Im Multiversum: Weltgebäude auf dem Prüfstand - Das Interview zum historischen Ereignis in Bad Honnef

Sechs Tage lang war Bad Honnef für Astrophysiker und Kosmologen der Nabel der Welt! Im Physikzenrum Bad Honnef diskutierten 95 Wissenschaftler aus der ganzen Welt darüber, ob unsere physikalische Weltsicht einer Änderung bedarf.

Es ging unter anderem darum, woher die kleinsten Galaxien im Universum stammen: Sind sie voll von ‘dunkler Materie‘, wie es manche Beobachtungen andeuten? Oder sind sie durch Kollisionen anderer Galaxien entstanden? Dann könnten sie jedoch keine dunkle Materie enthalten. In letzter Konsequenz würde das eine Modifizierung der Newtonschen Gravitationstheorie erfordern. Unser gesamtes Weltbild steht somit auf dem Prüfstand.

Prof. Dr. Pavel Kroupa, Physiker der Universität Bonn und Organisator des historischen Events, stand uns nach der Konferenz für ein längeres Interview zur Verfügung.

FreieHONNEFER: Nach der Konferenz in Bad Honnef - Wie lautet Ihr Fazit? Existiert die Dunkle Materie? Gibt es ein neues Verständnis der Kosmologie?

Prof. Dr. Pavel Kroupa: Es ist noch viel zu früh zu behaupten, dass die Astronomen bereits zu der Schlussfogerung gekommen sind, dass es keine dunkle Materie in dem Sinne gibt, welche z.Z. in der Standardkosmologie postuliert wird. Zu gewaltig wäre der Umbruch, der mit dieser Feststellung einherginge, denn die Kosmologie müsste völlig überarbeitet werden. Aber, es wird immer deutlicher, dass das einfache Bild eines von dunkler Materie erfüllten Universums recht große Schwierigkeiten hat, die Eigenschaften von Galaxien zu erklären, und dass eine modifizierte Dynamik deutlich grössere Erfolge feiern kann. Leider haben wir aber noch kein sehr gutes Verständnis dieser alternativen Dynamik. Die Modifizierte Newtonsche Dyanmik (MOND) geht davon aus, dass eine Natukronstante eingeführt werden muss. Diese ist eine kritische Beschleunigung, unter der sich die Dynamik ändert. Interessanterweise erinnert das Einführen einer neuen aber noch unverstandenen Größe an Plancks h (Plancksches Wirkungsquantum) - auch damals musste Planck die Planckkonstante einführen, um Beobachtungseffekte zu beschreiben, die sonst nicht erklärbar waren (das Strahlungsspektrum eines schwarzen Körpers). Heute  wissen wir natürlich, dass dieses die Geburtsstunde der Quantenmechanik war, und dass das h mit Energiequanten verbunden ist.

FreieHONNEFER: Muss das Newtonsche Gravitationsgesetz nun geändert werden? Hat sich Einstein in seiner Beschreibung von Gravitationsfeldern geirrt?

Prof. Dr. Pavel Kroupa: Wenn es stimmt, dass die kleinsten Galaxien, die Satelliten der Milchstraße und von Andromeda, nicht von dunkler Materie gefüllt sind, dann müssen die Rechenprogramme umgeschrieben werden: wir müssten dann zu anderen Bewegungsgleichungen übergehen, welche nicht durch das heute in der Standardkosmologie eingesetzte Newtonsche Kraftgesetz gegeben werden. In diesem Falle würde es bedeuten, dass die Einsteinschen Feldgleichungen im Falle extrem schwacher Felder geändert werden müssten. Durch unsere Untersuchungen der Satellitengalaxien der Milchstraße, und der “tidal-dwarf galaxies” (zu deutsch: “Gezeiten-Zwerggalaxien“), testen wir also die Allgemeine Relativitätstheorie im Grenzfall der sehr schwachen Felder, bzw. sehr schwacher Raumzeitkrümmung.

FreieHONNEFER: Zum “the missing satellites problem”: Volker Springel vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching beschäftigt sich mit der Simulation unseres Universums mittels eines Supercomputers: “In unserer aktuellen Simulation führt die Verklumpung der Materie dazu, dass Galaxien von der Größe der Milchstraße stets von riesigen Schwärmen aus Minigalaxien umkreist werden.” Dabei gibt es bloß ein Problem: Im real existierenden Universum ist von derartigen Trabanten der Milchstraße nichts zu sehen. Wurden die Phantomgalaxien bislang nur deshalb nicht entdeckt, weil in ihnen gar keine Sterne leuchten? Ist die Massedichte in ihnen einfach zu gering, um das Sternenfeuer zu entzünden?” (Quelle und Lesetipp: http://www.spiegel.de/spiegel/0,1518,626876,00.html). Unsere Frage: Wie passt diese Entdeckung zu Ihrer Theorie?

