Die Dunkle Materie ist eine Substanz, die sich durch nichts als ihre Gravitationskraft bemerkbar macht und folglich mit herkömmlichen Teleskopen und Messgeräten nicht nachgewiesen werden kann. Trotz der Schwierigkeiten, den Stoff, der unser Universum und seine Himmelskörper in Bewegung versetzten soll, aufzuspüren und zu belegen, sind viele Forscher von dessen Existenz überzeugt. Doch besteht die Möglichkeit, dass die Gravitation auf kosmischen Skalen einfach anders funktioniert als von Isaac Newton und Albert Einstein angenommen – und dass die unsichtbare Dunkle Materie schlicht inexistent ist? Wir stellen dir Eric Verlindes Theorie vor, die Folgendes besagt: Unsere derzeitigen Vorstellungen von Raum, Zeit und Schwerkraft müssen dringend überdacht werden.
Alternative Gravitationtheorie: Dunkle Materie existiert nicht
Seit nunmehr 80 Jahren haben Physiker mithilfe zahlreicher Experimente weltweit versucht, Teilchen der umstrittenen Dunklen Materie aufzuspüren. Doch bisher finden sich nicht einmal vage Hinweise auf die Existenz des Stoffes, obwohl dieser rund 27 Prozent unseres beobachtbaren Universums ausmachen soll. Existiert die Dunkle Materie überhaupt? Immer mehr Forscher ziehen in Erwägung, dass die Anziehungskraft doch anders funktioniert, als die Gravitationstheorien von Isaac Newton und Albert Einstein dies erklären.
Eine solche alternative und unkonventionelle Gravitationstheorie formulierte auch der niederländische Physiker Erik Verlinde im Jahr 2016 in seinem Artikel „Emergent Gravity and the Dark Universe“, in dem er die Substanz der Dunklen Materie einfach aus der Gleichung herauskürzte. Denn: Der Physiker ist überzeugt, dass Einsteins Theorie der Gravitation nicht mit der Quantenmechanik vereinbar und aufgrunddessen nicht haltbar ist.
Gravitation ist keine eigene Kraft, sondern ein bloßer Nebeneffekt
Albert Einstein hingegen definierte Schwerkraft einst als Effekt der Krümmung von Raum und Zeit in der Anwesenheit von Materie. Verlinde erklärt die Gravitation innerhalb seiner Theorie, die er bereits im Jahr 2010 vorstellte, stattdessen zu einem Nebenprodukt quantenmechanischer Wechselwirkungen.
Die zusätzliche Schwerkraft, die man bislang der Dunklen Materie zuschrieb, ergibt sich folglich als bloßer Effekt der Dunklen Energie. Als Dunkle Energie wird dabei die Hintergrundenergie bezeichnet, die in das raumzeitliche Gefüge des Universums eingewoben ist. Laut Verlinde ist die Dunkle Materie keine Ansammlung unsichtbarer Teilchen, sondern schlicht ein Wechselspiel zwischen gewöhnlicher Materie und Dunkler Energie.
Somit lassen sich die Geschwindigkeiten, mit der etwa die Sterne um das Zentrum der Milchstraße rotieren oder wie sie sich innerhalb ihrer Galaxien bewegen, auch ohne das Phänomen der Dunklen Materie berechnen.
Die Entropie des Universums
Verlindes Argumentation setzt voraus, dass Gravitation ein emergentes Phänomen als Folge der Entropie des Universums ist. Dieser Ausdruck bezeichnet eine Eigenschaft der Thermodynamik, die beschreibt, wie Energie in einem System entwertet wird, beziehungsweise wie viel Information notwendig ist, um ein solches System zu beschreiben. Ergo je chaotischer ein System ist, umso mehr Informationen werden benötigt, um es zu beschreiben und umso größer ist seine Entropie.
Ebendies wendet der Physiker in seiner Theorie folglich auf das sogenannte holografische Prinzip an. Innerhalb dessen werden grundlegende Informationseinheiten (genannt Bits) beschrieben, wie sie in der Struktur des Raumes gespeichert sind. Diese können sich zu einer hohen Entropie bewegen und werden von Verlinde folglich als „Atome des Raums” bezeichnet. Dies lässt vermuten, dass diese Bewegungen eine entropische Kraft erzeugen, die wie Gravitation wirkt.
Erik Verlinde stieß während seiner Berechnungen weiterhin auf eine Gleichung, die bereits von der „Modifizierten Newtonschen Dynamik“ (MOND) bekannt ist: Diese Theorie benennt einen mathematischen Eingriff am bekannten Abstandsgesetz der Gravitationstheorien von Newton und Einstein, der speziell mit dem Ziel durchgeführt wurde, die Dunkle Materie aus den Theorien zu streichen. Dieser Ansatz ist allerdings bereits 30 Jahre alt.
Waren alle Anstrengungen umsonst?
Existiert die Dunkle Materie also überhaupt nicht – und waren die immensen Anstrengungen, die Wissenschaftler bisher unternahmen, um dessen Existenz nachzuweisen, umsonst? Denn erst kürzlich entdeckten Forscher einezweite mysteriöse Galaxie ohne Dunkle Materie. Sollten in der Zukunft aber tatsächlich Belege für die Existenz der Dunklen Materie gefunden werden, so wäre Verlindes alternative Gravitationstheorie wiederlegt. Doch noch ist das Mysterium um die so vage Substanz nicht abschließend aufgeklärt. Verlindes Theorie eröffnet folglich eine neue und revolutionäre Annäherung an ein bisher unlösbares Problem.