Dunkle Materie | Astronomie Magdeburg

Vom Newtonschen Gravitationsparadoxon zur singularitätsfreien Gravitationstheorie

Klaus Retzlaff — Sun, 11 Jun 2017 07:32:19 +0000

Zusammenfassung: Die singularitätsfreie allgemein-relativistische Gravitationstheorie (SARG) ist eine im Entstehen begriffene Gravitationstheorie. Es werden die historisch-physikalischen Gründe dargelegt, aus welchen sie entwickelt wird, um eine Revision der aktuellen Gravitationsphysik, die ja durch die Allgemeine Relativitätstheorie (ART) dominiert ist, vorzunehmen. Da sich bereits gleich zu Beginn ihrer Ausarbeitung die fundamentale Tragweite ihrer Aussagekraft offenbarte, erschien es dem Autor der singularitätsfreien allgemein-relativistischen Gravitationstheorie wichtig, diese historische Dimension noch vor der vollendeten Ausarbeitung – weil das noch einige Zeit dauern dürfte – darzulegen, weil sich bereits mitten in der Arbeit abzeichnete, dass sie die Einstein’sche Allgemeine Relativitätstheorie ablösen wird, weil sie über eine höhere empirische Evidenz als die ART verfügt, denn sie erklärt nicht nur die Einstein’schen Effekte im Planetensystem korrekt, sondern sie modifiziert auch die Gravitation – ohne das beabsichtigt zu haben – dahingehend, dass die Einführung einer zusätzlichen nicht-baryonischen hypothetischen Materie (Dunkle Materie) überflüssig wird, wobei sie zugleich mit Ausnahme des starken Äquivalenzprinzips der ART, kein anderes physikalische Prinzip verletzt. An die Stelle des starken Äquivalenzprinzips tritt ein mathematisch definiert eingeführtes Prinzip der Selbstabschirmung der Gravitation, ohne dass irgendeine neue Naturkonstante oder ein freier Anpassungsparameter eingeführt werden musste.

Bild: Relativistische Notizen 1985, (c) Klaus Retzlaff

Title: From Newton’s gravitational paradox to singularity-free gravitational theory

Abstract: The singularity-free general-relativistic gravitation theory (SARG) is a nascent theory of gravitation. It presents the historical-physical reasons from which it is developed in order to make a revision of current gravitational physics, which is indeed dominated by General Theory of Relativity (ART). Since the fundamental significance of its validity was already revealed right at the beginning of its elaboration, it seemed important to the author of the singularity-free general-relativistic theory of gravitation to explain this historical dimension before completion – because this will take some time – because already in the middle It was apparent in the work that it will replace Einstein ‘s theory of general relativity because it has a higher empirical evidence than the ART, because it not only correctly explains the Einstein effects in the planetary system, but also modifies the gravitation – without to have intended – to the effect that the introduction of an additional non-baryonic hypothetical matter (dark matter) becomes superfluous, and at the same time, with the exception of the strong equivalence principle of ART, does not violate any other physical principle. The strong equivalence principle is replaced by a mathematically defined principle of gravitational self-shielding, without the need to introduce any new natural constant or free adaptation parameter.

images: Relativistic notes 1985, (c) Klaus Retzlaff

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Riesige Plasmawolken umhüllen unsere Milchstraße

Klaus Retzlaff — Mon, 03 Apr 2017 07:13:07 +0000

Der Buchautor, Joachim Schmitz, stellte der Astronomischen Gesellschaft Magdeburg e.V. den folgen Gastbeitrag zur Verfügung – herzlichen Dank:

