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Society« von einem ersten Test der Theorie von Verlinde.

Margot Brouwer von der Universität Leiden und ihre

Kollegen verglichen Verlindes Formeln mit den Daten von

mehr als 30 000 Galaxien. Demnach sagt die Theorie

korrekt die schwerkraftbedingte Verzerrung der Galaxien-

bilder voraus. Diese so genannten Gravitationslinsen

waren ein weiteres Phänomen, das bislang vor allem den

Auswirkungen der Dunklen Materie zugeordnet wurde.

Allerdings hatte bereits der Begründer von MOND Ähnli-

ches gezeigt: Milgrom demonstrierte, dass seine Theorie

mit den Beobachtungen von Gravitationslinsen in Einklang

steht. So gesehen ist das Ergebnis des Teams um Brouwer

nicht überraschend. Um wirklich zu punkten, müsste

Verlindes Modell deshalb darüber hinaus Phänomene

beschreiben können, bei denen die ursprüngliche Variante

von MOND versagt.

Kathryn Zurek, die am Lawrence Berkeley National La-

boratory an der Theorie der Dunklen Materie forscht, sieht

Verlindes Ansatz zumindest als Hinweis darauf, solche

Konzepte ernster zu nehmen. »Am meisten hat der modi-

fizierten Gravitation eine fehlende Theorie zu schaffen ge-

macht, welche die neuen Eigenschaften der Schwerkraft

nachvollziehbar erklären würde«, sagt sie. »Wenn Verlindes

Arbeit dafür einen Rahmen liefert, dann reicht das viel-

leicht schon aus, um einer intensiveren Auseinandersetzung

mit MOND-Varianten neues Leben einzuhauchen.«

In den Theorien von Newton und Einstein nimmt die

Anziehungskraft zwischen zwei Massen mit dem Quadrat

ihres Abstands ab. Sterne, die ihre Bahnen in einer Galaxie

ziehen, sollten also umso weniger Anziehungskraft spüren

und entsprechend langsamer kreisen, je weiter sie vom

Zentrum entfernt sind. Tatsächlich fallen die Geschwindig-

keiten der Sterne im inneren Bereich von Galaxien nach

außen hin so ab, wie es die quadratische Abnahme der

Schwerkraft vorhersagt. Doch ab einer gewissen Distanz

bleiben die Geschwindigkeiten nahezu konstant, anstatt

weiter zu sinken. Diese Diskrepanz hatte die Astronomin

Vera Rubin in den 1970er Jahren entdeckt. Sie gilt als ein

wichtiger Hinweis auf die Existenz der Dunklen Materie.

Nach der gängigen Vorstellung hüllt diese die Galaxien in

gewaltige »Halos« aus unsichtbarer Masse und verpasst

so den weiter am Rand kreisenden Sternen eine zusätzli-

che gravitative Beschleunigung (siehe »Das Rätsel der

galaktischen Umlaufbahnen«, rechts).

Aus welcher Art von Teilchen könnten diese Halos be-

stehen? Das versuchen Physiker mit immer empfindliche-

ren Detektoren weltweit zu ergründen. Als wahrschein-

lichste Kandidaten gelten einerseits die WIMPs (englisch

für weakly interacting massive particles, schwach wech-

selwirkende massereiche Teilchen) und andererseits so

genannte Axionen. Mit diversen, speziell dafür ausgeleg-

ten Experimenten suchen Physiker nach beiden – bislang

erfolglos (siehe Spektrum November 2015, S. 42).

Bei kleinen Beschleunigungen scheint sich Materie

plötzlich anders zu verhalten

Bereits seit den 1970er Jahren arbeiten Theoretiker

wie Milgrom an alternativen Erklärungen. Viele der frühen

Versuche, die Gravitation abzuändern, ließen sich

leicht widerlegen. Doch Milgrom stieß auf ein Erfolgs-

rezept: Wenn die auf einen Stern wirkende Gravitations -

be schleunigung unter einen bestimmten Wert sinkt –

0,00000000012 Meter pro Sekundenquadrat, das ist rund

100 Milliarden Mal schwächer als die Schwerebeschleu-

nigung auf der Erdoberfläche –, dann wechselt die Gravi-

tation ihm zufolge von der quadratischen Abnahme zu

einem eher linearen Verlauf. »Es gibt eine Art magische

Grenze«, sagt McGaugh, »bis zu der alles normal und

newtonisch ist. Jenseits von ihr wird es seltsam. Die

Theorie sagt uns leider nicht, wie man von dem einen

Bereich in den anderen gelangt.«

Da Physiker keine Magie mögen, vor allem aber, weil

weitere kosmologische Beobachtungen sich viel bequemer

mit Dunkler Materie erklären ließen als mit MOND, ver-

warfen sie den alternativen Entwurf. Jetzt ist er zurück im

Gespräch. Denn Verlindes Theorie liefert einen Anhalts-

punkt, wie der Zaubertrick funktionieren könnte.

Der 1962 geborene Verlinde hat sich in Fachkreisen um

technisch anspruchsvolle Berechnungen in der Stringtheorie

verdient gemacht. Die Ideen hinter seiner neuesten Arbeit

skizzierte er erstmals 2010. Damals hatte er die Gravitation

rundheraus für nicht existent erklärt. Verlinde übernahm

seinerzeit mehrere Überlegungen, die eben erst aus den

Ideenschmieden der theoretischen Physik hervorgegangen

waren und verflocht sie miteinander. Sein Ergebnis: Die

Gravitation sei ein emergenter thermodynamischer Effekt

und hänge eng mit einer Zunahme der Entropie zusammen,

einem Maß für die stets wachsende Unordnung eines

Systems. Darauf folgten fruchtbare Diskussionen, in denen

sich dieses spezielle Konzept von emergenter Gravitation

zwar als fehlerbehaftet erwies. Doch ähnliche Gedankengän-

ge wie die, von denen Verlinde ausging, brachten andere

Theoretiker zur modernen holografischen Beschreibung von

Raum und Zeit. Verlinde hat diese Herangehensweise wie-

derum in seine neue Arbeit eingebaut und erklärt die ge-

krümmte Raumzeit zu einer geometrischen Verkörperung

von Quanteninformation.

AUF EINEN BLICK

COMEBACK EINES AUSSENSEITERS

1

Galaxien und große Strukturen im All verhalten sich

anders, als es allein anhand der sichtbaren Materie

und der Gravitationsgesetze zu erwarten wäre.

2

Die meisten Astronomen führen die beobachteten

Phänomene auf unbekannte Teilchen zurück, die sich

nur durch ihre Schwerkraft bemerkbar machen und

nicht mit Licht oder anderen Feldern wechselwirken.

3

Alternative Ansätze modifizieren die Gleichungen der

Gravitation – jedoch fehlte dafür bislang eine theore-

tische Grundlage. Diese liefert nun ein Physiker. Aber

sein Konzept ist kompliziert und umstritten.