Bedarf es wirklich der Annahme der Existenz dunkler Materie?

Wurden denn tatsächlich auch alle Alternativen durchgerechnet, die zu einer möglichen Erklärung der gemessenen Anomalien in den Spiralarmen führen?

Ich denke da insbesondere an die Effekte der Zeitdilatation:

Was sich im Bereich des Ereignishorizonts eines schwarzen Lochs abspielt, werden wir niemals beobachten können - und zwar nicht nur, weil keine Information gravitationsbedingt durch den Schwarzschildradius dringt, sondern, weil - aus unserer Sicht dort die Zeit still steht. Wir könnten zwar - theoretisch noch beobachten, wie sich zwei schwarze Löcher aufeinander zubewegen, je näher sie sich kommen, desto langsamer vergeht aber aus unserer Sicht die Zeit, bis sie - kurz vor der Kollision völlig still steht. Aus Sicht der schwarzen Löcher selbst vergeht die Zeit aber normal, so dass es tatsächlich zu einer Kollision kommt, die wir - paradoxerweise - auch messen können (Wir messen quasi die Wirkung vor der beobachtbaren Ursache).

Dies vorausgeschickt äußere ich einmal folgende provokante These:

Es muss keine nicht baryonische Materie geben. Bei großer Masseansammlungen führen die geschilderten Effekte zu Verzerrungen des beobachtbaren
Bildes von Galaxien. Unsere Milchstraße sieht "tatsächlich" heute anders aus, als wir uns dies vorstellen.

Soweit mir bekannt ist kann sich auch Gravitation "nur" mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Die gesamte beobachtbare Struktur des Weltalls, sieht demnach anders aus, als wir dies von Teleskopbildern wahrnehmen.

Könnte es nicht sein, dass sich die Struktur des Universums und der Galaxien durch Effekte der Zeitdilatation erklären lassen?


Freue mich auf eure Meinungen.
Sollte einer meiner Grundannahmen falsch sein, bitte ich um Berichtigung.

@andy2

Die gravitative Zeitdillatation ist durchaus ein realer Effekt, der inzwischen hinreichend gut untersucht und belegt ist, hat aber m.M.n.nichts mit den Beobachtungen zu tun, die zum Postulat der Dunklen Materie führten.

Zunächst mal zur eigentlichen Threadfrage. Die Naturwissenschaften gehören zu den empirischen Wissenschaften, d.h., wir gewinnen im Experiment, aber auch durch Beobachtung objektive Daten, welche uns als Grundlage dienen, Theorien zu entwickeln und zu überprüfen.

Die geschieht in beiden Richtungen. Manchmal denkt sich ein Theoretiker etwas aus, was dann ein Experimentator entweder bestätigt, oder verwirft. Manchmal deuten die Daten aus einem Experiment oder einer Beobachtung auch auf eine Lücke in unseren Theorien hin.

Und um endlich auf die Fragestellung zu kommen, ja, es bedarf einer oder mehrerer Annahmen, um diese Lücke(n) zunächst einmal mit etwas auszufüllen, was sich später auch überprüfen lässt. Diese Methodik hat eine lange und erfolgreiche Tradition und ist m.M.n. nicht mehr hinterfragbar.

Bestes Beispiel ist aus meiner Sicht das Neutrino. In den 1920er Jahren experimentierte man mit Beta-Zerfällen, und dabei fiel schnell auf, dass etwas mit den Energien nicht stimmte. Und um eine sehr gut bestätigte Erfahrungstatsache (den Energieerhaltungssatz) nicht zu gefährden, postulierte Wolfgang Pauli ein bis dahin noch unbekanntes Teilchen, mit der sich diese Diskrepanz erklären ließe.

Enrico Fermi postulierte zudem, es müsse sich um ein elektrisch neutrales Teilchen handeln, und gab ihm daher den Namen Neutrino. Der Nachweis dieses Teilchens erfolgte erst Jahrzehnte später!

Dieses Beispiel zeigt deutlich, dass diese Methode funktionieren kann, andere Beispiele führten aber auch in eine Sackgasse, da die Annahmen entweder widerlegt wurden, oder sich einer experimentellen Überprüfung entzogen.

Beim Thema Dunkle Materie ist man auch diesen Weg gegangen, und es gibt viele kluge Köpfe, die damit nicht wirklich zufrieden sind, insbesondere weil ein geeigneter direkter Nachweis in weiter Ferne liegt. Indizien gibt es viele, und erste indirekte Nachweise sind vorhanden. Aber reicht das wirklich aus, um die selbst gesteckten hohen Ansprüche zu erfüllen?

