Sabine Hossenfelder erklärt (2018):

 
Das Universum verbirgt etwas vor uns. Man weiß das seit 1930, als Fitz Zwicky das Hooker-Telekop mit einem Spiegel von 2,5 Meter Durchmesser auf den Coma-Galxienhaufen richtete: ein paar hundert Galaxien. Sie bewegen sich mit einer Geschwindigkeit, die abhängt von der Gesamtmasse, deren Gravitationskraft sie als haufen zusammenhält.
 
Zu seinner Überraschung stellte Zwicky nun aber fest, dass sie sich deutlich schneller bewegen, als mit dieser Masse erklärt werden kann. Und so vermutete er, dass der Haufen weitere Materie enthielt, die kein Licht abgab: Dunkle Materie (daher also der Name).
 
Als Vera Rubin — 40 Jahre später — die Rotation von mehr als 60 Galaxien untersuchte, stellte sie fest, dass in jeder von ihnen die äußeren Sterne schneller als erwartet ums Zentrum der jeweiligen Galaxi kreisen.
 
Das Tempo aber, das ein Stern benötigt, um in einer stabilen Umlaufbahn zu bleiben, hängt ab von der Gesamtmasse im Zentrum seiner Bewegung, und dass sich die äußeren Arme jener Galaxien so schnell drehen, konnte nur bedeuten, dass jene Galaxien mehr Masse enthalten musste als sichtbar war.
 
Inzwischen weiß man, dass die Schwankungen der kosmischen Hintergrundstrahlung nur zu den Daten passen, wenn mehr Materie vorhanden ist als sichtbar.
 
Sie ist auch nötig, um die Bildung galaktischer Strukturen im Universum unseren Beobachtungen anzupassen.
 
Weitere Hinweise auf dunkle Materie liefert der Gravitationslinsen-Effekt: Galaxienhaufen krümmen den Weg des Lichts mehr, als man nach ihrer sichtbaren Masse erwarten müsste.
 
 
 
Damit scheint klar:
 
Dunkle Materie existiert.
 
Aus was aber könnte sie bestehen?
 
Hier die wichtigsten Vermutungen dazu:

 

• Die erste Vermutung war, dass Galaxien unerwartet viel schwer erkennbare stellare Objekte enthalten, wie etwa Schwarze Löcher oder Braune Zwerge. Sie aber müsste es dann aber auch in der Milchstraße geben, und sie müssten häufig Gravitatonslinseneffekte auslösen, die man so nicht beobachtet.
   
• Der Gedanke, dass der Raum bevölkert ist von zahlreichen recht kompakte Objekten, die kleiner sind als Sterne, ist noch nicht völlig verworfen, allerdings ist unklar, wie sie entstanden sein könnten.
   
• Daher favorisiert man derzeit eine andere Art dunkler Materie: Teilchen, die sich in Wolken sammeln und in nahezu kreisförmigen Halos um die sichtbaren Scheiben galaktischer Materie schweben.
   
  Teilchen bekannter Art interagieren jedoch fast alle zu heftig und verklumpen zu sehr, als dass sie solche Halos formen könnten — mit Ausnahme von Neutrionos, aber die sind zu leicht, bewegen sich zu schnell und verklumpen zu wenig.

Was also ist jene unbekannte Dunkle Materie? Sie muss etwas bisher noch Unbekanntes sein.
 
Seit 1990 gab es etwa 25 unterschiedliche Ideen, die in Beobachtungsprojekte mündeten, mit dem Ziel, eine Antwort zu finden — bisher ohne jeden Erfolg.
 

Helmut Satz (2016) rechnet vor:

 
Nach Isaac Newton ist die Anziehungskraft F zwischen zwei Massen M und m im Abstand R von einander gegeben durch
 
 
F  =  GMm / R²  ,
 
 
wobei G = 6.7 × 10^-11 m³/kg s² die universelle Newtonsche Gravitationskonstante ist.
 
Dieses Gesetz ist Spezialfall des ersten Newton'schen Hauptsatzes der Mechanik, welcher lautet:
 
 
F = ma  ,
 
 
worin a die Beschleunigung ist, die eine Masse M unter Einwirkung einer Kraft F erfährt.
 
Auf der Erdoberfläche können wir die durch die Schwerkraft erzeugte Beschleunigung messen. Sie ist — wie schon Galilei durch seine Fallstudien gezeigt hat — für alle Massen gleich ( 9.8 m/s² ).
 
Wenn wir den Radius der Erde kennen ( 6.4 × 10⁶m ), erhalten wir durch Zusammenführen beider Gleichenungen
 
 
M  =  aR² / G  =  5.3 × 10²⁴ kg
 
 
für das Gewicht der Erde. Wir haben sie nun also "gewogen".
 
Die Planetenbahnen werden bestimmt durch das Wechselspiel der anziehenden Schwerkraft der Sonne und der ihr entgegengesetzt wirkenden, durch die Kreisbewegung hervorgerufenen Zentrifugalkraft
 
 
K  =  mv² / R  ,
 
 
wobei hier m die Masse des Planeten ist, R der Radius seiner als kreisförmig angenommenen Bahn um die Sonne und v seine Umlaufgeschwindigkeit.
 
