Anmerkungen zur Dunkle-Materie-Debatte: Kroupa vs. White

Außergewöhnliches trug sich zu, am 18. November in Bonn: Simon White und Pavel Kroupa stritten über die Kosmologie – eine Debatte zwischen Astrophysikern für und wider die Dunkle Materie. Was hat man nicht alles gelesen über die vorgebliche Krise, in die Pawel Kroupa die Kosmologie gestürzt haben will. Übrig blieb davon am Ende der Debatte nicht viel: Der Dunklen Materie jedenfalls geht es prächtig.

Ungewöhnliche Form wissenschaftlicher Wahrheitssuche

Simon White vom Max-Plank-Institut in Garching, in Bonn Kroupas Widerredner, nahm, wie es schien, nicht ohne Widerwillen an dieser doch ungewöhnlichen Form der wissenschaftlichen Auseinandersetzung teil: So ließ er sich nicht nehmen, zu betonen, dass eine Debatte sich mit der naturwissenschaftlichen Methode eigentlich nicht verträgt: Seit wann werden wissenschaftliche Fragestellungen mit Hilfe von Rede und Gegenrede gelöst? Womöglich am Ende per Abstimmung? Die gab es natürlich nicht. Dennoch war die "Dark Matter Debate" ein interessantes Experiment. Und auch, wenn dieser Blogpost nicht unbedingt so klingt: Ich fand sie eine gute Idee.

Dank Uni-Bonn.tv kann man sich die gesamte Debatte zwischen Simon White und Pavel Kroupa selbst ansehen – und muss sich nicht auf die Meinung dieses Bloggers verlassen 😉 Im ersten Teil tragen beide Redner ihren Standpunkt nacheinander vor. Im Anschluss an jeden Vortrag werden einige Fragen vom Publikum aus gestellt. Wer der englischsprachigen Debatte nicht folgen kann oder will, kann sich in der Mediathek von 3Sat eine Art Zusammenfassung auf Deutsch anschauen. Der interessanteste, weil kontroverse, Teil fehlt hier aber.

Herausgefordert wurde White durch eine recht mutige Behauptung von Pavel Kroupa, Astronom am Argelander-Institut der Universität Bonn: Der will das Standardmodell der Kosmologie (das so genannte Lambda-CDM-Modell) widerlegt haben. Kroupas Arbeiten mögen in der Fachwelt eher wenig Resonanz erhalten – den Weg in die Öffentlichkeit finden sie trotzdem: durch populärwissenschaftliche Artikel, in den Scilogs, oder eben in Bonn, wo Kroupa die gegenwärtige Situation mit der Galileis vor 400 Jahren verglich.

Fehlerhafte Theorie?

Für Kroupa wiederholt sich die Geschichte: Alle, die noch dem Standardmodell der Kosmologie anhängen, seien auf dem Holzweg. Dass damit geschätze 90 Prozent seiner Kollegen weltweit gemeint sind, stört ihn nicht. Denn glaubt man dem Astronomen, dann ist das LCDM-Modell widerlegt, weil es astronomische Beobachtungen der Galaxien, insbesondere die Anzahl und Morphologie der kleinen Zwerggalaxien betreffend, nicht erklären kann – ja diesen sogar widerspricht. Wie kann man da noch der offenbar fehlerhaften Theorie nachhängen?

Zweiter Teil der Debatte: In jeweils fünf Minuten reagieren White und Kroupa auf die Rede ihres jeweiligen Gegners.

Man kann. Was Kroupa (durchaus zutreffend) beschreibt, ist, dass eine zur Beschreibung der größten kosmologischen Zusammenhänge entwickelte Theorie bei der Beschreibung der kleinsten kosmologischen Strukturen versagt. Ist das überraschend? Nein – es ist völlig normal. Im Gegenteil, es wäre eine Überraschung, könnte eine solche Theorie auf Anhieb sämtliche Detailphänomene auf allen Größenskalen erklären. LCDM kann das (natürlich) nicht, und das ist kein Grund, diese Theorie für widerlegt zu erklären. Mit der gleichen Begründung könnte man auch die statistische Thermodynamik ablehnen, weil es nicht gelingt, das Wetter des nächsten Monats vorherzusagen. Eine physikalische Theorie kann immer nur einen Ausschnitt der Realität zutreffend beschreiben. Je detaillierter und komplizierter die Zusammenhänge sind (und Galaxien sind kompliziert), desto größer sind die Abweichungen zwischen Theorie und Realität. Anpassungen und Verbesserungen der Theorie sind dann notwendig. 

Heiß oder Kalt?

Die von Kroupa immer wieder ins Gespräch gebrachten Alternativen zu LCDM, Modifizierungen der Gravitationstheorie, beschreiben die Welt der Galaxien besser. Auch kein Wunder: dafür wurden sie gemacht. Doch auf großen Skalen benötigen auch sie Dunkle Materie, nur halt eine andere "Sorte". "Heiße" Dunkle Materie statt "kalte". Was wäre also gewonnen? Erstaunlicherweise waren sich in diesem Punkt beide Kontrahenden einig: Egal in welchem Modell, irgendwo braucht man dann doch wieder dunkle, d.h. nicht elektromagnetisch wechselwirkende und bislang unentdeckte Teilchen, um alle Beobachtungen (insbesondere die der kosmischen Hintergrundstrahlung) zufrieden stellend erklären zu können. Etwas enttäuschend vielleicht für diejenigen, die der Dunklen Materie so gar nichts abgewinnen können. Dennoch sieht Kroupa die komplizierteren (auch hierin bestand Einigkeit) Gravitationstheorien auf der Siegerstraße im Vergleich zu LCDM. Eine Erklärung, wie er auf diesen Schluss kommt, blieb er schuldig.

