Sonntag, 10. Mai 2009

Physiker stellen Newtons Gravitationsgesetz in Frage

Isaac Newton: Principia Mathematica | Copyright: Public Domain

Bonn/ Deutschland - Die Gesetze der Physik, so ein wissenschaftliches Paradigma, gelten nicht nur auf der Erde, sondern aller Wahrscheinlichkeit nach überall im Universum. Die Physik selbst kennt vier so genannte Grundkräfte. Eine davon, die Gravitation, beschreibt die gegenseitige Anziehung von Massen und wird - zumindest in ihrer von Newton 1687 formulierten Form - nun von deutschen Physikern der Universität Bonn in Frage gestellt. Ihre Ergebnisse könnten das Theorie-Gebäude der Standardphysik ins Wanken bringen.

Grundlage sind die andauernden Spekulationen über die so genannte Dunkle Materie, die ein Viertel der Masse im Universum ausmachen soll und mit deren Hilfe Astronomen eine Vielzahl von kosmischer Phänomene erklären, die ohne sie mysteriös und rätselhaft wären. Eindeutig nachgewiesen oder beobachtet, wurde sie indes bislang noch nie.

Ohne Dunkle Materie, müssten beispielsweise die Galaxien von der Fliehkraft ihrer eigenen Rotation auseinandergerissen werden. Die Theorie des Teams um Pavel Kroupa vom Argelander-Institut für Astronomie (AIfA) der Universität Bonn zusammen mit Kollegen aus Österreich und Australien klingt auf den ersten Blick einfach: Es gibt gar keine Dunkle Materie und selbst wenn es sie gäbe, würde das längst nicht alle Abweichungen oder Widersprüche zwischen den Messungen und den theoretischen Vorhersagen beseitigen. Statt dessen stimme die Newtonsche Gravitationstheorie nicht und bedürfe einer Modifikation.

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"Möglicherweise lag Newton aber falsch", so Kroupa . "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 gar nicht."

Zwei neue Studien dürften dieser gewagten und in Wissenschaftskreisen nahezu blasphemisch tönenden These 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, so genannte Satellitengalaxien in der Milchstraße. Hierbei handelt es sich um Zwerggalaxien mit teilweise nur einigen 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. Astronomen führen diese Diskrepanz oft darauf zurück, dass der Grossteil der Satellitengalaxien viel zu lichtschwach sei, um gesehen zu werden.

In ihrer aktuellen Studie dieser Situation sind die Wissenschaftler auf einige erstaunliche Phänomene gestoßen: "Zunächst einmal stimmt etwas nicht mit ihrer Verteilung“, erklärt Professor Kroupa: "Eigentlich sollten die Satellitengalaxien 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. Hinzu konnten die Forscher zeigen, dass die meisten von ihnen in derselben Richtung um die Milchstraße rotieren – ähnlich also wie die Planeten um die Sonne.

Dieser Umstand lässt sich nach Ansicht der Forscher um Kroupa 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“, zitiert die Pressemitteilung der Bonner Universität Manuel Metz, der inzwischen an das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt gewechselt ist.

Allerdings habe 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.

Es könnte jedoch auch sein, dass wesentliche Grundlagen der Physik bislang falsch verstanden wurden. "Eine Lösung gibt es nur, wenn wir uns von der klassischen Gravitationstheorie Newtons lösen", erläutert Pavel Kroupa seine fast schon ketzerisch klingende These. "Wahrscheinlich leben wir in einem nicht-newtonschen Universum. Wenn diese Annahme stimmt, lassen sich unsere Beobachtungen auch ohne dunkle Materie erklären." Erstaunlicherweise finde Kroupas Ansätze derzeit auch in einigen anderen Forschungsgruppen in Europa immer mehr Beachtung.

Die Pressemitteilung erläutert weiter: "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 hätte 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."

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Quellen: uni-bonn.de / grenzwissenschaft-aktuell.de
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