Zusammen mit der ersten Gleichung liefert uns das
 
 
v² = GM/R  ,
 
worin M die Erdmasse ind R = 4 × 10⁸ km den Abstand zwischen Erde und Mond bezeichnet.
 
Mit Hilfe von 2πR für die wieder als kreisförmig angenommende Umlaufbahn kommt daraus
 
 
T²  =  (2π)² R³ / ( GM )
 
für die Umlaufzeit T von bekanntlich 30 Tagen.
 
Eben diese Gleichung gilt auch für den Umlauf der Planeten um die Sonne, wenn wir M als Sonnenmasse nehmen.
 
So also ergibt sich die Keplersche Regel v² ∼ GM/R, die von allen Planeten des Sonnensystems respektiert wird. Die darin als M auftretende Sonnenmasse kann man bestimmen aus unserem Wissen über Umlaufzeit (1 Jahr) und Abstand zur Sonne ( 1.5 × 10¹¹ m ) im Fall der Erde: M_Sonne = 2 × 10³⁰ kg.
 
Wir sehen: Die Sonnenmasse ist etwa 500 000 Mal so groß wie die Erdmasse.
 
 
Wenn nun, wie bei den Randsternen von Spiralgalaxien, die Umlaufgeschwindigkeit unabhängig vom Abstand zum Schwerkraftzentrum wird, bei steigendem R also konstant bleibt, so muss nach der letzten Gleichung (6) die Galaxienmasse innerhalb der Umlaufbahn dieser Randsterne linear mit R wachsen. Da sich nun aber weiter außen kaum noch Sterne finden, muss da wohl tatsächlich dunkle Materie sein (bzw. dazu äquivalente Konzentration von Energie).
 
Die Dichte der » Dunklen « Materie ( M_dm/R³ ) fällt mit R^-2 ab, wenn die Masse linear mit R ansteigt.
 

Hans Jörg Fahr in » Mit oder ohne Urknall «, S. 252-253 :

 
Die Kraft, welche — als sog. starke Wechselwirkung — in Protonen und Neutronen die Quarks zusammenhält, hat die erstaunliche Eigenschaft, dass sie mit zunehmendem Abstand der Quarks stärker (statt schwächer) wird. Eben deswegen lässt sich kein einzelnes Quark aus einen Proton oder Neutron herausbrechen.
 
Je näher Quarks nun aber zusammenrücken, desto schwächer wird jene Kraft. Man nennt das asymptotische Freiheit.
 
Dieses Verschwinden der Kraft macht sich bemerkbar, sobald Protonen und Neutronen auf extrem engen Raum zusammengedrückt werden — wie etwa in Neutronensternen und Schwarzen Löchern.
 
Dabei können die Mitglieder dieser Dreierverbände von Quarks einander so nahe kommen, dass die Kraft praktisch gar nicht mehr vorhanden ist, sie also gar keine Bindung an ihre Verbundpartner mehr spüren. Sie erkennen in einem solchen Zustand ihren eigenen Verbund vom Typ Proton oder Neutron nicht mehr, sondern verhalten sich mehr oder weniger wie absolut freie Teilchen.
 
Als solch freies Quark-Gluonen-Plasma hat die kosmische Materie direkt nach dem Urknall tatsächlich vorgelegen.
 

Hans Jörg Fahr in » Mit oder ohne Urknall «, S. 255-257 :

 
Etwa 10^-6 sec nach dem Urknall (= 1 Mikrosekunde) war das Quark-Gluonen-Plasma so weit abgekühlt, dass es zu kondensieren begann. Es war dies der Zeitpunkt, zu dem sich Protonen und Neutronen gebildet haben — vielleicht aber auch größere ladungsfreie farbneutrale Verbände von Quarks.

Zum Vergleich: Wenn man Wasserdampf schnell und stark abkühlt, bilden sich winzige Schneeflocken.

Wie Crawford und Greiner ( 1994: The Search for Strange Matter ) errechnet haben, sind bei diesem Zerfall des Plasmas in schneeflockenartige Gebilde als Ergebnis am wahrscheinlichsten Teilchenverbände, die zu etwa gleichem Anteil aus up-, down- und strange-Quarks bestehen und sich nach einem inneren Schalenmodell unter Wahrung von Paulis Ausschließungsprinzip aufbauen lassen.
 
Man schätzt, dass sich auf diese Weise Multi-Quark-Kokons ergeben haben könnten, deren Durchmesser zwischen 10^-7 cm bis hin zu 10 Zentimertern gereicht haben könnte. Edward Witten sagt voraus, dass sie i.W. zwischen 10⁹ bis 10¹⁸ Gramm schwer sein sollten mit einem durchschnittlichen Durchmesser von dem einer Billardkugel. [ Bei einer zufälligen Kollision eins solchen Körpers mit der Erde würde er sie einfach durchschlagen und dabei lediglich eine Schockwelle im Erdkörper auslösen, mit der eventuell fürchterliche Verheerungen und Erdbeben einhergingen. ]
 
Die ganz normalen, uns heute bekannten Protonen und Neutronen würden sich dann sozusagen erst aus dem noch nicht kondensierten Rest der Quarks ergeben haben — nachdem die meisten strange-Quarks bereits in die leichteren Ups und Downs zerfallen waren und sich deswegen danach nur noch die üblichen farb­neutralen Dreier-Verbände bilden konnten.
 