Im Weltraum stationierte Röntgen-Teleskope machen riesige Plasmawolken sichtbar, die die Milchstraße umhüllen. Die ionisierten Gase addieren sich in dem galaktischen Volumen zu einer gewaltigen Masse, die aufgrund ihrer geringen Dichte nahezu transparent ist.
Auf Basis der Weltraum-Daten hat eine amerikansiche Studie die Plasmawolken
in diesem kosmischen Raum untersucht. Davon unabhängig hat eine Heidelberger Studie des Max-Planck-Instituts die Rotations-Geschwindigkeit von Sternen in dieser Raumsphäre vermessen. Das vorliegende Themenheft erläutert anhand der beiden Studien die Zusammenhänge von Plasmawolken, Rotations-Geschwindigkeit und Gravitation.
Die Studien offenbaren ein riesiges Potential an Materie welches die Dunkle Materie „engl. missing mass“ ersetzen kann. Im Ergebnis bedeutet dies, dass für die Stabilität der Galaxis keine Dunkle Materie erforderlich wäre.

Bild: Titelseite Themenheft “Riesige Plamawolke aus supetheißen Gasen umhüllen unsere Milchstraße”,

Title: Huge plasma clouds envelop our Milky Way

The author made the following guest contribution available to the Astronomische Gesellschaft Magdeburg e.V. – many thanks:

Space-based X-ray telescopes make huge plasma clouds visible that surround the Milky Way galaxy. The ionized gases add up in the galactic volume to a big mass that is nearly transparent due to its low density.
Based on the space data, an American study has the plasma clouds
examined in this cosmic space. Irrespective of this, a Heidelberg study by the Max Planck Institute has measured the rotational speed of stars in this spatial sphere. Based on the two studies, this issue explains the relationships between plasma clouds, rotational velocity and gravitation.
The studies reveal a huge amount of matter which dark matter “engl. missing mass “can replace. As a result, this means that dark matter is not required for the stability of the galaxy.

images: Titelseite Special Issue “Huge plum cloud of supersidious gases envelop our Milky Way” (c) Joachim Schmitz, with kind approval

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Stellungnahme Klaus Retzlaff zur ESO Mitteilung über das Fehlen Dunkle Materie vom 18.4.2012

Klaus Retzlaff — Thu, 09 Feb 2017 08:52:29 +0000

(zitiert aus der ESO Pressemitteilung vom 18. April 2012)
“Die von uns gefundene Gesamtmasse entspricht sehr genau der Masse aller sichtbaren Materie – also von Sternen, Staub und Gas – in der Sonnenumgebung”, erläutert Teamleiter Christian Moni Bidin vom Departamento de Astronomía der Universidad de Concepción in Chile. “Das lässt keinen Raum für zusätzliche Materie – die Dunkle Materie -, die wir eigentlich erwartet hätten. Sie hätte sich bei unseren Beobachtungen sehr deutlich zeigen müssen, aber sie ist einfach nicht da.”
In dem folgenden Artikel nimmt Dr. Klaus Retzlaff (AGM) Stellung zur ESO-Mitteilung, da Computersimulationen der AGM zu gleichen Ergebnis kommen: Dunkle Materie ist einfach nicht da.

Bild: Webseite des ESO, Mitteilung vom 18.4.2012

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Anstieg der galaktischen Rotation am Rand der Scheibe

Klaus Retzlaff — Thu, 09 Feb 2017 08:03:09 +0000

Für eine idealisierte galaktische Scheibe mit radialsymmetrischer und exponentiell zum Rand hin abfallender Massendichte wird eine Rotationskurve berechnet. Dabei zeigt sich ein interessanter Randeffekt – ein physikalisch notwendiges Ansteigen der Rotationsgeschwindigkeit mit zunehmendem Abstand am Rand der Scheibe. Tatsächlich ist ein solcher Effekt in der Rotationskurve der Milchstraßengalaxie beobachtbar. Dieser Effekt wird in der Literatur mit dem Vorhandensein Dunkler Materie in Verbindung gebracht. In Wahrheit ist dieser Effekt durch die Scheibengeometrie bedingt, denn Sterne im Randbereich erfahren die volle Gravitation der inneren Scheibe. Damit sie auf der Kreisbahn bleiben, müssen sie eine höhere nach Außen wirkende Fliehkraft aufbringen als Sterne, die sich mitten in Scheibe bewegen. Auf Sterne, die sich mitten in der Scheibe bewegen wirken Gravitationskräfte aus dem äußeren Scheibenbereichen, darum benötigen sie vergleichsweise weniger Fliehkraft und das bedeutet, sie müssen langsamer kreisen als die Sterne am Rand.