White hingegen erkennt das Versagen des Standardmodells auf der Skala der Galaxien an. Doch dies ist für ihn noch lange kein Grund, das ansonsten erfolgreiche Modell aufzugeben. Kritisch äußert er sich zu Kroupas Argumentationsweise: Die Vielzahl der Widersprüche, die Pawel Kroupa anführt, ist überwältigend, für Simon White aber ein Beispiel für einen "proof by assertion" – den Beweis durch fortwährende Behauptung. Diese Taktik helfe vielleicht in einer Debatte, in der es darum geht, den eigenen Standpunkt durchzusetzen. Nicht aber in der Naturwissenschaft. Nur, weil Kroupa eine Armee von Argumenten gegen das Standardmodell ins Feld führt, ist seine eigene Hypothese nicht richtig. Nein, dadurch wird nicht einmal das Standardmodell selbst widerlegt, dass auf großen Skalen zu funktionieren scheint und für kleine Skalen entsprechend verfeinert werden muss – wie jede physikalische Theorie.

Dritter Teil: Hier beginnt die eigentliche Debatte. Und wie ich finde, auch der interessanteste Teil des Streitgesprächs!

Der oberste Richter in der Naturwissenschaft ist und bleibt das Experiment. Also klipp und klar: Gibt es Dunkle-Materie-Teilchen oder nicht? Ein guter Naturwissenschaftler muss bereit sein, seine Theorie, so elaboriert und liebgewonnen sie auch immer sein mag, aufzugeben, wenn das Experiment es fordert. Gibt es "dunkle" Partikel, dann wird man sie finden, vermessen, ihre Eigenschaften bestimmen und überprüfen, ob es sich um die postulierte Dunkle Materie handelt. Die interessanteste Frage, die White und Kroupa gestellt wurde, war, welche experimentelle Erkenntnis der näheren Zukunft ihre Sichtweise ändern würde. Kroupas Antwort darauf ist aufschlussreich.

Dunkle-Materie-Verschwörung?

Er sage voraus, so der Astronom, dass in den nächsten fünf Jahren ein neues Teilchen entdeckt, irrigerweise zum "Dunkle-Materie-Teilchen" erklärt, und damit den wissenschaftlichen Fortschritt um ein halbes Jahrhundert zurückwerfen würde – denn jeder wäre ja davon überzeugt "das Teilchen" entdeckt zu haben, und bereit, alle weiteren Probleme unter den Teppich zu kehren. An anderer Stelle erklärt er die Dunkle-Materie-Theorie für nicht falsifizierbar: Werde kein Teilchen gefunden, würde man behaupten, dass es eben erst mit dem nächsten, größeren Beschleuniger, mit dem kommenden, empfindlicheren Detektor gefunden werden könne.

Damit bringt sich Kroupa in eine äußerst komfortable Position: Er hat immer recht – egal, was die Experimente sagen. Aber auch Kroupa muss wissen, dass die Eigenschaften eines Dunkle-Materie-Teilchens, was seine Masse und Wechselwirkungswahrscheinlichkeit angeht, nicht beliebig sind. Auch die Schattenteilchen können sich nicht nach Belieben verstecken. Und ob sich zehntausende Physiker über Generationen so leicht täuschen lassen, obwohl Widersprüche auf der Hand liegen? Ist das nun etwa die Geburt der Theorie von der Dunkle-Materie-Verschwörung? Ein Teilchen wird nicht zu irgendetwas "erklärt" – offenbar hat Professor Kroupa eine ziemlich schwache Meinung von seinen Kollegen.

Nein, die Dunkle Materie ist nicht vom Tisch – im Gegenteil. Sie ist die beste Hypothese zur Erklärung des Universums, die die Kosmologen zur Zeit haben. Sie ist aber auch nicht mehr als das: eine Hypothese. Sieger nach Punkten der „Dark Matter Debate“ von Bonn ist eindeutig Simon White. Warum? Nicht weil er recht hat. Sondern weil er zugibt, sich irren zu können.

PS: Auch bei Daniel Fischer gibt es eine Bewertung der Debatte. 