Foto: Prof. Dr. Pavel Kroupa von den Astronomischen Instiuten der Universität Bonn - “(…) sagenhafte Chancen gibt für junge Wissenschaftler, um Ideen auszuprobieren, welche nicht ins Standarddenken passen.”, (c) Uni Bonn

Prof. Dr. Pavel Kroupa: Nun, dieses Problem der fehlenden Satelliten ist eines der ganz großen Probleme der heutigen Kosmologie. Es wurde und wird viel Aufwand betrieben, um zu erklären, warum nur ca ein Prozent der Satelliten Sterne enthalten sollten. Dieses klappt in etwa: man postuliert, dass die hellen massereichen Sterne das Gas aus den kleinen Galaxien herausblasen, oder sich Gas gar nicht erst ansammeln kann, weil es von außen aufgeheizt wird. Leider erklären diese Berechnugnen aber nicht, warum die Satelliten der Milchstraße in einer Ebene liegen, welche rechtwinklig auf der Ebene der Milchstraße steht.

Unsere Milchstraße hat einen Durchmesser von ca. 100.000 Lichtjahren, während diese Satellitenebene einen Durchmesser von ca 1.2 Millionen Lichtjahren und eine Dicke von ca 100.000 Lichjahren hat. Diese riesige Scheibe aus Satellitengalaxien scheint sogar zu rotieren, d.h. also, die meisten der Satelliten umlaufen die Milchstraße in der selben Richtung. Es ist dieser Befund, welcher im Widerspruch zur Standardkosmologie steht (neben anderen Befunden natürlich). Die einfache Erklärung ist nun die, dass die Satelliten aus Schrott entstanden, welcher während der Entstehungszeit der Milchstraße herausgeschleudert wurde. Solches herausgeworfenes Material, welches auch neue Zwerggalaxien bildet, wird sogar auch im heutigen Universum beobachtet: wir kennen recht viele Galaxien, welche gerade zusammenstoßen, und wo genau dieses passiert. Das Problem wäre dann aber, dass de fakto alle Satellitengalaxien solche “tidal-dwarf galaxies” wären, so dass es keine kleine Dunkle-Materie-Satelliten gäbe. Die bisherige Theorie, welche auf der Annahme basiert, dass es dunkle Materie gibt, würde leider völlig versagen. Das wäre aber ncht weiter schlimm, denn wir würden dadurch neue Einsichten erlangen; zum einen in die Natur der Gravitation, zum anderen in die Ereignisse, als sich die Milchstraße bildete.

FreieHONNEFER: Die Gravitationskraft gilt als die schwächste der bekannten Naturkräfte. In einem der zahlreichen theoretischen Modelle wird allerdings vermutet, dass die Gravitation in Wahrheit die stärkste aller Kräfte ist, welche viele Multi-Universen zusammenhält und diese durchdringt. Danach nehmen wir in unserem sichtbaren Universum nur eine’Facette’ ihrer Kraft wahr, die uns eher schwach erscheint. Was halten Sie von dieser Theorie und wie passt Sie zu Ihren eigenem Modell?

Prof. Dr. Pavel Kroupa: Wir sind dabei, die Gravitation im Grenzfall der sehr schwachen Beschleunigungen zu testen. Ob es sich bei der Gravitation um eine echte Kraft handelt, also ob es ein Austauschteilchen gibt, oder ob sie lediglich eine Manifestation der Raumzeitverzerrung ist, welche mit möglicherweise zusätzlichen Feldern nicht-Newtonsche Effekte aufweist, oder ob es sich um Effekte komprimierter höherer Dimensionen handelt, können wir nicht erfahren. Wir können aber durch unsere Forschung das Erscheinungsbild der Gravitation weiter genauer beschreiben, welche die theoretischen Arbeiten zur Natur der Gravitaton einschränken.

FreieHONNEFER: Was halten Sie von der Entdeckung des Physikers Dr. Martin Tajmar; Tajmar ist davon überzeugt, dass ihm der experimentelle Nachweis eines künstlichen Schwerefeldes gelungen ist. Mehr unter http://www.freiehonnefer.de/kuenstlichegravitation.htm

Prof. Dr. Pavel Kroupa: Es handelt sich hier möglicherweise um den experimentellen Nachweis des allgemeinrelativistischen Lense-Thirring-Effekts auf der Erde. Dieses wäre eine sehr bedeutende Entdeckung, ist aber nicht mit unserer Forschung direkt verbunden.