Bild: Rotationskurve der Milchstraße, Bildautoren: Yoshiaki Sofue und Klaus Retzlaff

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Dyskalkulie in der Milchstraße

Klaus Retzlaff — Sun, 29 Jan 2017 08:46:21 +0000

Nein, hier geht es nicht um Daten der Milchstraße, sondern um Daten für eine andere Galaxie. Streng genommen geht es um eine Übungsaufgabe, bei der die galaktischen Azubis (Physikstudenten) begreifen sollen, dass es in den Galaxien von Dunkler Materie nur so wimmelt. Blöd nur, dass man für dieses Resultat etwas falsch rechnen muss, nämlich wie in einer Kugel. Aus diesem Grund vollziehen wir die Hausaugabe einmal nach und ergänzen diese durch die Anwendung der Modifizierten Newtonschen Dynamik von Mordehai Milgrom (1983). Auch bei dieser Anwendung wird die Galaxie mit einem Kugelsternhaufen verwechselt!

Bild: Aus dem Film “Die Feuerzangenbowle” 1944

Artikel
Mein Artikel, “Dyskalkulie in der Milxchstraße”, hat Widerspruch von Wissensschaftlern ausgelöst. Der Widerspruch und meine Antwort darauf können hier nachgelesen werden.

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Rotationskurve der Milchstraßengalaxie auf Basis der Modifizierten Newtonschen Dynamik (MOND)

Klaus Retzlaff — Wed, 25 Jan 2017 15:52:33 +0000

Die MOdifizierte Newtonsche Dynamik (MOND) wurde 1983 von Mordehai Milgrom als Alternative zum Postulat der Dunklen Materie vorgeschlagen [2]. Diese hypothetische Theorie sollte die Eigenart der beobachteten galaktischen Rotationskurven aus einer Modifikation der Newtonschen Dynamik erklären. Wie Simulationen des Autors auf Basis der Newtonschen Theorie belegen, ist aber die Annahme Dunkler Materie in der Milchstraßengalaxie nicht erforderlich, um das Rotationsverhalten zu erklären. Es ist daher anzunehmen, dass die Modifizierte Newtonschen Dynamik bei Anwendung auf die Milchstraßengalaxie in Konflikt zu den Beobachtungen gerät. Dieser Frage wird hier nachgegangen.

Bild: Mordehai Milgrom, Quelle: Weizmann Institute of Science

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Computersimulation galaktischer Rotationskurven in verschiedenen Gravitationstheorien

Klaus Retzlaff — Mon, 23 Jan 2017 19:59:44 +0000

Dieser Beitrag ist noch unvollendet, er beschreibt ein Untersuchungsprogramm, stellt aber bereits das mathematische Rüstzeug bereit. Jeder, der solche Untersuchungen machen möchte, kann sich der Formeln bedienen.