Mit dem Astronomievirus infiziert wurde ich Mitte der achtziger Jahre, als ich als 8-Jähriger die Illustrationen der Planeten auf den ersten Seiten eines Weltatlas stundenlang betrachtete. Spätestens 1986, als ich den Kometen Halley im Teleskop der Sternwarte Aachen sah (nicht mehr als ein diffuses Fleckchen, aber immerhin) war es um mich geschehen. Es folgte der klassische Weg eines Amateurastronomen: immer größere Teleskope, Experimente in der Astrofotografie (zuerst analog, dann digital) und später Reisen in alle Welt zu Sonnenfinsternissen, Meteorschauern oder Kometen. Visuelle Beobachtung, Fotografie, Videoastronomie oder Teleskopselbstbau – das sind Themen die mich beschäftigten und weiter beschäftigen. Aber auch die Vermittlung von astronomischen Inhalten macht mir großen Spaß. Nach meinem Abitur nahm ich ein Physikstudium auf, das ich mit einer Diplomarbeit über ein Weltraumexperiment zur Messung der kosmischen Strahlung abschloss. Trotz aller Theorie und Technik ist es nach wie vor das Erlebnis einer perfekten Nacht unter dem Sternenhimmel, das für mich die Faszination an der Astronomie ausmacht. Die Abgeschiedenheit in der Natur, die Geräusche und Gerüche, die Kälte, die durch Nichts vergleichbare Schönheit des Kosmos, dessen Teil wir sind – eigentlich braucht man für das alles kein Teleskop und keine Kamera. Eines meiner ersten Bücher war „Die Sterne“ von Heinz Haber. Das erste Kapitel hieß „Lichter am Himmel“ – daher angelehnt ist der Name meines Blogs. Hier möchte ich erzählen, was mich astronomisch umtreibt, eigene Projekte und Reisen vorstellen, über Themen schreiben, die ich wichtig finde. Die „Himmelslichter“ sind aber nicht immer extraterrestrischen Ursprungs, auch in unserer Erdatmosphäre entstehen interessante Phänomene. Mein Blog beschäftigt sich auch mit ihnen – eben mit „allem, was am Himmel passiert“. jan [punkt] hattenbach [ät] gmx [Punkt] de Alle eigenen Texte und Bilder, die in diesem Blog veröffentlicht werden, unterliegen der CreativeCommons-Lizenz CC BY-NC-SA 4.0.

15 Kommentare Schreibe einen Kommentar

  1. Schlichtung?

    Wäre das nicht ein Fall für Heiner Geißler gewesen?

    Nein, Spaß beiseite: Danke für die Videos und die tolle Zusammenfassung! Solche Debatten sind doch, was die Wissenschaft spannend macht.

  2. Dieses Tortendiagramm

    #Dieser Kommentar wurde moderiert#

    Das ging aber schnell… „Tim Boson“ hat nach seinem letzten Blog-Hijacking bei Einsteins Kosmos bei mir Hausverbot. Jan Hattenbach

  3. Mehr Sterne als angenommen:

    Wenn es eine ausreichende Anzahl von roten Zwergsternen, braunen Zwergsternen, und Gasriesenplaneten gibt, dann benötigt man gar keine weitere dunkle Materie, um das Rotationsverhalten der Galaxien zu erklären.

    Das Universum enthält offenbar viel mehr Sterne als angenommen:

    http://www.spiegel.de/…all/0,1518,732256,00.html

  4. Schöne Zusammenfassung!

    Hi Jan,
    Bin gerade selbst auf den Video-Zusammenschnitt aufmerksam geworden (und wollt darüber bloggen! ;-), aber Du hast das schon so vollständig gemacht, dass das wirklich nicht mehr notwendig ist.

    Mein Endruck von der Debatte war allerdings (auch), dass Simon White eher etwas gelangweilt bis genervt da saß und Pavel Kroupa wie der desöfteren argumentatorisch auflaufen ließ. Das einzige, das mich wunderte an der Diskussion: Simon White fasste den Stand der Dinge bzgl. Pioneer-Anmalie so zusammen, dass die Skala bei der diese anscheinenden Extra-Beschleunigungen auftreten recht genau mit den Vorhersagen von MOND übereinstimmen. Mich wunderte, dass Pavel Kroupa das nicht als Vorlage genommen hat.

    Grüße,
    Leonard

  5. dieser Artikel

    Im Rahmen der hiesigen Meinungsdarstellung zu den Problemen der Kosmologie auf Galaxienskalen, kann man sicherlich zustimmen, dass Wettervorhersagen schwieirg sind. Wenn sich aber jede Vorhersage als falsch herausstellt, dann muesste man sich eventuell doch, als Wissenschaftler, darueber Gedanken machen, ob das zugrunde liegende Modell eventuell nicht doch neuueberdacht werden muesste. Eventuell gibt es ja alternative Modelle, welche tatsaechlich praezise Vorhersagen erlauben. Dieses nur als Anregung zum Fortschritt. Zudem wuerde sich Herr Hattenbach eventuell auch etwas genauer darueber informieren sollen, inwieweit meine wissenschaftlichen Arbeiten in der Fachwelt tatsaechlich zitiert, also beachtet, werden. In diesem Zusammenhang: Die Debatte ueber die Dunkle Materie gegen Simon White war sicherlich nicht meine Idee, sondern scheint woanders herzustammen. Anscheinend gibt es, aufgrund der objektiven Datenlage, also aufgrund von veroeffentlichten wissenschafltichen Arbeiten (die Herr Hattenbach eventuell nicht kennt oder ignoriert), doch einen ernsthaften Diskussionsbedarf.

  6. @Pavel Kroupa

    Danke zunächst einmal für die Antwort in meinem Blog. Ich finde die Diskussion ausgesprochen spannend und auch notwendig. Allerdings konnten mich Simon Whites Argumente in der Debatte weit mehr überzeugen. Der Vergleich mit dem Wetter kam ja auch in der Debatte auf, und er trifft es nach meiner Meinung recht gut.

    Die Ergebnisse Ihrer Arbeit sind, denke ich, sehr wichtig, denn sie zeigen, dass das LCDM-Modell unvollständig ist. Nur der Schlussfolgerung, dass daraus die Widerlegung des Modells folgt, wie sie ja betonen, kann ich nicht zustimmen.

