Das Dunkle Universum: Der Wettstreit Dunkler Materie und Dunkler Energie: Ist das Universum zum Sterben geboren?

670 Pages·2017·29.7 MB·English

Adalbert W.A.P auldrach
Das Dunkle
Universum
Der Wettstreit Dunkler Materie
und Dunkler Energie:
Ist das Universum zum Sterben
geboren ?
2. Auflage
Das Dunkle Universum
Adalbert W.A. Pauldrach
Das Dunkle Universum
Der Wettstreit Dunkler Materie
und Dunkler Energie:
Ist das Universum zum Sterben
geboren?
2. Auflage
Prof. Dr. Adalbert W.A. Pauldrach
Ludwig-Maximilians-Universität München
München, Deutschland
ISBN 978-3-662-52915-7 ISBN 978-3-662-52916-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-52916-4
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Einbandentwurf: deblik Berlin
Umschlagbild: Hauptbild: Karte der Verteilung der Dunklen Materie innerhalb der inneren Region
von 2 Mio. Lichtjahren des 2.2 Mrd. Lichtjahre entfernten Galaxienclusters Abell 1689, der mehr als
1000 Galaxien enthält (die Konzentration der Dunklen Materie ist im Kernbereich des Galaxienclusters
erheblich größer als erwartet und übersteigt in seiner Gesamtmasse die sichtbare Masse des Clusters
um mehr als einen Faktor 10; die Karte der Verteilung der Dunklen Materie resultiert aus einer
Analyse von Daten, die man aus Messungen des Gravitationslinseneffekts erhalten hat und die man
wie ein gigantisches Puzzle zusammensetzen musste; diese Karte wurde der Hubble-Space-Teleskop-
Beobachtung von Abell 1689 in blauer Farbe überlagert). (©: NASA, ESA, E. Jullo (Jet Propulsion
Laboratory), P. Natarajan (Yale University), and J.-P. Kneib (Laboratoire d‘Astrophysique de Marseille,
CNRS, France). Grafk: A. W. A. Pauldrach.)
Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier
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Die Anschrift der Gesellschaft ist: Heidelberger Platz 3, 14197 Berlin, Germany
Nigrescunt omnia circum.
„Et lux in tenebris lucet,
et tenebrae eam non comprehenderunt.“
Carpe horas dum lux clarescit.
(Im Umfeld wird alles Dunkel.
„Und das Licht scheint in der Dunkelheit,
und die Dunkelheit hat es nicht erfasst.“
Nütze die Zeit, solange das Licht leuchtet.)
Für Isolde
Vorwort zur Neuauflage des Buches
Die Vermittlung der als fortlaufende Geschichte gedachten Beiträge zum Verständ-
nis der Physik des Universums erfolgt im vorliegenden Buch auf zwei getrennten
Wegen.
Der erste Weg wird dabei durch das alleinige Lesen des Textes sowie die
Betrachtung der zahlreichen Skizzen und Abbildungen beschritten, wobei die
leicht mathematisch angehauchten Exkurse auf diesem Pfad übergangen werden
sollten. In dieser Form richtet sich das Buch an alle, die Freude am Durchdenken
zusammenhängender astronomischer und physikalischer Probleme haben; also an
alle astronomie- und physikinteressierte Leserinnen und Leser aller Altersstufen
und fachlicher Ausrichtungen. Die einzige Voraussetzung ist, dass man mehr über
unser bestehendes Universum und dessen Zukunft erfahren will und großen Spaß
daran hat.
Sich an dieser Voraussetzung orientierend, fällt das Buch natürlich auch nicht
mit der Tür ins Haus, indem es sich augenblicklich und uneingeschränkt mit den
markanten Dunklen Elementen, die unser Universum dominieren, befasst, sondern
es schafft zunächst einmal einen innenarchitektonischen Rahmen, in den sich dann
die „Dunklen Zwei“ eingliedern.
Da sie dies auf äußerst diffizile Weise tun, muss der Rahmen hinsichtlich vieler
Punkte mit Tiefgang bedacht werden, und es muss auch aufgezeigt werden, wie
nahezu alles Wesentliche im Universum im Zusammenhang steht. Zumeist ist es
sogar gerade das nebensächlich Erscheinende, das beim Durchleuchten Hinweise
auf Steuerungsmechanismen offenbart, die das Universum daraufhin in einem
neuen, anfänglich nicht gedachten Rahmen erscheinen lassen.
