Gibt es eine Alternative zur Dunklen Materie?

Ich habe über dunkle Materie gelesen. Ich verstand, dass ihre Existenz aus der Diskrepanz zwischen der von einer Galaxie ausgeübten Schwerkraft (Gesamtmasse) und der Bewegung der Sterne, aus denen sie besteht, geschlossen wird.

Mit anderen Worten, die äußeren Sterne würden sich nicht so verhalten, wie sie es tun, wenn die Gesamtmasse des Systems nicht viel höher wäre, als man sehen kann.

Ich habe mich gefragt, ob es andere mögliche Erklärungen für dieses Phänomen als dunkle Materie gibt.

Was haben Sie sich bisher angesehen, um eine Antwort zu finden?
Von welcher Schule reden wir? Physik/Astronomie Graduiertenschule? Wenn nicht, können Sie ein anderes Thema auswählen. Dieser ist sehr hart und Vereinfachung ad absurdum ist nicht damit vereinbar, "einen guten Job zu machen" für diesen.
physical.stackexchange.com/questions/tagged/… ist kein schlechter Ausgangspunkt
Puh ... für einen Moment dachte ich Highschool-Physik ... Hast du einen GR-Kurs besucht? Fühlen Sie sich wohl dabei, die Unterschiede zwischen GR und Tensor-Vektor-Skalar-Schwerkraft zu diskutieren?
OK... such dir ein anderes Thema. Dieser ist nicht für die High School.
@rnrneverdies Vielleicht möchten Sie sich „Warped Worlds“ auf meiner Seite wetsavannaanimals.net/wordpress/small-things-amuse-great-minds ansehen. Dies ist für die Grundschule geschrieben, aber es könnte Ihnen den Einstieg erleichtern. Sie werden einen Eindruck davon bekommen, worum es bei der Allgemeinen Relativitätstheorie geht.

Antworten (2)

Der Beweis für dunkle Materie ist äußerst überzeugend, vorausgesetzt, dass Einsteins Relativitätstheorie angenommen wird. Aus der Dunklen Materie herauszukommen bedeutet, diese Annahme fallen zu lassen (oder dass wir einige Beobachtungen ERNSTHAFT verpfuscht haben). Einige Leute studieren alternative Gravitationstheorien. Die beiden alternativen Theorien (oder Klassen von Theorien? Schlüsselwörter?), von denen ich am meisten höre, sind f(R) Gravitation und MOND: Modified Newtonian Dynamics .