Hier gehen die Meinungen stark auseinander, allerdings haben die angesprochenen alternativen Hypothesen das gleiche Problem, ihre Erklärungen funktionieren zwar mathematisch betrachtet, aber experimentell sieht es noch schlechter aus als beim derzeitigen Standardmodell.

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Nun zu deiner Annahme mit der gravitativen Zeitdillatation. Ich habe da große Schwierigkeiten, überhaupt einen Zusammenhang mit den Beobachtungen zu sehen, die letztlich zum Postulat einer Form von Dunklen Materie geführt haben, die vieles erklären würde. Dazu zählt z.B. der Gravitationslinseneffekt, die Strukturbildung im Universum, die Rotationskurven von Spiralgalaxien, und ganz weit vorn die Kosmische Hintergrundstrahlung.

Winzige Temperaturschwankungen im Mikrowellenhintergrund weisen auf Dichtefluktuationen hin, die es eigentlich nicht geben dürfte (ohne Dunkle Materie). Eigentlich hätte alles homogen sein müssen, dass es nicht so ist, deutet auf eine Energieform hin, die nicht mit Strahlung wechselwirkt, und so für eine erste Strukturbildung sorgen konnte.

Zur Zeit der Rekombination war die Strahlung die alles beherrschende Kraft. Auf ein Materieteilchen kamen ca. 10 Milliarden Photonen, die buchstäblich alles platt machten, was sich gravitativ binden wollte. Und dennoch haben sich erste Strukturen gebildet, die wir heute noch messen können. Ich denke, dafür bietet ein relativistischer Effekt wie die gravitative Zeitdillatation keinerlei Erklärung.

Auf deine Frage:

andy2 schrieb:Könnte es nicht sein, dass sich die Struktur des Universums und der Galaxien durch Effekte der Zeitdilatation erklären lassen?

kommt daher von mir ein klares: Nein.

andy2 schrieb:Wurden denn tatsächlich auch alle Alternativen durchgerechnet, die zu einer möglichen Erklärung der gemessenen Anomalien in den Spiralarmen führen?

Nicht alle, aber durchaus viele: https://tritonstation.files.wordpress.com/2022/12/darkmattertreeflowchart_jpg.jpeg?w=1024

andy2 schrieb:Könnte es nicht sein, dass sich die Struktur des Universums und der Galaxien durch Effekte der Zeitdilatation erklären lassen?

Ich hab keine Ahnung wie das funktionieren sollte.

Peter0167 schrieb:Die gravitative Zeitdillatation ist durchaus ein realer Effekt, der inzwischen hinreichend gut untersucht und belegt ist, hat aber m.M.n.nichts mit den Beobachtungen zu tun, die zum Postulat der Dunklen Materie führten.

von hinreichenden Untersuchungen ist mir nichts bekannt. Hast du da Links? Ich habe bislang nur das Gegenteil gehört, nämlich, dass es da noch viel zu forschen gibt..

Der sich durch Zeitdilatation und die Annahme dunkler Materie ergebende Effekt ist der gleiche: Beide Fälle setzten große Massenansammlungen voraus, die gravitativ wirken.

Warum also muss man da eine dunkle Materie bemühen, wenn die Ursache genauso gut in baryonischer Materie liegen kann, die lediglich infolge der Zeitdilatation nicht beobachtbar ist?

Deine anderen Ausführungen sind zwar durchaus zutreffend, haben aber mit der Fragestellung nur am Rande zu tun...
Alle Effekte, die die vermeintlich dunkle Materie verursacht können genauso gut durch nicht beobachtbare barionische Materie hervorgerufen werden.

Chemik schrieb:Nicht alle, aber durchaus viele: https://tritonstation.files.wordpress.com/2022/12/darkmattertreeflowchart_jpg.jpeg?w=1024
andy2 schrieb:

Interessant: Da fehlt tatsächlich der Gedanke der Zeitdilatation...

Peter0167 schrieb:und ganz weit vorn die Kosmische Hintergrundstrahlung.

das verstehe ich nicht. Was hat die Hintergrundstrahlung mit dunkler Materie zu tun?

@andy2
Für die Zeitdilatation brauchst du relativistische Geschwindigkeiten, damit die überhaupt irgendwie ins Gewicht fallen kann.
Die dunkle Materie ist eine Erklärung etwa für die Rotationsgeschwindigkeiten von Galaxien, die sich ohne mehr Masse nicht erklären lassen. Da bewegt sich aber nix mit annähernder Lichtgeschwindigkeit.

andy2 schrieb:Warum also muss man da eine dunkle Materie bemühen, wenn die Ursache genauso gut in baryonischer Materie liegen kann, die lediglich infolge der Zeitdilatation nicht beobachtbar ist?