Man sollte beim Lesen also nicht gleich ungeduldig werden, wenn man das
Gefühl bekommt, dass die Dunklen Elemente in das Gesamtgeschehen nur spo-
radisch einfließen. Denn wenn alles bereitgestellt ist und der Rahmen im großen
Glanz erstrahlt, wird deutlich werden, dass sie sehr wohl dazugehören, und dann
dürfen sie auch zuschlagen, die Dunkle Materie und die Dunkle Energie, und zwar
auf natürlichem Weg, unvermeidbar und mit voller Wucht.
Am Ende wird sich also zeigen, dass der Autor den Faden unterwegs nicht ver-
loren hat, und das sei bereits an dieser Stelle versprochen.
Es wird nun niemanden überraschen, dass sich der zweite Weg nicht durch das
alleinige Lesen des Textes sowie der Betrachtung der Abbildungen erschließt, son-
vII
vIII vorwort zur Neuaufage des Buches
dern dass ihm bezüglich auch empfohlen wird, die Exkurse in das persönliche Ver-
ständnis einzugliedern.
Dies gilt auch für eine Reihe von Fußnoten – zumeist die länglichen –, die zur
besseren Abrundung, Abgrenzung, Einschränkung und Erweiterung von Aussagen
maßgeblich an sachlich vorbelastete Leser gerichtet sind.
Wenn man sich auf den Weg macht, den Ablauf des im Buch geschilderten
Geschehens auch mit den vom Fließtext klar abgegrenzten Exkursen nachzuvoll-
ziehen, dann könnte man sicherlich zu dem Schluss kommen, das Buch als fachbe-
zogenes Sachbuch mit Lehrbuchcharakter einzustufen.
In dieser Form richtet sich die fortlaufende Geschichte des Buches dann an
Schüler ab dem Ende der Mittelstufe, deren Lehrer, naturwissenschaftliche Studi-
enanfänger, aber auch in der Sache fortgeschrittene Fachstudenten sowie interes-
sierte Studenten aller anderen Fachbereiche.
München, Deutschland Adalbert W.A. Pauldrach
Vorwort des Verlags
Der Verlag weist darauf hin, dass einige Schlussfolgerungen des Autors in Kap. 18
bisher nicht in Fachzeitschriften veröffentlicht worden sind und somit noch keinen
Peer-Review Prozess durchlaufen haben.
Ix
Prolog
Postulieren statt kapieren?
Die Autorität subjektiven Urteils vor objektiver Erkenntnis
Wissen schaffende Disziplinen werden zumeist von einem subjektiven Charakter
geprägt, dessen Ursprung im menschlichen Denken und Handeln liegt und der mit
der realen Welt oftmals nur schwer vereinbar ist.
Auch die Naturwissenschaften sind in dieser Welt verankert und fnden sich in
einem historisch gewachsenen Rahmen wieder, allerdings unterscheiden sie sich
von den übrigen Wissen schaffenden Disziplinen dadurch, dass sie das Experiment
in den Mittelpunkt des Geschehens rücken.
1
Als Experiment bezeichnet man dabei eine Fragestellung an die Natur, wobei
dieser Frage zumeist bereits eine bestimmte Annahme zugrunde liegt, die man
durch das Experiment überprüft haben will.
Das Experiment selbst benötigt eine Versuchsanordnung für den Ablauf der
Durchführung der Beobachtungen, wobei die Ansammlung von Beobachtungsfak-
ten das Fundament für die Naturwissenschaft darstellt.
Die Beobachtungen kennzeichnen dabei feststellbare Veränderungen an einem
System, die grundsätzlich wiederholt wahrgenommen und prinzipiell von jedem
nachgeprüft werden können, auch wenn der Aufwand für so manche Nachprüfung
in finanzieller Hinsicht Nationen übergreifende Solidarität erfordern kann.
Was die Durchführung der Experimente betrifft, wurde eine Vielzahl von Ins-
trumenten als Hilfsmittel entwickelt, zu denen zum Beispiel Teleskope, Mikros-
kope und Oszilloskope oder aber Spektrometer, Thermometer, Manometer und
Pyrometer sowie Satelliten, Teilchenbeschleuniger und Neutrinodetektoren zählen.
