Ausstehende Probleme in Astrophysik und Kosmologie

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Ungeklärte Probleme in der Astrophysik und Kosmologie der Gegenwart.

...Beide Disziplinen sind buchstäblich überwältigt von der Masse ungeklärter Probleme. Historisch gesehen durchlief die Erforschung des Kosmos mehrere Etappen. Wir werden hier nicht die Geschichte der Astronomie nachzeichnen. Die Spektroskopie ermöglichte wichtige Daten über Zusammensetzung und Temperatur von Objekten, und die Messung des Dopplereffekts erlaubte die Bestimmung von Geschwindigkeitsfeldern und die Abschätzung von Sternmassen, bei Entfernungen, die um viele Größenordnungen den Durchmesser des Sonnensystems übertreffen. Die Entdeckung von Entfernungsmessstäben (Cepheiden) erlaubte es, diese Entfernungsmessungen bis zu kosmologischen Skalen (50 Millionen Lichtjahre) auszudehnen.

...Die Anwendung der Werkzeuge der Differentialgeometrie auf die Kosmologie (Feldgleichung) ermöglichte eine neue Perspektive auf bestimmte Phänomene (kosmische Expansion, lokale relativistische Effekte).

...Die Entdeckung der Kernphysik ermöglichte die Entwicklung von Sternmodellen. Doch wie oben bereits gezeigt wurde, wurde die scheinbare Beherrschung des Sternbetriebs durch den Menschen plötzlich in Frage gestellt.

...Durch dieselbe Kernphysik konnte man weiter in die Vergangenheit zurückgehen und beispielsweise die Häufigkeit von Helium erklären.

Aber:

• Es existiert kein theoretisches Modell einer Galaxie. In diesem Bereich ist man noch nicht über den empirischen Stand hinausgekommen.

• Es ist unbekannt, wie diese Objekte entstehen, warum sie eine bestimmte Masse haben und nicht eine andere, und wie sie sich entwickeln. Die Form der Rotationskurve von Galaxien, die eine hohe periphere Geschwindigkeit aufweist, bleibt ein Rätsel.

• Die Theorien zur spiraligen Struktur, die ausschließlich auf numerischen Simulationen basieren, sind äußerst umstritten.

• Es besteht ein erheblicher Widerspruch zwischen gemessenen Massen und Geschwindigkeitsfeldern (Phänomen der fehlenden Masse).

• Ähnliche Diskrepanz besteht bei Galaxienhaufen.

• Es gibt zahlreiche sehr unregelmäßige Galaxien, über die der englische Astronom Sir James Jeans sagte: „Wenn man solche Formen sieht, kann man der Vorstellung nicht widerstehen, dass hier gewaltige Kräfte im Kosmos wirken, deren Natur uns unbekannt ist.“

• In der Kosmologie besteht ein gewisser Widerspruch zwischen dem Alter des Universums, das aus den ältesten Sternen unserer Galaxie und aus Messungen der Expansion (Hubble-Gesetz, Hubble-Konstante) abgeleitet wird.

• Es ist nicht möglich, die großräumige, lückenhafte Struktur des Universums zu erklären, bei der Galaxien um riesige Leerräume verteilt sind.

• Es wurden zahlreiche Galaxienpaare entdeckt, die gegen das Hubble-Gesetz verstoßen (die näher gelegene Galaxie weist einen höheren Rotverschiebungswert auf als die zweite, die im Hintergrund liegt).

• Es wurden Quellen mit extrem hoher Rotverschiebung entdeckt, deren Größe nicht größer ist als die des Sonnensystems, aber die genauso viel Energie emittieren wie eine ganze Galaxie (Quasare). Die Energiequelle ist unbekannt. Einige Astronomen vermuten, dass es sich um Kerne „aktiver Galaxien“ (Seyfert-Galaxien) handelt. Doch wenn man sie nach der Definition einer „aktiven Galaxie“ fragt, deren Kern scheinbar in Explosion befindet, antworten sie: „Sie beherbergt im Zentrum einen Quasar.“

• Im Durchschnitt registrieren Astronomen etwa einen Gamma-Blitz pro Tag. Mechanismus, Entfernung und Natur des Emitters sind unbekannt.

• Gravitationslinsenwirkungen, die mit Galaxien und Galaxienhaufen verbunden sind, entsprechen nicht den Massen dieser Objekte.