    Die Behauptung, dass Ihre Arbeiten in Fachkreisen wenig Beachtung finden, habe ich nicht erfunden, sie wurde mir von einem Ihrer Mitarbeiter erzählt. Das war aber zugegebenermaßen schon vor einigen Monaten. Falls sich das geändert hat, stimmt die Aussage natürlich nicht mehr (was mich freuen würde, denn Ihre Arbeiten haben Beachtung verdient).

  7. @Karl Bednarik

    Man müsste erst mal eine Abschätzung haben, wie viel die neu gefundenen Sterne zu „fehlenden Masse“ beitragen. Die Roten Zwerge sind zwar zahlreich, aber jeder für sich auch massearm.

    Außerdem scheint sich diese Arbeit nur auf elliptische Galaxien zu beziehen. Die DM soll aber nach den Modellen v.a. in Halos um Galaxien vorherrschen, und eben auch bei Spiralgalaxien wie unserer Milchstraße.

  8. Kommentar von Jan Hattenbach

    Die Situation bleibt nach wie vor vom hiesigen Blogger nicht ganz verstanden: Die Behauptung, dass ein Modell nicht alles erklaeren muss, ist unwissenschaftlich. Sonnst koennte man nach wie vor beim geozentrischen Weltbild bleiben: Schliesslich kann man sehr vieles gut damit erklaeren, aber eben nicht alles. Und das waere ja OK. Blos, dann haetten wir keine hochentwickelte Zivilisation.

    Im Falle der Kosmologie: Sehr verblueffend ist, wie die Falsifikation der sehr genauen Vorhersagen des Standardmodells durch im wesentlichen _alle_ Beobachtungen auf Mpc Skalen und darunter als nichtig abgetan werden. Hier vermerke ich nocheinmal: Auf diesen Skalen haben wir die _besten_ Daten und sehr gute und sehr umfangreiche Berechnungen! Und ja, die wissenschaftlichen Arbeiten, welche dieses quantifizieren, die werden z.T. ignoriert, weil sie zeigen, dass das Standardmodell ausgeschlossen wird. Es gilt als riskant, „ketzerische“ Arbeiten, zu zitieren.

    Brillianten Wissenschaftlern, mit herausragenden akademischen Qualifikationen, wird z.T. Dikussionsverbot erteilt, wenn sie sich mit physikalisch interessanten alternativen Ansaetzen beschaeftigen. Erst letzte Woche hatte ich einen hochbegabten jungen Physiker zu besuch, der mir _schlimmstes _berichten musste.

    Verblueffend ist umso mehr, wie im gleichen Zuge die _unbekannte_ Physik der Inflation, der dunklen Materie und der dunklen Energie, als auch der neuen „dunklen“ Kraefte, welche neuerdings in der Fachwelt (z.B. in Nature) diskutiert werden (um eben das Modell noch irgendwie zu retten), als reale Fakten hingestellt werden. Als Erinnerung: jede dieser dunklen Additionen sind notwednig, um Einstein’s Feldgleichungen irgendwie zu retten. Dabei ist die brilliante mathematische Formulierung durch Einstein lediglich ersteinmal die einfachste Art, um Raumzeit und Energie zu beschreiben.
    Blos, wenn wir immer nur die einfachste Dynamik akseptieren wuerden, dann haetten wir die Quantenmechanik nicht entwickelt, sondern haetten versucht, newtonsche Dynamik auf atomaren Skalen beizubehalten, koste es was es wolle. Eventuell war aber damals (anfang 1900) der noch recht junge wissenschaftliche Betrieb im Westen noch formbarer, als er es moeglicherweise heute ist.

    Zurueck zur Kosmologie:
    Das obige ist beaengstigend, weil naemlich einfachere Alternativen im gleichen Zuge unterdrueckt werden. So kann es ja dann nicht ueberraschen, dass diese Alternativen nicht so gut ausgearbeitet sind, sodass Simon White „ueberzeugend“ argumentieren kann, dass es eben keine ueberzeugende Alternativen gibt. Dieses ist ein zirkulares Argument, welches den Steuerzahler, der unsere Forschung finanziert, eigentlich interessieren sollte.

    Wie bitte sehr soll denn der hochbegabte junge Physiker seine Forschung zu ende fuehren, wenn er keine Unterstuetzung bekommt? Es ist so, als wuerde man Galileo verbieten, durch sein Teleskop zu schaeuen, weil er Dinge sehen koennte, die nicht ins Weltbild passen…

    Im Angesicht der Tatsache, dass es physikalisch gut motivierte Alternativen, welche durchaus im Einsteinschen Sinne sind, gibt, welche mindestens so gut, und sogar einfacher fuer die kosmologische Welt aufkommen, ist diese Diskussion hier nicht verstaendlich. Diese Alternativen habe ich in meinem Vortrag in der Debatte teilweise aufgezeigt, aber wenn man nicht sehen moechte, dann sieht man eben nicht.

    Auf SciLogs (Von Herrn Hattenbach erwaehnt) bieten wir Beitraege an, die dokumentieren, dass erstens das kosmologische Standardmodell eben doch nicht so ueberzeugend ist, wie immer wieder per Wiederholung Behauptet wird, selbst auf den grossen Skalen. Und zweitens dokumentieren wir, dass die Alternativen die Beobachtungsdaten deutlich besser erklaeren.

    SciLogs war auch nicht meine Idee, genausowenig, wie die Debatte, sondern ich wurde eingeladen, diese Blogs zu fuehren. Im Juli 2010 sagte ich dieser zusaetzlichen Buerde zu, weil ich der Ansicht bin, dass die Oeffentlichkeit so gut wie moeglich zu diesen Fragen informiert sein sollte, wenn sie es denn wolle. Von der Fachwelt kommen solche Informationen in der Regel eher nicht an die Oeffentlichkeit.

