sein könnte, besteht aus sogenannter baryonischer Dunkelmaterie, also aus normaler Materie aus der Sterne gemacht sind. Es sind also keine exotischen Teilchen, sondern lediglich Sterne oder ähnliche Objekte, die zu leuchtschwach sind, um sie zu beobachten.

Gemessen an den gewaltigen technischen Fortschritten in der beobachtenden Astronomie scheinen die Ergebnisse bezüglich der Aufklärung der dunklen Materie recht mager zu sein. Auch die Physik konnte bislang nur bescheidene Hilfestellung geben, obwohl auch hier weder Kosten noch Mühen gescheut wurden (vgl. Wer soll das bezahlen...).

Edwin Powell Hubble

Edwin Powell Hubble
1889 - 1953

Doch der Reihe nach. Zu den kosmischen Objekten gehörten unter anderem auch die so genannten Nebel. Erst der amerikanische Astronom Edwin Powell Hubble (1889-1953) konnte1924 wirklich nachweisen, dass es sich bei vielen dieser "Nebel" um extragalaktische Objekte handelte, die, ähnlich wie unser Milchstraßensystem, ebenfalls aus Milliarden von Sternen bestehen. (Bild rechts die Andromeda -Galaxie M31) Andromeda Galaxie M31Somit wurden diese Galaxien zum wichtigen Bestandteil der astronomischen Forschung.Wie auch immer, man stellte schon vor Jahrzehnten fest, dass das Bewegungsverhalten der Sternsysteme mit den tatsächlich direkt beobachtbaren Massen nicht vereinbar war. Insbesondere das Rotationsverhalten der Spiralgalaxien - unser System inklusive - gibt Rätsel auf. Normalerweise müsste man erwarten, dass mit zunehmendem Abstand der Sterne vom Zentrum der Galaxie deren Rotationsgeschwindigkeit - vergleichbar mit den Planetenbewegungen (Keplersche Gesetze) - abnehmen müsste. Dies ist im Rahmen der bestehenden Theorien nur zu erklären, wenn es neben den direkt beobachtbaren Massen noch weitere Materie geben muss, die wesentlich die Dynamik der Galaxien determiniert.

Jetzt tauchen drei Probleme auf. Hier die beiden ersten:

  1. Die mysteriöse Dunkelmaterie macht 90 bis 95% der Gesamtmasse der Systeme aus.
  2. Diese Materie müsste unabhängig von den Phänomenen nachgewiesen werden können, zu deren Zweck sie eingeführt wurde.

Wie oben angemerkt, war man in den letzten 70 Jahren nicht besonders erfolgreich im Hinblick auf die zweite Schwierigkeit. Dies soll sich ja mit der Entdeckung der "Weißen Zwerge" grundlegend ändern. Letztere allerdings sind noch keine wirklichen Sternleichen, sondern erst die Vorstufen dazu. Aufgrund ihrer geringen Leuchtkraft sind sie zwar schwerer zu beobachten, aber immerhin - noch - nicht wirklich dunkel und damit grundsätzlich beobachtbar. Und sie haben den Vorteil, aus normaler Materie aufgebaut zu sein.

Stellen wir folgende Schätzung an: Setzen wir die normalen Sterne mit einem Masseanteil von 10 und den der Weißen Zwerge mit (optimistisch geschätzt) 30 Prozent an, so verbleibt immerhin noch ein Rest von 60 Prozent, der in keinem elektromagnetischen Spektralbereich direkt beobachtbar ist.
Nehmen wir einmal an, dies entspräche der Realität, so müssten wir eine weitere - und dies ist die ausschlaggebende! - Ungereimtheit akzeptieren: Die Dunkelmaterie muss eine zur Sternmaterie komplementäre Dichteverteilung aufweisen. Oder: Das Verhältnis von Masse zu Leuchtkraft bleibt nicht konstant (wie zu erwarten wäre), sondern wird zum Rand hin immer größer. Bezogen auf die Sternleichen würde somit der Schluss nahegelegt werden, dass "sterbende Sterne" (Weiße Zwerge) die galaktischen Randgebiete (man spricht hier von einem dunklen Halo) bevorzugten. (Eine Erklärung dafür wäre sehr interessant.)
Fassen wir zusammen:

  1. Der Anteil der sichtbaren Sternmaterie beträgt lediglich 5 bis 10% der Gesamtmasse.
  2. Der Masseanteil der Weißen Zwerge - auch noch Sternmaterie im traditionellen Sinn - beträgt maximal 35% der Galaxien-Masse.
  3. Der Anteil WIMPs füllt den Rest zu 100% auf.
  4. Die Masse (der Weißen Zwerge plus WIMP) nimmt mit dem Abstand vom Galaxien-Zentrum zu.
  5. Der größte Teil der Galaxienmasse verbirgt sich im dunklen Halo.

Und noch etwas: Die "Kopflastigkeit" der Galaxien steht im krassen Widerspruch zu sonstigen Erfahrungen mit anderen stabilen Systemen (vgl. Chaos , in diesem Artikel habe ich noch nicht erwähnt, dass der Hauptteil der Massen der Galaxien sich im Halo befindet.). Alle stabilen Systeme (z .B. Atom, Sonnensystem, Ringsystem Saturns) zeichnen sich dadurch aus, dass eine große Zentralmasse (Atomkern, Sonne, Saturn) u.a. bestimmend ist für deren Stabilität (notwendiges Stabilitätskriterium). Betrachtet man das optische Abbild einer Galaxie, so käme man intuitiv zu der Schlussfolgerung, dass wir es hier mit einem ähnlichen Fall zu tun haben. Die Interpretation der Beobachtungsdaten hingegen, die Dynamik der Galaxien betreffend, stellt diesen ersten Eindruck allerdings auf den Kopf.

Rätsel der Astronomie steht vor der Aufklärung, dürfte also eine sehr optimistische Einschätzung sein, die mit Sicherheit den realen Zusammenhängen nicht gerecht wird.
Meine provokante Frage: Welche tatsächlichen grundlegenden Fortschritte konnten in den letzten 50 bis 70 Jahren gemacht werden? Die Dunkelmaterie war - wirklich nur andeutungsweise - Gegenstand dieses Beitrages. Aspekte der Hirnforschung und Neurophysiologie sind in
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den Beiträgen Die unterschätzten Vögel und Frühjahrstagung 2001 der DPG angeschnitten worden. Ein Thema der Teilchenphysik wurde im Artikel Das Standardmodell abgehandelt. Nimmt man außerdem die Probleme ernst, die mit der Handhabung des Massebegriffes (vgl. Die Masse) einhergehen - und die Dunkelmaterie stützt sich auf diese physikalische Größe -, so nimmt die Anzahl der Fragen eher zu, denn ab.

 

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