Man braucht GR nicht, um anzunehmen, dass dunkle Materie existiert. Das Problem der galaktischen Rotationskurve ist Newtonsch.
@CuriousOne Stimmt, aber GTR reduziert sich auf Newton und erklärt natürlich erfolgreich andere empirisch beobachtete Phänomene (Lensing, Apsidenpräzession, ...), die Newton nicht kann, also sagt Kyle, dass die galaktische Rotationskurve der erste empirische Effekt ist, der würde GTR verfälschen, wenn dunkle Materie abgelehnt würde.
MOND ist nicht einmal annähernd eine physikalische Theorie und es gibt mehrere Erweiterungen von GR, die mit Beobachtungen der Dunklen Materie kompatibel sein könnten. In der Tat, wenn ich einiges von dem, was ich gelesen habe, richtig interpretiere, könnte dunkle Materie eine natürliche Ergänzung zu GRs nächster nicht-trivialer Erweiterung sein: der Einstein-Cartan-Theorie. Abgesehen davon sind die meisten direkten Beweise für dunkle Materie ein Newtonsches Problem, und ich würde den Todesstern nicht für ein Problem ausbrechen, das mit einer Keule zur Unterwerfung gebracht werden kann.
@CuriousOne Haben Sie eine Referenz für die EC-Theorie und ihre Beziehung zur dunklen Materie: das klingt wirklich interessant
Siehe zB arxiv.org/abs/1405.3435 . Wenn wir Dunkle Materie eher durch eine Erweiterung von GR als durch ein Teilchenmodell erklären wollen, dann scheint EC eine natürlichere Ergänzung zu sein als andere Ad-hoc-Erweiterungen. Abgesehen davon kümmert sich die Natur nicht darum, was uns "natürlich erscheint", also kann EC genauso gut falsch liegen.
Der andere zwingende Beweis, an den ich denke (zusätzlich zu den Rotationskurven), ist die Materiehäufigkeit, die erforderlich ist, um das Universum abzuflachen, verglichen mit Berechnungen der Baryonenhäufigkeit (z. B. Baryonenanteil in Galaxienhaufen, Baryogeneseberechnungen). Angesichts der Tatsache, dass die Krümmung eine GR-Sache ist, würde ich dies als ziemlich GR-abhängig bezeichnen.
Also, wo ist das "Piepen"? Wir können kein Teilchen finden. Könnten wir angesichts einer gleichmäßigen Verteilung in unserer Galaxie die Auswirkungen der Dunklen Materie in unserem Sonnensystem sehen? (Indem man sich die Dynamik von Kometen oder so etwas genauer ansieht.)
@GeorgeHerold außer der romantischen Vorstellung, dass wir seine Existenz bestätigen möchten, gibt es nichts, was das DM-Partikel dazu zwingt, sich durch irgendetwas anderes als die Gravitation mit dem Rest des Universums zu koppeln. Natürlich besteht immer die Möglichkeit, dass wir bei den Beobachtungen etwas übersehen haben oder dass GR falsch ist, aber wir glauben , dass wir Ersteres unter Kontrolle haben, und es gibt einige überzeugende Tests von GR ... Das Sonnensystem ist es nicht gut, es sei denn, wir werden exponentiell besser darin, Störungen von allen Körpern in der SS zu berücksichtigen.
In jedem Szenario mit Partikeln aus dunkler Materie beträgt die Gesamtmasse des DM in Plutos Umlaufbahn etwa 1/100.000 der Masse des Mondes (oder eines Asteroiden mit Mondgesteinsdichte mit einem Radius von etwa 100 Meilen), ist jedoch mehr oder weniger gleichmäßig verteilt das Sonnensystem. Da Sie aus allen Richtungen nur die Nettoanziehungskraft der Schwerkraft spüren, sind für jemanden innerhalb der DM-Verteilung nur die lokalen Inhomogenitäten der Dunklen Materie beobachtbar. Der Einfluss von DM in der Nähe des Sonnensystems ist also viel, viel kleiner als der Gravitationseinfluss eines Asteroiden innerhalb des Sonnensystems – zu gering, um experimentell nachgewiesen zu werden.
@WetSavannaAnimal Warum denkst du, dass die Newtonsche Physik den Gravitationslinseneffekt nicht erklären kann? Newton hat die Gravitationslichtbiegung in Optiken eingebaut, und von dort aus ist die Linsenbildung trivial. Zumal er auch die Zahlen für den analogen Fall des atmosphärischen Linseneffekts aufgrund der Erdatmosphäre mit variabler Dichte ausgearbeitet hat.

Während Milgroms MOND-Theorie und ihre relativistische Verallgemeinerung von Jacob Bekenstein namens TeVeS einen der frühesten und berühmtesten Ansätze zur Modifikation der Schwerkraft bieten, ist dies nicht der einzige. Allein in den letzten sechs Jahren wurde eine Vielzahl von Vorschlägen ernsthaft in Betracht gezogen:

John W. Moffat hat mehrere andere mit ähnlichem Konzept wie MOG. Es gibt f(R) - und f(R,T) -Theorien, die zusätzliche Terme haben, die Funktionen des Ricci-Tensors bzw. des Torsionsskalars sind. Nicht-lokale Gravitationsformulierungen wurden vorgeschlagen, um Phänomene der Dunklen Materie anzugehen. Dann gibt es Konzepte wie das von Alexandre Deur , der überdenkt, wie die Selbstwechselwirkung des Gravitons in der Quantengravitation gehandhabt werden sollte (bereits bereits 1981 erforscht ), und Lee Smolin , der Quantengravitationseffekte in Betracht zieht, die als dunkle Materie erscheinen könnten Loop-Quantengravitationsansätze. Erik VerlindeDas Emergent Gravity-Konzept war nicht als Gravitationsmodifikationsansatz gedacht, aber einige Versionen davon bieten eine Alternative zur Dunklen Materie. Einige laufende Gravitationskopplungskonstantenlösungen (auch hier ) könnten auch dunkle Materie ersetzen, möglicherweise in Verbindung mit einem asymptotisch sicheren Gravitationsszenario . Die Horndeski-Schwerkraft wurde als alternative Verwirklichung der dunklen Energie erfunden, kann aber auch eine Alternative zur dunklen Materie sein, ebenso wie eine Verallgemeinerung der Brans-Dicke-Theorie . Als Alternativen wurden auch ein massives skalares Graviton und eine tensormassive Gravitation (auch hier ) in Betracht gezogen. Lubos Motl hat eine Variante namens weiterentwickeltholographisch modifizierte Dynamik .

Die Wellen-Dunkel-Materie ist streng genommen eine Teilchentheorie der Dunklen Materie, hat aber einige Eigenschaften, die normalerweise in Theorien zur Modifikation der Schwerkraft zu finden sind.

+1 für die meisten Referenzen, die ich in einer Stackexchange-Antwort gesehen habe.
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