FreieHONNEFER: Wie bewerten Sie den Erfolg der Konferenz in Bad Honnef?

Prof. Dr. Pavel Kroupa: Den vielen außerordentlich positiven Rückmeldungen der Delegierten zur Folge, war die Konferenz ein sehr großer Erfolg. Wir hatten zum einen ein innovatives ‘Abstraktbuch’ erstellt, welches im A5 Format sehr handlich war, und die Zusammenfassungen der Vorträge im gebundenen Taschenbuchformat handlich und praktisch enthält. Zudem hatten wir ein Tagungprogramm erstellt, welches reichlich Zeit für Diskussionen erlaubte und eine entspannte Atmosphäre sicherstellte. Weiterhin sicherten wir eine gute Mischung von Beiträgen zu Themen, welche sich mit Standardtheorien und solchen, welche sich mit Alternativen befassen, so dass sich das Publikum nicht trennte, sondern alle Faktionen fleißig zuhören und diskutieren konnten. Die finanziele Unterstützung, insbesondere durch die DFG aber auch durch die ESF durch ASTROSIM und durch das DFG-Schwerpunktprogramm 1177, erlaubten es mir, die Kosten für einen Teil der Teilnehmer zu übernehmen. Dadurch hatten wir viele junge und sehr interessierte Teilnehmer, und es sind genau diese, welche ja unser zukünftiges Weltbild tragen werden.

Das Physikzentrum Bad Honnef ist ein ganz ausgezeichnetes Ambiente für Tagungen, und die ausländischen Gäste waren von diesem Gebäude und der Umgebung wirklich hingerissen. Die abendlichen Diskussionen während und nach dem Abendbuffet im Bierkeller standen ganz in der Tradition des Hauses - eine völlig ausgelassene und entspannte Atmosphäre der wissenschafltichen Geselligkeit. Es war einfach nur toll zu sehen, wie die jungen Wissenschaftler aus verschiedenen Denkrichtungen miteinander Tranken und Diskutierten. Der wesentliche Erfolg der Tagung liegt darin, dass vielen sehr bewusst geworden ist, dass das alte Weltbild ernste Probleme hat, dass es aber sehr aufregende und spannende neue Wege gibt, die wir untersuchen können und müssen. Dieses bedeutet, dass es viele sagenhafte Chancen gibt für junge Wissenschaftler, um Ideen auszuprobieren, welche nicht ins Standarddenken passen, aber dafür die Physik bereichern werden.

Die Tagungsorganisatoren sind nun dabei, eine DVD zu produzieren, welche die Vorträge im pdf-Format sowie Visualisierungen und Photos enthalten wird. Diese DVD wird an die Teilnehmer, an einige Bibliotheken und die FreieHONNEFER verschickt werden, um ein bleibendes Dokument dieser Tagung zu gewährleisten.

FreieHONNEFER: Hat den internationalen Konferenzteilnehmern ihr Aufenthalt in Bad Honnef gefallen? Wie war das Echo Ihrer Gäste?

Prof. Dr. Pavel Kroupa: Das Echo war exzellent. Es gibt eine Vielzahl von sehr positiven Rückmeldungen über die Tagung und das Ambiente. Die Diskussionsabende im Bierkeller werden den meisten wohl für immer eine sehr schöne Erinnerung bleiben. Besonders beeindruckt waren die Delegierten über den hochmodernen Hörsaal des Physik-Zentrums, dessen technischer Ausstattung und akkustischer Qualität. Nicht wenige äußerten sogar die Meinung, dass dies der beste Hörsaal war, den sie jemals erlebt hätten. Die vielen Vorträge waren ohnehin von höchster Qualität, aber sie wirkten natürlich besonders beeindruckend in dieser Umgebung. Wenn man mal nicht auf den Vortragenden blickte, sondern hinaus durch die großen Fenster des Hörsaales in den schönen Garten des Physik-Zentrums, so trug dies zu einer Beruhigung des Seele bei, und war sicherlich ein wichtiger Grund, warum die Diskussionen des zum Teil doch schweren und kontroversen Stoffes in Frieden stattfanden.

Das Interview führte Christian Preuß

Linktipp: From Inside Germany: Tidal Dwarf Galaxies ‘met’ in Bad Honnef!