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Kosmologie: Gegenwind für die dunkle Materie

Große Himmelsobjekte bewegen sich anders als nach den Gravi­tationsgesetzen vorhergesagt. Die meisten Kosmologen machen dafür die Wirkung noch unbekannter Teilchen verantwortlich. Ein theoretischer Physiker widerspricht – und belebt mit seinem neuen Ansatz eine alte Debatte.
Erik Verlinde

Seit nunmehr acht Jahrzehnten rätseln Wissenschaftler über eine Substanz, die sie nicht sehen können, deren Schwerkraft sie aber benötigen, um die Bewegungen der Galaxien zu erklären. Diese so genannte Dunkle Materie sollte sogar fünfmal so viel Masse besitzen wie alle übrigen Objekte im All zusammen. Wir kennen demnach nur einen Bruchteil unseres Universums – obwohl Tausende von Physikern nach den Teilchen fahnden, aus denen die Dunkle Materie bestehen könnte. Da sie sich nur durch ihre Gravitationskraft bemerkbar macht, sendet sie kein Licht aus und absorbiert keines. Es ist also unmöglich, sie in Teleskopen direkt zu sehen. Dennoch glaubt die Mehrzahl der Astronomen an ihre Existenz.

Am Ausgangspunkt ihrer Überlegungen steht dabei eine zentrale Annahme: Wir wissen genau, wie sich Himmelskörper bewegen. Dort, wo sie sich nicht so verhalten wie erwartet, verrät sich demnach die Dunkle Materie als Einfluss einer verborgenen Masse. Was allerdings, wenn die grundlegenden Theorien über die Bahnen von Objekten im Universum falsch sind? Was, wenn die Schwerkraft auf sehr großen Skalen anders funktioniert? Dann wären womöglich gar keine unsichtbaren Bausteine nötig, um eigenartige Befunde zu erklären, sondern vielmehr neue Gesetze.

Dieses Argument vertritt nur eine Minderheit der Kosmologen, dennoch wird es in Fachkreisen seit einiger Zeit wieder intensiv diskutiert. Anlass dafür war ein Vorschlag von Erik Verlinde, einem theoretischen Physiker an der Universität Amsterdam. Er ist für seine kühnen und weitsichtigen, mitunter nicht ganz ausgereiften Ideen bekannt. Am 7. November 2016 veröffentlichte Verlinde online einen 51 Seiten langen Artikel. Darin erklärt er die Gravitation zu einem Produkt quantenmechanischer Wechselwirkungen. Die zusätzliche Schwerkraft, die man der Dunklen Materie zuschreibt, ist seiner Ansicht nach ein Effekt der so genannten Dunklen Energie, die in das raumzeitliche Gefüge des Universums eingewoben ist und dessen beschleunigte Expansion antreibt (siehe Spektrum September 2016, S. 12). Dunkle Materie sei nicht eine Ansammlung unsichtbarer Teilchen, sondern ein Wechselspiel zwischen gewöhnlicher Materie und Dunkler Energie ...

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  • Quellen

Brouwer, M. M. et al.: First Test of Verlinde‘s Theory of Emergent Gravity Using Weak Gravitational Lensing Measurements. In: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 466, S. 2547–2559, 2017

McGaugh, S. S. et al.: Radial Acceleration Relation in Rotationally Supported Galaxies. In: Physical Review Letters 117, 201101, 2016

Verlinde, E. P.: Emergent Gravity and the Dark Universe. In: arXiv, 1611.02269, 2016