1Der Begriff Experiment leitet sich von dem lateinischen Wort „experimentum“, das „Versuch“
oder „Prüfung“ bedeutet, ab.
In der Regel sind Zählungen, Messungen oder die visuelle beziehungsweise akustische Wahr-
nehmung des Verhaltens des Untersuchungsobjekts der wesentlichste Aspekt des Experiments.
Ein Experiment stellt damit eine methodisch angelegte Untersuchung zur systematischen Gewin-
nung von Information und Daten dar, die Grundlage für alle weitergehenden Überlegungen sind.
xI
xII Prolog
Auf der Grundlage der mit solchen Instrumenten gewonnenen Beobachtungs-
fakten kann eine Form von Wissen aufgebaut werden, die im Prinzip das Prädikat
„objektiv“ verdient.
Die Verwendung des Begriffes „im Prinzip“ macht allerdings deutlich, dass der
Tatsache, dass sich zum Beispiel die Physik als objektive Wissenschaft präsentiert,
etwas entgegenzuhalten ist.
Entgegenzuhalten ist, dass die Welt sich nicht verändert, obgleich die Physik
bisweilen einem dramatischen Wandel unterworfen ist.
Diese Umbrüche gehen zum Teil sogar so weit, dass die physikalische Gemein-
schaft den Begriff des „Paradigmenwechsels“ geprägt hat, wobei sie damit eine
radikale Änderung des Blickwinkels auf ihr wissenschaftliches Gebiet meint und
auch eine grundlegende Umwälzung und Zurechtrückung der Rahmen gebenden
Bestandsstücke nicht ausschließt – zumeist schreckt man aber auch in diesen Fäl-
len davor zurück, die bestehenden Kernstücke einer Sichtweise zu zertrümmern und
daraufhin haltbarer zusammenzukleben, sondern man versucht vielmehr vorsichtig
und behutsam an deren Oberfläche herumzupolieren, um zu retten, was zu retten ist.
Objektive Fakten führen somit nicht zwangsläufig auch zu objektiven Bewer-
tungskriterien!
Dies bedeutet aber, dass auch eine experimentelle Wissenschaft, wie die Phy-
sik, von subjektivem Gedankengut unterwandert wird.
Aber wie kann das sein?
Die Beobachtungsbefunde sind doch mit dem Prädikat des objektiven Realen
ausgezeichnet, denn sie wurden ja aus dem Experiment gewonnen. Und dieses
steht für Erfahrung: nicht die verfälschende des Naturwissenschaftlers, sondern die
des Messvorgangs, die die Natur objektiv erfassen soll, und zwar durch den Schluss
vom Einzelbefund auf den allgemeingültigen Regelfall des Gesetzmäßigen.
Aber es fehlt etwas!
Es fehlt der objektive Analytiker!
Ohne ihn täuscht das Experiment nur Objektivität vor. Zum einen weil die
erforderliche Apparatur von Naturwissenschaftlern ersonnen, konstruiert und
bedient wird, und zum anderen weil die Beobachtungsbefunde nicht für sich spre-
chen – sie müssen eingeordnet, gedeutet und weitergehend interpretiert werden.
Der Naturwissenschaftler nimmt im Experiment also nicht die Natur an sich wahr,
sondern nur das, was seine Apparatur ihm an Messgrößen liefert und was er als
Einordnender und Deutender seiner Zeit erkennen kann.
Die Interpretationen dessen, was wahrgenommen wird, sind damit nicht nur
einer zeitlichen Epoche, sondern auch der subjektiven und möglicherweise vari-
ablen Haltung einzelner Wissenschaftler unterworfen (so hat Edwin Hubble die
Interpretation seiner Beobachtungsbefunde, die die Expansion des Universums
belegen, stets abgelehnt).
Die Naturwissenschaftler sehen die Natur also nicht mit anderen Augen, sie
sehen sie gar nicht!
Was sie sehen, ist eine bildliche Vorstellung, die das Abgebildete ersetzt; dabei
bleibt der Teil der Natur, der nicht abgebildet wurde, jedoch verborgen.