• Die Theorie hatte die Existenz von Resten massereicher Sterne, Neutronensterne, vorhergesagt. In der Regel, wenn ein Objekt von einem visionären Theoretiker vorhergesagt wurde (wie die Supernovae von Fritz Zwicky 1931), wurden bald darauf mehrere, dann Hunderte entdeckt: Neutronensterne (die bei schneller Rotation als Pulsare bezeichnet werden). Diese sind häufig mit einem anderen Stern verbunden, der ihnen über die Masse hinweg eine Masse zuführt, die sie notwendigerweise ab und zu über ihre „kritische Masse“ – geschätzt auf 2,5 Sonnenmassen – hinausführen muss. In diesem Fall können die untereinander dicht gepackten Neutronen die Gravitationskraft nicht mehr ausgleichen, und das Objekt stürzt in sich zusammen. Diesen Kollaps können wir nicht beschreiben. Das Modell des Schwarzen Lochs, das als Lösung der Feldgleichung herangezogen wird, weist einen störenden Mangel auf. Es ist Lösung der Gleichung:

**S **= 0

also einer Gleichung, bei der T = 0 gilt, die einen Raum beschreibt, in dem die Energiedichte-Materie null ist. Außerdem spricht gegen dieses Modell die Seltenheit von Kandidaten für Schwarze Löcher seit dreißig Jahren, obwohl diese Objekte in der Forschung in allen möglichen Zusammenhängen verwendet werden, um alles und jedes zu „erklären“.

• Zurück zur Kosmologie: Das Standardmodell, das sogenannte „Big Bang“-Modell, kann die bemerkenswerte Homogenität dieser fossilen Spur des frühen Universums, des Hintergrundstrahlung bei 2,7 K, nicht erklären. Laut diesem Modell entfernten sich zwei benachbarte Teilchen in der frühen Phase des Universums mit einer Geschwindigkeit, die größer als c war. Sie konnten daher nicht miteinander wechselwirken. Das frühe Universum war also nicht kollisionsfähig. Warum war es dann so homogen?

• Es ist unmöglich, die Zeit ab einem bestimmten Punkt rückwärts zu definieren. In jedem Fall ist die Beschreibung des Universums in seinem hyperdichten und hyperheißen Zustand durch die aktuelle Krise in der Hochenergiephysik beeinträchtigt.

• Das Standardmodell, das auf einer Lösung der Einstein-Gleichung basiert, kann keine elektromagnetischen Phänomene berücksichtigen. Allgemeiner gesagt, besteht kein Zusammenhang zwischen Teilchenphysik und großräumigem Verhalten des Kosmos. Obwohl es eine Zeitschrift namens „Classical and Quantum Gravity“ gibt, konnte die Quantifizierungsmethode nicht auf die Gravitation übertragen werden. Es ist nicht möglich, ein hypothetisches Graviton zu definieren.

Fünfzig Jahre Nicht-Physik.

...Die wissenschaftliche Krise ist in Wirklichkeit total und beschränkt sich nicht auf Astrophysik und Kosmologie. Die prädiktiven Erfolge der Quantenmechanik täuschen. Viele Bereiche der Theorie bleiben im Bereich des halbempirischen. Es gibt beispielsweise keine Möglichkeit, die Massen und elektrischen Ladungen von Teilchen miteinander zu verknüpfen. Die Massen von Teilchen können nicht vorhergesagt werden. Das Quarkmodell ähnelt bedenklich dem epizyklischen System von Ptolemäus. Die Quantenmechanik ist unfähig, das Defizit an Sonnenneutrinos zu erklären.

...Obwohl die Mehrheit der theoretischen Physiker derzeit dem Bereich der Superstrings zugewandt ist (da es keine andere Idee gibt), hat diese „neue Disziplin“ in den letzten dreißig Jahren nicht einmal eine einzige Beobachtung erklären oder eine einzige Experimentidee vorschlagen können. Vor einigen Jahren zeigte mir der Mathematiker Jean-Marie Souriau, der eine eigene Definition der theoretischen Physik hat (die Mathematik ohne die Strenge, die Physik ohne die Erfahrung), die Protokolle eines internationalen Kolloquiums über Superstrings und las mir einen Ausschnitt aus der Eröffnungsrede des Kolloquiums vor:

• Obwohl die Theorie der Superstrings bis heute kein einziges Phänomen vorhergesagt hat und keine einzige Beobachtung oder Erfahrung erklärt...