  9. Das Standardmodell–Geschäftsmodell

    Herrn Kroupa ist hier voll zuzustimmen und die Bande der Verschwörungstheorien-Priester ist zum Wohle der gesamten Menschheit so schnell wie möglich von ihren Posten zu entfernen. Mit ihrem Nicht-Wirken ist bereits genug Schaden angerichtet worden.

  10. @Pavel Kroupa

    Naja, dass ein physikalisches Modell nicht alles (im Sinne von jeden Grad der Detaillierung) erklären muss und trotzdem sinnvoll eingesetzt werden kann (eben auf den Skalen, in denen es funktioniert), halte ich sehr wohl für wissenschaftlich.

    Aber gibt es momentan eine wirklich überzeugende Alternative zu LCDM? Sie bringen zwar MOND oder MOG ins Gespräch, betonen selbst aber, kein Experte dafür zu sein. Was macht Sie so sicher, dass die Lösung in der Modifikation der Gravitation besteht? Ich bin kein Wissenschaftler, und überlasse die Entscheidung lieber den Fachleuten. Aber für mich stellt sich die Situation so dar, dass diese von Ihnen bevorzugten Ansätze auf den großen Skalen eben nicht gut funktionieren, und auch die Dunkle Materie wird dadurch nicht überflüssig. Da dreht sich doch die Diskussion im Kreis?

    Ihr wesentliches Argument ist, dass man das nicht wisse, da neue Ansätze unterdrückt würden. Welchen Grund sollte es dafür geben? Wer hätte etwas davon? Ich hatte jedenfalls von Simon White nicht den Eindruck, er würde dogmatisch an einer „festzementierten“ Theorie festhalten. Im Gegenteil.

    Wenn junge Forscher abgehalten werden, alternative Ansätzen nachzugehen, weil das „ketzerisch“ sei, dann ist das sicher ein ernstes Problem. Da würde etwas gewaltig schief laufen.

    Zustimmen muss ich Ihnen, was die Darstellung des Standardmodells als vermeintliches Faktum angeht. Mit dem Problem habe auch ich als Wissenschaftsjournalist zu tun, und ich bemühe mich, DM, DE oder „dunkle Kräfte“ eben nicht als bestätigtes Wissen (was auch immer das sein mag) sondern als Hypothese darzustellen. Ich habe aber auch noch keinen Wissenschaftler kennen gelernt, der das tun würde.

    Was Ihren Blog, Ihre Artikel, und auch Ihr Auftritt in Bonn angeht, kann ich nur sagen, dass ich diese Art, Wissenschaft nach Außen zu kommunizieren außerordentlich gut finde. Was immer noch nicht heißt, dass ich allen Ihren Schlussfolgerungen zustimme 🙂

  11. Hattenbach: „Wer hätte etwas davon?“

    Hoffentlich nun mein letzter Kommentar:

    Es geht hier nicht darum, was ein Herr Hattenbach, ein Simon White oder ich „glauben“. Es geht ersteinmal alleine um die Frage, ob das heutige kosmologische Standardweltbild (= Einstein’s ART + Inflation + kalte Dunkle Materie + Dunkle Energie) erfolgreich die Natur beschreibt. Und hier ist die ganz klare Erkenntniss: nein! Diese meine Feststellung basiert auf ca 15 Jahre Forschung _im Rahmen des Standardmodells_! Diese objektive Erkenntnis steht unabhaengig davon, ob wir bereits ein ausgearbeitetes alternatives kosmologisches Modell haben. Diese Tatsache wird nicht nur durch meine eigene Forschung etabliert. Auch der fuehrende Kosmologe Jim Peebles, zusammen mit Adi Nusser, stellen dieses in einer Arbeit, welche zeitnah in Nature erschien, fest. Wenn ich noch Moeglichkeiten saehe, wie man das Standardmodell mit den vielen existierenden modernen Beobachtungsdaten in Einklang bringen koennte, dann haette es die Debatte in Bonn nicht gegeben.

    Zudem zeigen alle Beobachtungsdaten, dass Galaxien Milgromsche, und nicht Newtonsche Objekte sind. Die Details sind in zahlreichen wissenschaftlichen Arbeiten zu finden. Interessant ist es hier festzustellen, dass Milgrom’s Formulierung in 1983 Vorhersagen beinhaltet, fuer welche die Theorie _nicht_ konzipiert wurde. Trotzdem wird sie immer wieder bestaetigt. In der Tat ist die Milgromsche Dynamik viel reichhaltiger und physikalisch interessanter, als Newtonsche Gravitationsdynamik. In meiner Forschungsgruppe widmen wir uns auch besonders der Frage, ob Milgrom’s MOND nicht doch falsifiziert werden kann. D.h., wir ueberlgen uns staendig neue Tests, und bearbeiten diese.

    Warum Alternativen aber trotzdem nicht hinreichend untersucht werden, bzw. nicht gefoerdert werden („Welchen Grund sollte es dafür geben? Wer hätte etwas davon?“, wie Herr Hattenbach fragt): Nun, diese Frage kann sich Herr Hattenbach sicherlich selber beantworten. Jedenfalls sind die Geschichtsbuecher voll von solchen Geschichten. Und leider kommen nun recht viele hinzu. Moeglicherweise haengt dieses Verhalten einer Gesellschaft auch mit einer Gruppenbildung zusammen. Will heissen, dass man sich als junger Wissenschaftler, der ja eine Stelle benoetigt, gerne in einem sicheren „Stamm“ sieht. Man sucht eine Zugehoerigkeit, und dann am besten zu einer Gruppe, welche allgemein akzeptiert wird. Je hierarchischer und pyramidenfoermiger ein Wissenschaftssystem ist, desto gravierender schlagen solche Aspekte zu.

