KANN DUNKLE MATERIE MIT GRAVITATIONSWELLEN AUFGESPÜRT WERDEN?

(Bild: Max-Planck-Institut für Kernphysik)

Ein Artikel des Standard hat offenbar soviel Interesse geweckt, dass mich ein sehr beschäftigter Herr unter meinen Lesern darauf aufmerksam machte – Grund, sich das näher anzusehen!

Im Artikel wird die These vertreten, ein exotischer Materiezustand einer leichten, noch unbekannten Teilchensorte, die sich zum Beispiel in einer Galaxie tummelt, könnte dazu führen, dass durchgehende Gravitationswellen verlangsamt werden. Durch diese Zeitverzögerung könne man möglicherweise Dunkle Materie mit zukünftigen Gravitationswellen-Teleskopen nachweisen. Klingt nach einer spannenden Perspektive.

Denkt man allerdings an die Beobachtungspraxis, stellt sich sofort die Frage, wie denn die Laufzeitverzögerung den gemessen werden soll – man hat ja keine unabhängige Information über die Entferung der Quelle! Eine zu Gravitationslinsen analoge Messung, bei der entfernte Galaxien Hintergrundlicht fokussieren, scheitert schon daran, dass bisher registrierbare Gravitationswellen von singulären Ereignissen stammen, ganz abgesehen von der nicht existenten Winkelauflösung der derzeitigen Detektoren… es steckt als schon eine Menge Optimismus in dieser “Nachricht”, subtil erkennbar an dem Eingeständnis, die Wissenschaftler seien überzeugt, mit dieser Methode nach Dunkler Materie “fahnden” zu können. Wir wollen sie – 85 Jahre nach ihrer postulierten Existenz – endlich zu fassen bekommen!

Viel schlimmer, und bezeichnend für den heutigen Wissenschaftsbetrieb, sind jedoch die unbegründeten Annahmen und methodischen Zirkelschlüsse, welche die sensationsheischende Meldung transportiert. Bei genauerem Hinsehen sagt sie nämlich nichts quantitatives vorher, sondern lediglich einen von vielen beliebig konstruierbaren Mechanismen, mit denen man Beobachtungen als Dunkle Materie interpretieren kann. Es war nur eine Frage der Zeit, bis auch die Gravitationswellen zu dieser theoretischen Trittbrettfahrt genutzt würden. Wie so oft in der Physik werden hypothetische Effekte postuliert, mit denen man Widersprüche zu den bekannten Gesetzen entschuldigen kann, anstatt diese Gesetze grundlegend zu reflektieren. Wer zum Beispiel Thomas Kunhn’s Buch Die Struktur wissenschaftlicher Revolutionen” gelesen hat, weiß auf welche schiefe Bahn der Komplizierung die Physik auf diese Weise immer wieder gerät. 

An diesem Beispiel zeigt sich leider wieder einmal, dass in Ihrem Fach hochqualifizierte Experten sich zwar im Labyrinth ihres Spezialgebietes zurechtfinden, aber in der freien Wildbahn fundamentaler Physik, wo es auf methodisch-historische Kenntnisse und gesunden Menschenverstand ankäme, eher unbeholfen agieren.

Eine weiterhin nachdenkliche :-) Adventszeit mit entspechender Erleuchtung ohne Dunkle Substanzen wünscht Ihnen allen

Alexander Unzicker

ACHTUNG, SÄBELZAHNTIGER! WIE DIE STEINZEIT DIE WISSENSCHAFT IM GRIFF HAT

Wer sich der Gruppe nicht unterordnet, der wird ausgestoßen, aus der gemeinsamen Höhle geworfen – und vom Säbelzahntiger gefressen!

Ja, diese einfache Formel galt wohl mal vor ein paar tausend Jahren fürs eigene Überleben. Wer alleine dastand, setzte sich damit einer existenziellen Gefahr aus. Gut, dass die Steinzeit vorbei ist!

Hm … ist sie das wirklich? Wenn ich mir die heutige Wissenschaft so anschaue, erkenne ich da durchaus noch ein paar neolithische Züge …

Mächtige Gruppen in der Wissenschaft

Auch in der Wissenschaft – in der Kosmologie, Physik, Astronomie und vielen anderen Gebieten – finden Sie Gruppen, in denen sich die einzelnen Neandertaler zusammenschließen. Sie nennen sich Fachgebiete oder „Experten“ eines Paradigmas.

Nehmen Sie beispielsweise die Kosmologie: Das derzeitige anerkannte „concordance model“  herrscht dort über die Datenauswertung. Die Analyse der modernen Großexperimente ist viel zu komplex, als dass sie aus einem alternativen Blickwinkel in kurzer Zeit wiederholt werden könnte. Man müsste eine Vielzahl von versierten Wissenschaftlern zur Verfügung haben, um hier eine Chancengleichheit bei der Datenauswertung herzustellen.

Die Mainstream-Kosmologie ist mächtig und bietet ihren Gegnern und Fressfeinden locker die Stirn. Schön – für ihre Anhänger zumindest.

