Plädoyer für ein modifiziertes Kraftgesetz

1. Plädoyer fürein modifiziertes Kraftgesetz Eine Einführung Johannes Kepler 1571 - 1630 Isaac Newton 1643 - 1727

2. Kraft bewirkt Bewegung: Gravitation: bestimmt das Gewicht, beschreibt die Geschwindigkeitsänderung. Erde: Die Kraftgleichung So lange m festgehalten wird, wirkt zwar g, aber ableibt Null.

3. Zentrifugalkraft: Kreisbewegung im Gravitationsfeld Die Bahngeschwindigkeit v hängt nicht von der Masse m ab. Sie umkreistM mit der Geschwindigkeit v. Die Strecke eines Umlaufs ist der Umfang des Kreises mit dem Radius R. Die Zeit für einen Umlauf nennt man Periodendauer P. 3. Keplersches Gesetz

4. Planeten im Sonnensystem 3.

5. Planeten im Sonnensystem Rotationskurve

6. Galaxien Die physikalischen Gesetze der Gravitation scheinen vom Labor auf das Sonnensystem übertragbar zu sein. Gilt das auch auf noch größeren Dimensionen wie den Galaxien? Rotationskurve:

7. Geschwindigkeitsmessung Quelle in Ruhe Quelle in Bewegung Wellenlänge bleibt konstant Wellenlänge größer Wellenlänge kleiner Doppler-Effekt

8. Geschwindigkeitsmessung Stern ruht: keine Verschiebung Stern nähert sich: nach Blau verschoben Stern entfernt sich: nach Rot verschoben Spektren von Sternen enthalten: Kontinuum – Alle Wellenlängen sind vertreten. Temperatur Linien – Einzelne Wellenlängen emittiert oder absorbiert. Chemie Kontinuum Auch Gas möglich. Neutraler Wasserstoff strahlt im Radiobereich bei 21cm.

9. Rotationskurven von Galaxien Meßdaten wiedersprechen theoretischem Verlauf. 1. Rotationsgeschwindigkeiten sind zu hoch. gemessen 2. Rotationskurven bleiben flach. Sterne Gas „Dunkle Materie“

10. Dunkle Materie Theoretisches Konstrukt kompensiert scheinbar fehlende Masse. Außer der Gravitation ist keine andere Eigenschaft bekannt. Nicht-baryonische Materie Baryonische Materie Exotische, unbekannte Teilchen aus Baryonen bestehend (schwere Teilchen) nicht Exotisch (Sterne, Gas) z. B. WIMPs (nicht nachgewiesen) zu schwach reicht nicht aus Spekulation Ist die Dunkle Materie ein Phantom?

11. MOND Modified Newtonian Dynamics für Modifiziertes Kraftgesetz: Neue Naturkonstante: In den meisten Fällen trifft das gewöhnliche Kraftgesetz zu. Erst bei großen Entfernungen von den Massen (z. B. Außenbereiche von Galaxien) fällt die Beschleunigung unter den Wert von a0. Die Gravitationsbeschleunigung für alle Planeten im Sonnensystem liegt weit oberhalb von a0. Aber:Oortsche Wolke (hypothetisches Reservoir von Kometen) kosmologische Relevanz unklar

12. Rotationskurven und MOND Herleitung der Rotationsgeschwindigkeit ( ): Neues Kraftgesetz: Zentrifugalkraft: Die Rotationsgeschwindigkeit strebt einem konstanten Wert zu. Das entspricht der Beobachtung.

13. Rotationskurven und MOND

14. Die kritische Flächendichte Gibt es eine diagnostische Größe, die den Gültigkeitsbereich des modifizierten Kraftgesetzes anzeigt? A M h Galaxie Kritische Flächendichte: Spiralgalaxien: Galaxien mit Flächendichten unterhalb dieses Werts sollten besonders stark abweichende Rotationskurven haben.

15. Die Probleme Da MOND von der klassischen Newtonschen Gravitationslehre abgeleitet wurde, ist sie nicht mit der moderneren Relativitätstheorie vereinbar. Macht daher keine Aussagen über: • Kosmologie • Relativistische Phänomene (Gravitationslinsen)

16. Die Probleme (Gravitationslinsen)

17. Zusammenfassung Die Rotationskurven von Galaxien geben Rätsel auf. Scheinbar existiert mehr Masse als man sehen kann (Dunkle Materie). Alternative Erklärung: Modifikation des Gravitationsgesetzes (MOND) MOND beschreibt Phänomene um galaktische Rotationskurven sehr gut. MOND macht überprüfbare Vorhersagen, die durch Beobachtungen verifiziert wurden. Wie die bewährte Newtonsche Gravitationstheorie versagt MOND bei relativistischen Effekten (Raumkrümmung, hohe Geschwindigkeiten). Dunkle Materie und MOND gleichberechtigt