    Wie wissenschaftliche Umbrueche passieren, und wie denen entgegen gewirkt wird (schliesslich bedeutet ja ein Umbruch auch, dass das vorhergegangene falsch war, und hier sind natuerlich persoenliche Schicksale betroffen), ist jedenfalls eine spannende Frage.

  12. Ein letzter(?) Kommentar zum Thema

    Vielleicht abschließend auch ein letzter Kommentar von mir.

    Ich denke, in der Debatte und auch in Ihren Kommentaren kommen zwei wesentliche Punkte vor: Der eine betrifft die inhaltliche Auseinandersetzung, genauer, ob LCDM widerlegt ist oder nicht, bzw. welche Alternativen vorangetrieben werden sollten. Darüber möchte ich mich nicht mit Ihnen streiten, denn Sie haben im Zweifel die klar bessere Expertise als ich. Es ist Aufgabe der Wissenschaft, diese Fragen zu lösen.

    Der zweite Punkt ist die Außenwirkung dieses Forscherstreits. Für mich als Beobachter hat es den Anschein, als sei die übergroße Mehrzahl Ihrer Kollegen anderer Meinung als Sie, und da stellt sich schon die Frage, warum das so ist. Nun sind Außenseiterpositionen zunächst einmal nicht besser oder schlechter als die der Mehrheit, es kommt auf die Argumente an. Sie behaupten allerdings, dass diese Situation durch die Ausgrenzug abweichender (vermeintlich „ketzterischer“) Ansichten durch die Wissenschaftscommunity zu Stande kommt. Das wäre sehr schlimm.

    Dem Herrn Hattenbach ist es im Grunde egal, welche dunklen Teilchen da draußen herumschwirren, und ob überhaupt. Er fragt sich jedoch, ob das von Herrn Kroupa entworfene Bild des Wissenschaftsbetriebs zutrifft – und falls ja, was getan werden kann, um das zu verändern. Und da begrüßt er Herrn Kroupas Bereitschaft, diese Dinge öffentlich zu diskutieren, auch hier in diesem Blog.

  13. Zur Debatte und zu dunkler Materie

    Ich habe vor kurzem den Text von Herrn Hattenbach sowie die Kommentare dazu gelesen. Ich fand diese Diskussion sehr interessant. Mir sind aber einige Gedanken gekommen, die ich hier gerne mitteilen möchte:

    1.) Herr Hattenbach schrieb, daß Prof. Kroupa eine Vielzahl von Argumenten nannte, weswegen er die LCDM-Theorie ablehnt. Prof. White hält diese Argumente allerdings offenbar für einen „proof by assertion“, also einen Beweis durch fortwährende Behauptung. In meinen Augen ist ein „proof by assertion“ aber ein Standpunkt, bei dem _keine_ konkreten Argumente für diesen Standpunkt gegeben werden können. Mir ist daher nicht klar, warum Prof. White glaubt, daß Prof. Kroupa einen „proof by assertion“ bringt. Prof. Kroupa nennt schließlich durchaus Gründe dafür, warum er die LCDM-Theorie für gescheitert erklärt. Prof. White hingegen gibt zwar zu, daß von Prof. Kroupa genannten Probleme existieren, ist sich aber sicher, daß sie die Gültigkeit der LCDM-Kosmologie auf Größenskalen oberhalb von Galaxien nicht in Frage stellen. Das klingt für mich sehr viel mehr nach einem „proof by assertion“.

    2.) Während der Diskussion wurde die Frage gestellt, welche Beobachtungen Prof. Kroupa oder Prof.
    White von ihren jeweiligen Überzeugungen abbringen könnten. Prof. Kroupa gab darauf eine Antwort, die Herr Hattenbach als „aufschlußreich“ bezeichnete. Prof. Kroupa antwortete nämlich nicht direkt auf diese Frage. Statt dessen sagte er, daß die Enddeckung eines massiven, schwach wechselwirkenden Teichens die kosmologische Forschung um Jahre zurückwerfen würde. Oder anders ausgedrückt: Nicht einmal die Entdeckung eines solchen Teilchen könnte Prof. Kroupa von der LCDM-Kosmologie überzeugen. Auf den ersten Blick mag Prof. Kroupa dadurch wie ein schlechter Verlierer wirken. Allerdings ist seine Antwort durchaus logisch. Die bisher gefundenen Widersprüche zwischen den Beobachtungen und der LCDM-Kosmologie verschwinden ja nicht einfach dadurch, das ein neues Teilchen gefunden wird. Würde tatsächlich ein schweres, schwach wechselwirkendes Teilchen enddeckt, also kalte dunkle Materie, dann würde Prof. Kroupa sich vermutlich eher fragen, warum das Universum auf Galaxienskalen trotzdem nicht so aussieht, wie die LCDM-Kosmologie nahelegt.