Hä??? Zeitdilatation macht doch Materie nicht unsichtbar. Und komm jetzt nicht mit dem Ereignishorizont von schwarzen Löchern!

andy2 schrieb:das verstehe ich nicht. Was hat die Hintergrundstrahlung mit dunkler Materie zu tun?

Das erklärt @Peter0167 doch ausführlich:

Peter0167 schrieb:Winzige Temperaturschwankungen im Mikrowellenhintergrund weisen auf Dichtefluktuationen hin, die es eigentlich nicht geben dürfte (ohne Dunkle Materie). Eigentlich hätte alles homogen sein müssen, dass es nicht so ist, deutet auf eine Energieform hin, die nicht mit Strahlung wechselwirkt, und so für eine erste Strukturbildung sorgen konnte.

paxito schrieb:Zeitdilatation macht doch Materie nicht unsichtbar.

Oder vervielfacht ihre Masse.
ich verstehe auch nicht, wie Zeitdilatation da helfen soll.

andy2 schrieb:von hinreichenden Untersuchungen ist mir nichts bekannt. Hast du da Links?

Hier erst einmal zwei Experimente (muss gleich zur Arbeit, hab wenig Zeit):

Die gravitative Zeitdilatation wurde 1960 im Pound-Rebka-Experiment von Robert Pound und Glen Rebka nachgewiesen. Außerdem startete die NASA 1976 eine Scout-D-Rakete mit einer Atomuhr, deren Frequenz mit einer Uhr derselben Bauart auf der Erde verglichen wurde. Dies war das bisher präziseste Experiment, das erfolgreich die gravitative Rotverschiebung messen konnte.

Wikipedia: Zeitdilatation#Zeitdilatation durch Gravitation 2

Oft überlagern sich auch die gravitativ bedingten Dilatationseffekte mit denen, die sich aufgrund von Relativbewegungen ergeben.

paxito schrieb:@andy2
Für die Zeitdilatation brauchst du relativistische Geschwindigkeiten, damit die überhaupt irgendwie ins Gewicht fallen kann.

nein. In solchen Fällen tritt dieser Effekt zwar auch auf, aber eben nicht ausschließlich. Der Effekt tritt ebenso auf im Bereich großer Massen.

paxito schrieb:Zeitdilatation macht doch Materie nicht unsichtbar. Und komm jetzt nicht mit dem Ereignishorizont von schwarzen Löchern!

Doch, das tut sie, weil eben die Zeit dort - aus unserer Perspektive - stehen bleibt. Aggregarionen größerer Massen können so verborgen bleiben. Wie gesagt, wir sehen nur den Zustand wie er sich außerhalb des Einflussbereichs der Zeitdilatation gebildet hat. Die Materie befindet sich tatsächlich an Stellen, die wir nicht sehen können. Insgesamt ist es natürlich die gleiche Masse. Es geht nur um die Verteilung...

paxito schrieb:Das erklärt @Peter0167 doch ausführlich:
Peter0167 schrieb:
Winzige Temperaturschwankungen im Mikrowellenhintergrund weisen auf Dichtefluktuationen hin, die es eigentlich nicht geben dürfte (ohne Dunkle Materie). Eigentlich hätte alles homogen sein müssen, dass es nicht so ist, deutet auf eine Energieform hin, die nicht mit Strahlung wechselwirkt, und so für eine erste Strukturbildung sorgen konnte.

Diese Temperaturschwankungen sind wirklich winzigst und müssen nicht zwingend auf eine dunkle Materie zurückzuführen sein. Aus diesen Schwankungen erklärt man das Entstehen von Galaxien. Als Beweis für die Existenz dunkler Materie taugen sie eher nicht. Jedenfalls kann ich da keinen zwingenden Grund erkennen.

andy2 schrieb:Warum also muss man da eine dunkle Materie bemühen, wenn die Ursache genauso gut in baryonischer Materie liegen kann, die lediglich infolge der Zeitdilatation nicht beobachtbar ist?