Die Eigenschaften des Gravitationsfeldes in einer radialsymmetrischen Scheibe unterscheiden sich wesentlich von den Eigenschaften in einer kugelsymmetrischen Massenverteilung. Heben sich in einer kugelsymmetrischen Verteilung die Gravitationskräfte der Massen außerhalb eines beliebigen gegebenen Abstandes gegenseitig auf, so dass für die Bewegung einer Testmasse nur die Massen innerhalb des jeweiligen Abstandes eine Bedeutung haben, so ist das in einer radialsymmetrischen Massenverteilung in einer Scheibe nicht der Fall. Im ersten Teil dieser Arbeit werden die Unterschiede dieser beiden Fälle auf Basis der Newtonschen Gravitationstheorie und Mechanik untersucht und es wird der Zusammenhang zwischen lokalen radialer Dichtefluktuationen und der Form der Rotationskurve studiert. Im zweiten Teil werden für bestimmte galaktische radialsymmetrische Scheibengeometrien Rotationskurven auf Basis der Newtonschen Gravitationstheorie (NG, Isaac Newton), der Modifizierten Newtonschen Dynamik (MOND, Mordehai Milgrom) und der Trägheitsfreien Mechanik (TM, Hans-Jürgen Treder) im nicht-relativistischen Grenzfall simuliert und vergleichen. Als galaktisches Referenzmodell ist eine Massenverteilung gewählt worden, welche auf Basis der Newtonschen Gravitationstheorie bis zu einem Abstand von 15kpc sowohl die gemessene Rotationskurve als auch die beobachtete Verteilung der sichtbaren Materie korrekt reproduziert, d.h. bereits auf Basis der Newtonschen Gravitationstheorie steht die ermittelte Massendekomposition in Übereinstimmung mit der beobachteten Dichteverteilung unserer Galaxie bis 15 kpc. Dieses nicht selbstverständliche Resultat entspricht der Aussage, dass innerhalb von 15kpc keine Dunkle Materie erforderlich ist, um die Rotation der Milchstraßengalaxie zu erklären. Aussagen, wonach die Geschwindigkeit der Sonne um das Galaktische Zentrum zu hoch sei und folglich auf die Hypothese einer nicht beobachtbaren Dunklen Materie zurückgegriffen werden müsse, erweisen sich als Folge einer Näherung, die zur Abschätzung der galaktischen Masse von einer kugelsymmetrischen Massenverteilung ausgeht. Doch unsere Galaxis ist bekanntlich keine Kugel, sondern eine Scheibe, was schon mit dem bloßen Auge zu sehen ist. Sofern tatsächlich ein kugelsymmetrisches Halo aus Dunkler Materie außerhalb der 15kpc existieren sollte, so ist das auf Grund der Geometrie für den Bereich bis 15kpc ohne Bedeutung. Ein scheibenförmiges äußeres Halo würde die Rotationsgeschwindigkeit innerhalb der Scheibe sogar, wenn auch unwesentlich, absenken. MOND beschreibt die galaktische Rotation genau dann richtig, wenn statt einer Galaxie mit Bulge und Scheibe eine kugelsymmetrische Massenverteilung benutzt wird. Damit korrigiert MOND gerade den Fehler, der durch die Anwendung einer kugelsymmetrischen Näherung entsteht. Setzt man jedoch die tatsächlich beobachtbare Massenverteilung voraus, so führt MOND auf eine zu hohe Rotationsgeschwindigkeiten für die Sonne und die Sterne in der Galaxis. Für die gegebene beobachtbare Massendichte ergibt die Trägheitsfreie Mechanik keine signifikanten Unterschiede zur Newton-Einsteinschen Gravitationstheorie in der Milchstraße. Damit besteht kein Konflikt mit der Beobachteten Verteilung der Materie und der Rotationskurve. Dem gegenüber ergeben sich signifikante Unterschiede für extreme Gravitationsfelder. Die Trägheitsfreie Mechanik ergibt eine Selbstabschirmung der Schwerkraft (Suppression der Schwere) im Inneren einer Massenverteilung, erst außerhalb einer solchen Verteilung wird die gesamte Gravitation im Maße der Newtonschen Gravitationstheorie wirksam. Die Folge dieser Suppression der Schwere ist ein langsamerer Abfall der Rotationskurve mit dem Abstand vom Gravitationszentrum als bei der Newton-Einsteinschen Gravitationstheorie.