Kein Platz für neue Ideen

Trotz einiger vielversprechender Ansätze krankt die Wissenschaft in vielen Bereichen an diesem Gruppendenken. Solange ganze Fachgebiete, die einem bestimmten Paradigma der Interpretation folgen, alleinigen Zugriff auf die Daten haben – nebst den Ressourcen, diese auszuwerten –, ist es völlig illusorisch, dass eine radikale neue Idee auch nur die Chance hat, geprüft zu werden.

Wer mit neuen Ideen um die Ecke kommt, passt nämlich nicht in die Gruppe und wird direkt den Säbelzahntigern zum Fraß vorgeworfen. Das steinzeitliche Gruppendenken in der Wissenschaft verwehrt es dem Einzelnen geradezu, die gemeinsame Arbeitsgrundlage auch nur im Geringsten infrage zu stellen.

Damit ist kein explizites Verbot gemeint, sondern ein psychologisches, oft sogar unbewusstes Phänomen. Kaum jemand wird in einem Saal mit fünfhundert Wissenschaftlern einem Vortrag lauschen und gleichzeitig zweifeln, ob das Thema des Vortrags überhaupt einen Sinn ergibt. Die Vorstellung, nicht mehr dabei sein zu dürfen, beeinflusst die Urteilskraft. Der Säbelzahntiger wartet schon um die Ecke auf von der Gruppe verstoßene Individuen …

Der Traum vom selbstständigen Denken

Doch wie soll die Wissenschaft funktionieren, wenn niemand mehr wagt zu denken, was die Masse als undenkbar erachtet?

Würden sich mehr Einzelpersonen aufrichtig ihrer Wissenschaft verschreiben und eigenständig denken – ich glaube, das hätte uns so manche moderne Absonderlichkeit wie die Stringtheorie oder immer noch größere Teilchenbeschleuniger erspart.

Ich bin gespannt, wann die Wissenschaft nicht nur körperlich den aufrechten Gang perfektioniert, sondern auch geistig so weit ist, dass Einzelne keine Tiger mehr fürchten müssen, wenn sie eine Idee abseits des Gruppendenkens äußern.

Vielleicht sollte ich diese Traumwelt an meine Höhlenwand malen …

IDEE ODER SPINNEREI: DIE DUNKLE MATERIE

Die Erde ist hohl.

Wie, wussten Sie nicht? Dann hätten Sie mal besser auf den englischen Astronom Edmond Halley gehört. Jaaa, der hat das nämlich schon 1692 vermutet. Er ging von der allgemeinen Ansicht aus, dass alle Materie der Planeten und Monde die gleiche Dichte hätte. Im Vergleich zum Mond, so folgerte Halley, müsste ein Teil der Erde also hohl sein.

Klingt doch perfekt logisch, oder?

Querdenken erlaubt

Na gut, na gut, ich werde jetzt mal nicht weiter auf Halley rumhacken. Es ist ja auch ganz normal, dass in der Forschung ab und zu ein falscher Weg eingeschlagen wird. Und das ist absolut in Ordnung. Ohne ein bisschen Querdenkerei hätte die Wissenschaft viele tolle Ideen wohl nie entwickelt oder weiterverfolgt.

Aber da liegt auch die Krux der Sache: Die Fähigkeit, Ideen auszusortieren, die eben in die falsche Richtung geführt hätten, scheint der Physik und der Astronomie in den letzten Jahren verloren gegangen zu sein.

Nehmen Sie ein Beispiel, das selbst die populären Medien seit einer Weile mit Vorliebe ausbreiten: die Dunkle Materie.

Die dunkle Geschichte der Dunklen Materie

Erdacht hat sie der niederländische Astronom Jan Hendrik Oort im Jahr 1932. Er hatte die Bewegungen der Milchstraße beobachtet und gesehen, dass die Sterne in den Randbezirken der Galaxien viel schneller liefen als erwartet. Auf der Suche nach einer Erklärung kam ihm folgende tolle Idee: Es musste noch mehr Materie in den Galaxien geben – eine Materie, die zwar nicht sichtbar war, allerdings eine Gravitationswechselwirkung aufwies. Und von diesem Moment an zieht sich die Theorie von der Existenz Dunkler Materie durch die Geschichte.

Dabei können Forscher selbst bis heute nur einen Bruchteil davon sehen und was sie genau ist, weiß auch immer noch niemand so recht.

Doch die Idee hält und hält sich – höchst hartnäckig und höchst naiv, wie ich finde. Denn sie geht davon aus, dass das Gravitationsgesetz im Galaxienmaßstab gilt, obwohl diese millionenfach größer sind als das Sonnensystem.

Mörder entlarvt

Was ich aber doch am lustigsten finde an der ganzen Sache – oder am traurigsten, je nachdem wie Sie es sehen wollen –, ist die Hingabe, mit der die Theorie von der Dunklen Materie immer noch weitergesponnen wird – obwohl es zahlreiche Anomalien gibt, die darauf hindeuten, dass etwas nicht stimmt.