Die vorhandene baryonische Materie reicht eben nicht aus, um die Beobachtungen erklären zu können. Das folgende Diagramm zeigt die Unterschiede zwischen den errechneten und gemessenen Werten deutlich auf:


Quelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1b/Dunkle_Materie.png

Sollten unsere Gravitationsgesetze nicht falsch sein, kommen wir um nicht um zusätzliche Energie herum. Viele alternative Ansätze basieren daher auf modifizierten Gravitationsgesetzen, aber die ART und selbst Newton sind echt harte Nüsse, die schwer zu knacken sind. :D

andy2 schrieb:Deine anderen Ausführungen sind zwar durchaus zutreffend, haben aber mit der Fragestellung nur am Rande zu tun...

Hmm ... also mein Ansatz an die Fragestellung heranzugehen, war zunächst mal 2 Fragestellungen draus zu machen:

1. Sind solche Annahmen allgemein üblich und auch zulässig?
2. Wieso wird die Dunkle Materie als Erklärung favorisiert?

Bei der ersten Frage habe ich womöglich etwas weit ausgeholt, mit dem ganzen Neutrino-Kram wollte ich eigentlich nur darlegen, dass das Postulat von etwas (noch) Unbekannten durchaus ein fester Bestandteil wissenschaftlicher Methodik sein kann, und diese Herangehensweise in der Vergangenheit auch oft bewährt hat.

Bei Frage 2 habe ich deutlich gemacht, dass die Dunkle Materie durchaus kontrovers diskutiert wird, wir uns aber mit den Alternativen noch viel mehr Unsicherheiten einfangen würden. Zudem habe ich noch einige Bereiche angeführt, wo die Dunkle Materie ebenfalls ein hohes Erklärpotential mitbringt.

Wenn das alles nur am Rande etwas mit deiner Fragestellung zu tun hat, solltest du sie vielleicht so formulieren, dass man erkennen kann, worauf du hinaus willst.

Im Gegenzug habe ich natürlich auch große Probleme mit deinem Dilatations-Kram, insbesondere die Behauptung, dass baryonische Materie beim dilatieren unsichtbar wird.

Vielleicht hast du ja mal was drüber gelesen, dass Materie auf einer Bahn um ein Schwarzes Loch wegen der starken Beschleunigung anfängt zu strahlen. Je dichter die Materie an den EH kommt, umso mehr wird diese Strahlung ins Rote verschoben. Das geht letztlich so weit, dass diese Strahlung wegen ihrer großen Wellenlänge nicht mehr messbar ist.

Aber wo da ein Zusammenhang zu den Rotationskurven von Spiralgalaxien bestehen soll, erschließt sich mir nicht.

Peter0167 schrieb:von hinreichenden Untersuchungen ist mir nichts bekannt. Hast du da Links?
Hier erst einmal zwei Experimente (muss gleich zur Arbeit, hab wenig Zeit):

Deine Links geben leider nichts her in Bezug auf den Einfluss der Zeitdilatation auf die Masseverteilung im Universum ..

Peter0167 schrieb:Sollten unsere Gravitationsgesetze nicht falsch sein, kommen wir um nicht um zusätzliche Energie herum. Viele alternative Ansätze basieren daher auf modifizierten Gravitationsgesetzen, aber die ART und selbst Newton sind echt harte Nüsse, die schwer zu knacken sind.

genau das ist der Punkt: Man vergleicht nur das was man sieht mit dem mathematisch Erwartbaren. Die Effekte der Zeitdilatation bleiben - soweit ich das sehen kann - stets unberücksichtigt. Wie gesagt: Nicht nur was wir sehen, sondern auch die gravitativen Auswirkungen kommen bei uns nur mit Lichtgeschwindigkeit an. Und im Bereich großer Massen tickt die Uhr anders, bzw. gar nicht..

andy2 schrieb:Deine Links geben leider nichts her in Bezug auf den Einfluss der Zeitdilatation auf die Masseverteilung im Universum ..

Wie sollten sie auch? Du wolltest Links zu Experimenten, in denen es um die Untersuchung des Zeitdilatations-Effektes im Allgemeinen geht. Hier nochmal zur Erinnerung:

andy2 schrieb:von hinreichenden Untersuchungen ist mir nichts bekannt. Hast du da Links?

Einen Bezug zur Massenverteilung im Universum wirst du nicht finden, weil es den nicht gibt.

Peter0167 schrieb:Wenn das alles nur am Rande etwas mit deiner Fragestellung zu tun hat, solltest du sie vielleicht so formulieren, dass man erkennen kann, worauf du hinaus willst.

Die wissenschaftliche Methodik ist mir klar und sei völlig unbestritten. Es geht um die konkrete Anwendung derselben. Mir scheint, dass die Effekte der Zeitdilatation bei den Berechnungsmodellen nicht berücksichtigt wurden.

andy2 schrieb:Mir scheint, dass die Effekte der Zeitdilatation bei den Berechnungsmodellen nicht berücksichtigt wurden.