Bild: Milchstraße, Autor: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt

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Keine Dunkle Materie in der Milchstraße bis 15kpc – Abschätzung der Gesamtmasse und Spiralarmstrukturen

Klaus Retzlaff — Sun, 22 Jan 2017 10:20:07 +0000

Auf Basis der Newtonschen Gravitationstheorie erfolgen eine Minimalabschätzung der Gesamtmasse der Milchstraßengalaxie sowie die Bestimmung der radialsymmetrischen Massenverteilung durch Anpassung der berechneten an die gemessene Rotationskurve. Das Modell besteht aus 3 Komponenten, einer punktförmigen Zentralmasse, dem Bulge und der Scheibe. Ein hypothetisch angenommenes Halo aus Dunkler Materie (DM) wird in diesem Modell mit dem Ziel weggelassen, zu ermitteln, ob die Annahme eines Dunklen Halos zur Beschreibung der Rotation der Galaxie überhaupt erforderlich ist. Es wird kein spezifisches Profil der Massenverteilung vorgegeben, dafür wird in äquidistanten Abständen von 1kpc die Massendichte variiert und zwischen diesen Stützstellen interpoliert. Die Ergebnisse zeigen Variationen der Dichteverteilung, die mit den bekannten Spiralarmstrukturen korreliert sind. Durch den Verzicht auf eine Halokomponente ergibt die Simulation eine Untergrenze für die galaktische Masse. Die Simulation führt zu dem Ergebnis, dass die Rotation der Milchstraße für einen Bereich bis 15 kpc allein auf Grund der beobachtbaren baryonischen Materie erklärt werden kann und ein Anteil Dunkler Materie nicht erforderlich ist. Die gemessenen Rotationskurvendaten geben über 12kpc hinaus auf Grund ihrer erheblichen Streuung keine Grundlage für eine sinnvolle Simulation.

Bild: Milchstraße und Europäische Südsternwarte, Autor ESO
Artikel

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Machsches Prinzip oder variable Gravitationskonstante oder Dunkle Materie?

Klaus Retzlaff — Sun, 22 Jan 2017 08:58:58 +0000

In der Diskussion um ungeklärte Phänomene der Himmelsmechanik auf großen Skalen werden von den verschiedenen Schulen unterschiedliche Hypothesen vertreten. Die beiden Hauptrichtungen sind die Vertreter des Konzeptes der Dunklen Materie auf der einen Seite und auf der anderen Seite wird die Gültigkeit des Gravitationsgesetzes in Frage gestellt. Als mögliche Modifikation für das Gravitationsgesetz wird von einigen eine variable Gravitationszahl in Betracht gezogen. Das Machsche Prinzip wird nur von wenigen Außenseitern in Erwägung gezogen. Dieser Aufsatz analysiert die Folgen einer auf Grund des Machschen Prinzips realisierten Trägheitsinduktion als Ursache für das beobachtete himmelsmechanische Phänomen zu hoher Geschwindigkeiten in den Außenbereichen der Galaxien und führt den Beweis, dass das Machsche Prinzip das Potential zur Erklärung und Auflösung der rätselhaften Himmelsbewegungen besitzt und fordert damit auf, auch in diese Richtung zu forschen.

Bild: NGC 4565, Autor ESO
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Diät für die Milchstraße

Admin — Fri, 20 Jan 2017 22:28:27 +0000
E ine lustige Galaxiengeschichte: „Diät für die Milchstraße …“; „Wissenschaft ist, was einer vom anderen abschreibt“, sagte einmal Treder (Leiter des Zentralinstitutes für Astrophysik der DDR in Potsdam). Natürlich ergänzte er seinen Satz dahingehend, dass es kein bloßes Abschreiben sei, weil in der Wissenschaft eben eines auf dem anderen aufbaut. Es ging um die kritische Bewertung und Übernahme von Erkenntnissen, um die Entwicklung der Wissenschaft und ihren Fortschritt. Doch was ist, wenn unkritisch „angeschrieben“ oder einfach nachgeplappert wird? Davon handelt die lustig geschriebene Geschichte mit einem ernsten Hintergrund.

Bild: Martin Nischang, AGM
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