    3.) Man beachte im übrigen auch, das Galaxien so kleinskalig nun auch wieder nicht sind, und das es unzählige Paper zu dem Verhalten kalter dunkler Materie auf diesen Skalen gibt. Kalte dunkle Materie ist die Art dunkler Materie, die im LCDM-Modell benötigt wird. Gerade viele Zwerggalaxien bestehen im LCDM-Modell beinahe ausschließlich aus kalter dunkler Materie und sollten sich daher hervorragend für den Test der Theorie eignen. Sogar das Verhalten kalter dunkler Materie auf noch
    kleineren Skalen wurde bereits untersucht: Im Jahr 2005 veröffentlichten J. Diemand, B. Moore und J. Stadel eine theoretische Arbeit über Strukturen kalter dunkler Materie von der Masse der Erde. Ihr Paper erschien in der ausgesprochen angesehenen Zeitschrift „Nature“. Und wie Herr Hattenberg völlig richtig bemerkt, sind die Eigenschaften kalter dunkler Materie
    keinesfalls beliebig. Das gibt Arbeiten über sie Gewicht, selbst wenn man nur von den allgemeinen Eigenschaften der dunklen Materie ausgeht, ohne die genaue Natur der Teilchen zu kennen (falls es sie überhaupt gibt). Stehen solche theoretische Arbeiten also im Widerspruch mit Beobachtungen, ist dies durchaus ein ernst zu nehmendes Problem.

    4.) Prof. Kroupa beklagt, daß Forschung zu Alternativen zum LCDM-Modell nicht ausreichend gefördert werden. Das mag zunächst nach einer Verschwörungstheorie klingen. Genauer betrachtet ist es aber eine logische Konsequenz der Tatsache, daß heute die überwiegende Zahl der Kosmologen mehr oder minder überzeugte Verfechter des LCDM-Modells sind. Deswegen werden Vorlesungen über Kosmologie zur Zeit also in den meisten Fällen von Unterstützern des LCDM-Modells gehalten. Folglich sind junge
    Astronomen am Beginn ihrer Karriere üblicherweise von der Richtigkeit der LCDM-Theorie überzeugt, so wie sie es von Leuten mit größerer wissenschaftlicher Autorität gelernt haben. Ein weiterer Punkt ist, daß viele Forschungsprojekte mit öffentlichen Mitteln unterstützt werden. Werden solche Mittel beantragt, entscheiden Gutachter darüber, ob das Projekt gefördert werden soll oder nicht. Selbstvertändlich ist ein Gutachter eher dazu geneigt, mit den begrenzten Mitteln ein Projekt zu unterstützen, bei dem das von ihm für richtig gehaltene Modell weiter ausgearbeitet werden soll, als ein Projekt bei dem dieses Modell in Frage gestellt wird. Die Mehrheitsverhältnisse verleiht den LCDM-Kosmologen also eine große
    Autorität und Macht innerhalb der Wissenschaft, die nicht unbedingt bedeuten muss, dass ihr Modell richtig ist. Dafür muss man den LCDM-Kosmologen noch nicht einmal böse Absichten unterstellen; das liegt einfach in der Natur der Sache. Nicht zuletzt bestimmen die LCDM-Kosmologen durch ihre Mehrheit auch die Meinung der interessierten Laien. Es ist nur natürlich, dass sie sich der Meinung der überwiegenden Mehrheit der Experten anschließen. Das alles schafft aber ein Umfeld, in
    dem es sehr viel einfacher ist, Forschung im Rahmen des LCDM-Modells zu machen als nach Alternativen zu suchen, ganz gleich ob das LCDM-Modell das Universum nun zutreffend beschreibt oder nicht.

    Mein Fazit ist, daß die Erforschung alternativer Gravitationstheorien sehr wichtig ist. Zum jetzigen Zeitpunkt ist MOND ist keineswegs eine solche Gravitationstheorie, wie Forscher auf diesem Gebiet auch bereitwillig zugeben. Bisher ist MOND lediglich ein relativ einfaches Rezept, daß Phänomene in Galaxien aber beeindruckend gut beschreibt. Daher hat MOND für mich einen ähnlichen Stellenwert wie die keplerschen Gesetze, welche die Planetenbahnen sehr gut beschreiben, obwohl eine Theorie, aus der die keplerschen Gesetze abgeleitet werden können erst 100 Jahre später durch Newton aufgestellt wurde. Ich hoffe, daß es keine 100 Jahre dauern wird, bis es eine Theorie gibt, aus der die MOND-Phänomene abgeleitet werden können, sondern das ich das noch erlebe. Ich bin aber überzeugt davon, daß das LCDM-Theorie dies nicht leisten kann, auch wenn das LCDM-Modell die großräumige Struktur des Universums recht gut beschreibt. Allerdings wurde die LCDM-Theorie auch dafür gemacht (um mit den Worten zu sprechen, die Herr Hattenbach im Zusammenhang mit alternativen Gravitationstheorien gebraucht), und der Preis dafür ist, daß man Teilchen und physikalische Gesetze einführt, für die es außerhalb der Astronomie bisher keine Evidenz gibt. Bei der Suche nach der passenden Theorie für unser Universum stehen wir daher meiner Meinung nach noch ziemlich am Anfang.

  14. Antworten und Versuch eines Schlussworts

    @Burtscher: Das Zusammenpassen der vermeintlichen Pioneer-Anomalie mit MOND-Mathematik ist verschwunden, wie in diesem Artikel nachzulesen ist – da der Bahneffekt allein durch Wärmeabstrahlung der Sonden zustande kommt (wie man übrigens ‚eigentlich‘ schon seit 2001 wusste), bleibt für ’neue Physik‘ kein Raum mehr. Ob dieser Nulleffekt ein direktes Problem für MOND darstellt?