Ich denke mal, da hast du recht.

@andy2

Hast du dir mal überlegt, warum wir supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien entdeckt haben, die über 10 mrd. LJ von uns entfernt sind? Nach deiner These dürften wir die doch gar nicht sehen.

Also, wieso wissen wir etwas von diesen Schwerkraftmonstern am Rande des beobachtbaren Universums? Entscheidet die Zeitdilatation willkürlich was sie "versteckt" und was nicht?

Peter0167 schrieb:Hast du dir mal überlegt, warum wir supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien entdeckt haben, die über 10 mrd. LJ von uns entfernt sind? Nach deiner These dürften wir die doch gar nicht sehen.

Allerdings habe ich mir das überlegt. Wie sie entstanden sind kann ich dir leider auch nicht sagen, aber die Existenz widerspricht ja nicht meiner Grundthese. Wir können auch Gravitationswellen von Kollisionen schwarzer Löcher beobachten, obwohl das paradox klingt, weil wie die Kollision aus unserer Sicht - aus Gründen der dort herrschenden Zeitdilatation - nie beobachten können werden.
Das ist vergleichbar mit dem Licht von Sternen, die vielleicht schon seit Millionen Jahren erloschen sind, wir aber dennoch sehen können.
Das gleiche, was für das Licht gilt, gilt auch für die Gravitation.
Ich habe nie die Existenmz von schwarzen Löchern in Frage gestellt. Und ja, ich habe auch keine Antworten auf alle Fragen, wie ein supermassives schwarzes Loch entsteht.
Mein Punkt ist nur, dass man die bekannten (!) Gesetze der Physik m.E. offenbar nicht hinreichend beachtet und stattdessen mit einem Platzhalter "dunkle Materie" hantiert. Mag sein, dass auch die Zeitdilatation nicht alle Fragen beantwortet, aber man sollte doch die Effekte zumindest in Betracht ziehen bevor man mit etwas Exotischem dunkler Materie daherkommt.
Das kann man - wenn man die Effekte der bekannten Physik beachtet hat - ja immer noch...

andy2 schrieb:aber die Existenz widerspricht ja nicht meiner Grundthese.

Du hast die These aufgestellt, dass die Zeitdilatation schwere Objekte unsichtbar macht. Und ich frage mich dann zwangsläufig, wieso wir schwere Objekte, die für Dilatationseffekte relevant sind, überhaupt sehen können.

Für mich ist darin ein Widerspruch begründet.

Peter0167 schrieb:Also, wieso wissen wir etwas von diesen Schwerkraftmonstern am Rande des beobachtbaren Universums? Entscheidet die Zeitdilatation willkürlich was sie "versteckt" und was nicht?

"Willkürlich" sicherlich nicht. Aber darum geht es ja gerade. Man müsste zunächst einmal errechnen und feststellen, wie das Universum überhaupt "tatsächlich" aussieht. Wie gesagt, wir können zwar die Effekte von "aktuellen" Gegebenheiten heute aus unserer Sicht sehen und messen, aber eben nicht die Ursache bzw. den Urgrund selbst. Grund hierfür ist zum Einen die Verzögerung der Informationsübertragung durch die Begrenzung der Lichtgeschwindigkeit und (!) eben die Effekte der Zeitdilatation.

Peter0167 schrieb:Du hast die These aufgestellt, dass die Zeitdilatation schwere Objekte unsichtbar macht. Und ich frage mich dann zwangsläufig, wieso wir schwere Objekte, die für Dilatationseffekte relevant sind, überhaupt sehen können.

Für mich ist darin ein Widerspruch begründet.

Vielleicht habe ich mich unklar ausgedrückt: Meine Aussage ist, dass Informationen aus dem Bereich extrem massereicher Objekte uns nicht erreichen können.
Und: wir können eben solche Objekte tatsächlich nicht sehen. Wir können nur ihre Wirkungen messen. Nach meiner These können diese messbaren Wirkungen allerdings nur solche sein, in denen die Wirkungen der Zeitdilatation bereits eine abgeschwächte Wirkung haben. Die Grundursache selbst, bei der für uns die Zeit still steht, sollte eigentlich unserer Messung verborgen bleiben.
Ich gebe offen zu, dass meine These sicher nicht alle Fragen beantwortet und viele neue Fragen aufwirft, die ich auch nicht beantworten kann. Aber plausibler als die Annahme einer dunklen Materie erscheint sie dennoch