Materie macht ungefähr aus des Universums, während dunkle Materie ungefähr ausmacht . Für Materie und Strahlung haben wir ein kompliziertes Standardmodell mit vielen Generationen von Fermionen und verschiedenen Kraftvermittlern. Ist es angesichts dieser Tatsache nicht ein Wunschdenken, dass Dunkle Materie nur aus einem Teilchen besteht? Die Leute versuchen das, weil es am einfachsten ist, es zu versuchen.
Aber wie gerechtfertigt ist diese vereinfachte Version der Einzelkomponenten-Dunkle-Materie-Modelle in Ermangelung einer definitiven Beobachtung oder experimentellen Signatur?
Eine meiner Lieblingstheorien über dunkle Materie ist die Spiegel-Dunkle-Materie : Der gesamte dunkle Sektor hat genau die gleiche Physik wie unserer: Es gibt dunkle Elektronen, dunkle Photonen, dunkle Protonen usw., die miteinander interagieren. Das ist genauso komplex wie unsere Physik. Die Theorie muss dann jedoch einen kreativen Weg finden, um die relative Glätte von Halos aus dunkler Materie im Vergleich zu unseren Galaxien zu erklären (im Grunde viele Supernovae, die es hauptsächlich im Plasma halten). Das ist konzeptionell einfach, obwohl die Welt der Dunklen Materie letztendlich genauso kompliziert ist/sein wird wie unsere Welt.
(Ich glaube nicht wirklich, dass es dunkle Spiegelmaterie gibt, aber es ist ein lustiges Konzept und veranschaulicht meinen Standpunkt.)
Das Problem dabei ist, dass „einfach“ kein einfaches Konzept ist . Es könnte bedeuten, dass wir die Theorie verwenden wollen, die die wenigsten zusätzlichen Dinge hinzufügt – aber bezieht sich das auf zusätzliche Naturgesetze, zusätzliche Symmetrien, zusätzliche Teilchentypen, zusätzliche Wechselwirkungen? Es könnte auch bedeuten, dass die Gesamttheorie so wenig willkürlich wie möglich sein sollte – jede zusätzliche Sache sollte ideal passen oder so viele ungelöste Probleme wie möglich erklären (deshalb gehen wir davon aus, dass dunkle Materie sowohl hinter Galaxienrotationskurven als auch hinter der Bildung kosmischer Strukturen steckt, anstatt unter der Annahme von zwei getrennten Unbekannten). Beim ersten Ansatz schneidet die Spiegel-Dunkle Materie ziemlich gut ab, nur doppelte Physik, aber beim zweiten nicht so gut, da es wenig neue Erklärungskraft gibt. Axionen wurden als Lösung für ein anderes Problem vorgeschlagen, könnten es aber auchein Kandidat für dunkle Materie sein, also schneiden sie bei der zweiten Bedeutung viel besser ab.
Ich gehe davon aus, dass eine wichtige Einschränkung der Komplexität der Dunklen Materie darin besteht, dass damals, als das Universum heiß genug war, Materie und Dunkle Materie vermutlich miteinander interagierten und die Anzahl der Freiheitsgrade der Dunklen Materie die Baryogenese und andere Eigenschaften des Urknalls beeinflusst hätte, die wir heute kennen messen. Gäbe es zig Freiheitsgrade der Dunklen Materie, die das Universum thermodynamisch geprägt hätten.
Warum halten wir Modelle der Dunklen Materie einfach? Das liegt zum Teil daran, dass die Wissenschaft am besten vorankommt, wenn wir, wenn wir feststellen, dass der aktuellen Theorie etwas fehlt, zuerst versuchen, dies auf die einfachste Weise anzugehen; wenn sich sogar das als empirisch falsch herausstellt, können wir weitere Komplexität hinzufügen, aber wenn wir vorzeitig Komplexität hinzufügen, kann dies die Falsifizierbarkeit beeinträchtigen (z. B. weil mehr abstimmbare Parameter vorhanden sind).
Es liegt auch teilweise daran, dass die Modelle, die Sie gesehen haben, durch etwas anderes als das Problem der Dunklen Materie motiviert sind. Oft denken wir uns Modelle nicht nur aus, um eine Überraschung zu erklären; Wir finden, dass eine einzelne Sache Sinn für mehrere Anliegen macht. In diesem Fall haben wir andere Motive für Supersymmetrie mit -Paritätserhaltung, aber der leichteste supersymmetrische Partner (LSP) ist ein natürlicher Kandidat für dunkle Materie.
dmckee --- Ex-Moderator-Kätzchen