Haben Sie zum Beispiel schon mitbekommen, dass die Dunkle Materie auch ein Mörder ist? Sie war es, die vor 66 Millionen Jahren die Dinosaurier getötet hat! Sorry, Dino.

Also, ich weiß nicht, wie es Ihnen geht, aber ich bin jetzt so traurig, dass ich gleich noch ein bisschen um die Physik weinen gehe. Hoffen wir, dass nicht die Dunkle Materie unter meinem Bett lauert …

WARUM DIE PHYSIK GEGEN DIE MYTHOLOGIE EINEN SCHWEREN STAND HAT

Die echten revolutionären physikalischen Ideen der letzten hundert Jahre gerieten samt und sonders in Vergessenheit oder wurden gar nicht erst bekannt. So auch die Robert Dickes, der den Schlüssel zur Revolution der Kosmologie aufnahm, den Albert Einstein fünfzig Jahre vorher verloren hatte.

Welcher Schlüssel?

„Aber Einstein hat doch die Kosmologie revolutioniert!“ mögen Sie jetzt empört ausrufen. Stimmt, aber er hätte sie doppelt revolutionieren können.
Natürlich war das Prinzip der Relativität ein Paradigmenwechsel, der die komplette Physik der großen Entfernungen revolutionierte. Aber die heute bekannte Version der allgemeinen Relativitätstheorie beruht auf der klassischen Gravitation mit der Gravitationskonstante G, wie sie Sir Isaac Newton postuliert hatte.
Was nur wenige wissen ist, dass Einstein lange versuchte, das sogenannte Machsche Prinzip in seine Theorie einzubauen. Demnach wäre die Stärke der Gravitation durch alle anderen Massen im Universum bestimmt und die Gravitationskonstante berechenbar – nur gelang ihm das leider aufgrund ungünstiger Umstände nicht. Deshalb entschied er sich für eine Variante seiner Relativitätstheorie mit konstanter Lichtgeschwindigkeit und gekrümmter Raumzeit. Schade! Denn damit verlor er den Schlüssel zu einer noch umfassenderen Revolution unseres Weltbildes.

Der Geniestreich

Fünfzig Jahre später arbeitete Robert Dicke an einer derartigen verbesserten Version der Relativitätstheorie, ganz im Sinne des Machschen Prinzips. Sein Ansatz war ebenfalls, die Gravitationskonstante zu eliminieren. Er schaffte das scheinbar Unmögliche und konnte dabei einen Fehler ausmerzen – nämlich den, den Einstein in der Formel zur Berechnung der Ablenkung des Lichts durch große Massen gemacht hatte.
Dicke hatte damit gezeigt, dass es rechnerisch keinen Unterschied zwischen den Versionen mit konstanter und variabler Lichtgeschwindigkeit gibt. In Einsteins Version breitet sich das Licht mit konstanter Geschwindigkeit aus, muss aber in der durch die Gravitation von Massen gekrümmten Raumzeit längere Wege zurücklegen. In Dickes Version hat die Gravitation keinen Einfluss auf die Raumzeit, beeinflusst jedoch die Lichtgeschwindigkeit. Das Ergebnis ist so oder so das gleiche und es können dieselben Beobachtungen mit beiden Versionen beschrieben werden.

Warum die Revolution ausblieb

Die Tragweite von Dickes Arbeit blieb jedoch weitgehend unerkannt. Er wusste gar nicht, dass Einstein ein halbes Jahrhundert zuvor eine fast identische Formel mit variabler Lichtgeschwindigkeit formuliert hatte – eben nur mit einer kleinen, aber fatalen Abweichung. Dadurch berief er sich nicht auf diese Arbeit Einsteins und der Zusammenhang blieb bei anderen Physikern ohne große Resonanz.
Schwerer noch wiegt vielleicht die Tatsache, dass seine Arbeit schlicht ignoriert und unter den Teppich gekehrt wurde, weil sie sich nicht mit der herkömmlichen Vorstellung des Urknalls verträgt. Der Urknall ist heute aber schon eine Art von Schöpfungsmythos geworden und als solcher scheint er fast unantastbar zu sein. Als physikalische Theorie taugt der Urknall nämlich eigentlich nur sehr bedingt, weil eine Extrapolation zu so frühen Zeiten irgendwann unseriös wird. Trotzdem ist er Teil des modernen kosmologischen Standardmodells. Und ein Großteil der mit Kosmologie befassten Physiker hält trotz vieler Widersprüche daran fest, weil ihnen einfach nichts Besseres einfällt. Und weil sie Dickes Arbeit aus dem Jahr 1957 nicht kennen.
Man muss wohl einfach Geduld haben, bis sich dies allmählich herumspricht. Es lohnt sich aber meiner Meinung nach, nicht aufzugeben. Die Aussicht auf die nächste Revolution unseres Weltbildes ist einfach zu faszinierend, um sie fallen zu lassen.
Oder was meinen Sie?