Die Vermessung des Universums: Wie die Physik von morgen den letzten Geheimnissen auf der Spur ist (German Edition)

Die Erklärung dafür ließ sich nur mit Einsteins Relativitätstheorie finden. Die erste Bestätigung der Richtigkeit seiner Allgemeinen Relativitätstheorie bestand darin, dass er mit ihr die Umlaufbahn Merkurs richtig vorhersagen konnte.
    Es könnte sich herausstellen, dass dunkle Materie und dunkle Energie eine Folge bekannter Theorien sind. Es könnte aber auch sein, dass diese fehlenden Bestandteile des Universums einen ähnlich bedeutsamen Paradigmenwechsel ankündigen. Nur die Zeit wird darüber entscheiden, welche dieser Optionen die Probleme der dunklen Materie und dunklen Energie lösen wird.
    Aber dennoch würde ich sagen, dass sich die dunkle Materie sehr wahrscheinlich eher konventionell erklären lässt, d.h. im Einklang mit derjenigen Art physikalischer Gesetze, die wir heute kennen. Warum sollte überhaupt alle Materie sich genauso verhalten wie die uns vertraute Materie, auch wenn die neue Materie in Übereinstimmung mit Kraftgesetzen wirkt, die den uns bekannten ähnlich sind? Um es prägnanter zu formulieren: Warum sollte alle Materie mit Licht interagieren? Wenn uns die Wissenschaftsgeschichte überhaupt irgendetwas gelehrt hat, dann sollte es die Kurzsichtigkeit der Überzeugung sein, dass das, was wir sehen, alles ist, was es gibt.
    Viele Menschen denken anders. Sie finden die Existenz dunkler Materie sehr rätselhaft und fragen, wie es möglich ist, dass die meiste Materie – etwa sechsmal so viel wie die Menge, die wir sehen – etwas ist, das wir mit herkömmlichen Teleskopen nicht entdecken können. Manche argwöhnen sogar, dass die dunkle Materie in Wirklichkeit eine Art Irrtum sei. Ich persönlich denke genau das Gegenteil (obwohl zugegebenermaßen nicht einmal alle Physiker die Sache so sehen). Vielleicht wäre es sogar noch rätselhafter, wenn die Materie, die wir mit unseren Augen sehen können, alle Materie wäre, die existiert. Warum sollten wir vollkommene Sinne haben, die alles direkt wahrnehmen können? Abermals lehrt uns die Physik im Laufe der Jahrhunderte, wie viel sich der Sicht entzieht. Aus dieser Perspektive ist es rätselhaft, warum der Stoff, den wir kennen, gar so viel wie 1/6 der Energie aller Materie ausmachen sollte, ein scheinbarer Zufall, den meine Kollegen und ich gegenwärtig zu verstehen versuchen.
    Wir wissen, dass es etwas geben muss, das die Eigenschaften der dunklen Materie besitzt. Obwohl wir es nicht gerade »sehen«, stellen wir doch den Gravitationseinfluss der dunklen Materie fest. Wir wissen aufgrund umfassender Beobachtungsbelege für ihre Gravitationswirkungen im Kosmos, dass dunkle Materie existiert. Der erste Hinweis auf ihre Existenz ergab sich aus der Geschwindigkeit, mit der Sterne in Galaxiehaufen rotieren. 1933 beobachtete Fritz Zwicky, dass Galaxien in Galaxiehaufen das Zentrum schneller durchlaufen, als durch die sichtbare Masse erklärt werden konnte, und Jan Oort beobachtete kurze Zeit später ein ähnliches Phänomen in der Milchstraße. Zwicky war von seiner Arbeit hinreichend überzeugt, um die Existenz dunkler Materie zu vermuten, die niemand direkt sehen konnte. Aber keine dieser Beobachtungen war zwingend. Eine fehlerhafte Messung oder irgendein anderer Aspekt der Galaxiedynamik schien eine viel plausiblere Erklärung zu sein als eine unsichtbare Substanz, die nur zu dem Zweck erfunden wurde, zusätzliche Gravitationsanziehung zu liefern.
    Als Zwicky seine Messungen durchführte, verfügte er nicht über die Auflösung, um einzelne Sterne zu sehen. Viel solidere Belege für dunkle Materie stammten von Vera Rubin, einer Beobachtungsastronomin, die viel später – in den späten 1960er und frühen 1970er Jahren – detaillierte quantitative Messungen von Sternen durchführte, die in Galaxien rotieren. Was zunächst eine »langweilige« Untersuchung von Sternen mit Umlaufbahnen in einer Galaxie zu sein schien – eine Untersuchung, der sich Vera zuwandte, da sie ein Gebiet mit weniger ausgetretenen Pfaden bot als andere astronomische Tätigkeiten zu jener Zeit –, erwies sich als die ersten soliden Belege für dunkle Materie im Universum. Rubins Beobachtungen, die sie zusammen mit Kent Ford anstellte, lieferten unumstößliche Belege dafür, dass Zwickys Jahre zuvor gezogene Schlussfolgerung richtig gewesen war.
    Sie könnten sich fragen, wie jemand durch ein Teleskop schauen und etwas Dunkles sehen kann. Die Antwort ist, dass sie die gravitativen Folgen beobachten. Die Eigenschaften einer Galaxie, wie z.B. die Geschwindigkeit,