    @Kroupa: Peebles und Nusser machen in ihrem Paper klar, dass sie lediglich von Ergänzungen von LCDM ausgehen, um die Probleme ‚in der Nähe‘ zu beseitigen, und sie letzteres angesichts seiner Erfolge gewiss nicht aus dem Fenster zu werfen trachten. Also ziemlich genau das, was auch White sagt.

    @alle: Wie absurd die Vorstellung ist, „die Astronomie“ lege sich auf eine bestimmte Kosmologie fest und ignoriere alsdann stur alle gegenteiligen Beobachtungen, beweist gerade die Existenz von LCDM in dramatischer Weise. Noch bis 1997 war eine ganz andere Kosmologie populär (bzw. eine Vielfalt von Weltmodellen möglich) – aber die Flut von neuen Beobachtungen jenseits einer bestimmten Genauigkeitsgrenze in den Folgejahren (Ia-Supernovae, CMB-Powerspektren etc.) ließ bis etwa 2000 die Community rasant umschwenken, wenn auch widerwillig angesichts der ‚dunklen‘ Ingredienzien („Wer hat denn das bestellt?“).

    Das ist ja gerade das Tolle an der Kosmologie seit der Jahrtausendwende, dass sie jetzt von konkreten Daten vorangetrieben wird. Insofern sollten sich die heutigen LCDM-Zweifler auch keine ernsten Sorgen machen: Falls sie auf dem richtigen Weg und die Daten überzeugend und eindeutig(!) sein sollten, wird sich eine Revolution wie 1998-2000 zweifellos bald wiederholen. Umgekehrt sollten sie aber auch akzeptieren, dass umgekehrt neue Daten (z.B. von Planck oder vom LHC) LCDM weiter stützen könnten. Und da vermisse ich die rechte Gelassenheit.

  15. Daniel Fischer

    „Aergaenzungen zu LCDM“, um Standard Kosmoliogie zu retten, bedeuten das Postulat neuer unbekannter Kraefte, welche zwischen normaler Materie und dunkler Materie, oder nur zwischen dunklen materie Teilchen wirken. Wir wissen nichts ueber diese Kraefte, und sie sind z.Z. lediglich spekulative Umschreibungen fuer die Tatsache, dass Galaxien in der LCDM-Beschreibung nicht funktionieren.

    Dieses wurde bereits ad absurdum auf SciLogs (The Dark Matter Crisis) beschrieben.

    Pioneer Anomalie (PiA): Herr Fischer zitiert einen Blog. Die wissenschaftliche Arbeit, welche die Anomalie erklaert, ist aber noch nicht erschienen. Die PiA (falls sie existiert) kann nicht im Rahmen von MOND erklaert werden, wenn MOND eine modifizierte Gravitationstheorie darstellt. Die PiA (falls sie existiert) kann im Rahmen von MOND erklaert werden, wenn MOND eine Modifizierung von inertiellen Massen waere.

    Folgendes schreibt Milgrom in
    http://arxiv.org/abs/astro-ph/0510117
    (MG=modiefied gravity; MI=modified inertia):

    ——————————–
    „Closer to home, the Pioneer anomaly, if verified as a new-physics effect (Anderson et al. 2002), might provide a decisive test. It can be naturally explained in the context of MOND as MI but is difficult to explain in the context of a MG theory (Milgrom 2002): The Pioneer anomaly has no match in planetary motions for which a constant, unmodelled acceleration of the magnitude shown by the spacecraft is ruled out by a large margin. The planets probe heliocentric radii smaller than where the Pioneer anomaly has been found. So a MG theory may still have a little leeway by having the anomaly set in rather abruptly with distance just at the interim heliocentric radii (e.g., Sanders 2005). A MI explanation will build on the fact that the orbits of the spacecraft differ greatly from those of the planets:
    the former are close to linear and unbound, the latter quasi circular and bound. It is intriguing in this connection that the analysis for Pioneer 11 (Anderson et al. 2002) shows an onset of the anomaly just around the time where the spacecraft was kicked from a bound, nearly elliptical orbit to the unbound, almost linear orbit on which it is now (the corresponding event for Pioneer 10 is not covered). The onset still wants verification, but if real, it would be a signature of MI. In the sense discussed here, the dark matter doctrine is a kind of MG; so any indication that the mass discrepancy in galactic systems is due to MI will also argue against DM.“
    ——————————–

    D.h. also, die Existenz oder Nichtexistenz einer PiA schraenkt lediglich die zugrundeliegende Theorie ein.

    Obgleich Galaxien mondsche (also milgromsche) Objekte sind – so wie Doppelsterne und Planetensysteme keplersche Objekte sind – so wissen wir, dass die zugrundeliegende Theorie bisher noch nicht bekannt ist (Keplerobjekte haben newtonsche Gravitationstheorie als Fundament). Da Einsteins ART Newton beinhaltet, schlussfolgert man, dass die „echte“ zugrundeliegende Theorie ART beinhalten muss, sowie es auch von Bekenstein 2004 mit TeVeS, als eine Moeglichkeit, gelungen ist (TeVeS beinhaltet MOND, Newton und ART). Was Gravitation letztenendes ist, wissen wir nicht. Prof. Verlinde zur Folge waere Gravitation ein hervortretendes enthropieverwandtes Phaenomen.

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