Solche nur aus Quarks bestehen Mammutobjekte — weit kleiner, aber gut vergleichbar mit Neutronensternen — müssten sich heute noch auffinden lassen und könnten sogar den überwiegenden Teil aller Dunklen Materie darstellen. Sie wären sozusagen dunkle Sterne mit maximal wenigen Zentimetern Durchmesser: Winzige Staubkörner verglichen mit leuchtenden Sternen.
 
Unmengen von ihnen könnten sich gravitativ verklumpen, ohne dass dabei elektromagnetische Strahlung entstünde.
 
So wäre z.B. zu erklären, dass der Hydra-Zentaurus Galaxien-Haufen (ein Nachbar des Virgo-Clusters, in dem wir zuhause sind) mit seinen nie gesehenen 10¹⁵ Sonnenmassen nur wenig leuchtende Materie enthält.
 

Galaxien finden sich meist in größere Strukturen — sog. Galaxienhaufen — eingebunden. Man erwartet, dass diese Gebilde durch ihre eigene Schwerkraft gebunden Systeme sind. Nun sind aber die Geschwindigkeiten der Galaxien in diesen Haufen so groß, dass sie auseinander fliegen müssten, wenn es darin nicht etwas gäbe (dunkle Materie), welches zusätzliche Gravitationskräfte zur Folge hat.
 
Durch Vermessung der Geschwindigkeiten von Galaxien wurde für eine ganze Reihe von Haufen eine Massenbilanz aufgestellt, die dazu zwingt, einen hohen Anteil an unsichtbarer Materie für diese Objekte anzunehmen.
 
Die nicht leuchtende Masse, die einzelne Galaxien in einem sphärischen » Halo « umgibt, reicht hierfür jedoch bei weitem nicht aus. Mindestens das 10-fache an dunkler Materie ist nötig.

Beobachtung der mittels Satelliten registrierbaren starken Röntgenstrahlung der Galaxienhaufen:
 
Sie stammt — so nimmt man an — von einem 100 Mio Grad heißen Gas zwischen den Galaxien, das wohl nur durch die Schwerkraft nicht sichtbarer Massen gebunden sein kann, da es sonst aus dem Haufen verdampfen müsste. Der Wert der Dichte passt zu dem aus der Bewegung der Galaxien erschlossenen.

Viele Galaxienhaufen wirken als Gravitationslinsen, d.h. sie lenken Lichtstrahlen ab, die von weiter entfernten Galaxien zu uns gelangen, so dass wir hinter dem Haufen liegende Galaxien mehrfach sehen. Die Art der Verzerrung erlaubt Rückschlüsse auf die Massenverteilung in den Galaxienhaufen. Auch diese Beobachtung führt auf den gleichen hohen Anteil von (vermuteter) dunkler Materie.

 

• Die Sterne rotieren um galaktische Zentren zu schnell, ganz so, als ob da mehr Masse in der Galaxie wäre als wir sehen.
   
• Galaxien in Galaxienhaufen bewegen sich so, als wären da deutlich mehr Massen beteiligt.
   
• Gravitationslinseneffekte treten auch dort auf, wo wir keine Massen sehen.
   
• Im Bulletcluster messen wir den Massenschwerpunkt an anderer Stelle als wir sichtbares Gas sehen.
   
• in der kosmologischen Hintergrundstrahlung gibt es eine Resonanz, die nur mit zusätzlicher Masse zu erklären ist, die nicht elektromagnetisch wechselwirkt.

Beweis hierfür sind Berechnungen zu Kernreaktionen im frühen Universum — dem etwa 380.000 Jahre alten Universum. Die nämlich sagen die derzeitige Dichte leichter chemischer Elemente, etwa die Dichte von Wasserstoff, Deuterium, Helium und Lithium, recht genau voraus, und diese Zahlen stimmen hervorragend überein mit dem, was Astronomen beobachten. Diese Übereinstimmung gilt als einer der spektakulärsten Erfolge der Urknalltheorie.
 
Da diese Ergebnisse recht empfindlich reagieren auf leicht abgeänderte Annahmen über die damals vorhandene Menge an Protonen und Neutronen, sind sie unvereinbar mit der Annahme, dass Dunkle Materie einfach nur gewöhnliche, nicht leuchtende Materie sein könnte.
 
Aus Planeten und kleinen Sternen bestehen kann die Dunkle Materie deswegen nicht. Untersuchung von Gravitationslinsen bestätigen das.

 
• Möglichkeit 1:
   
  Die jede Galaxis einhüllende Wolke dunkler Materie könnte aus einer Vielzahl Schwarzer Löcher bestehen. Man hat keine klare Vorstellung davon, wie sie entstanden sein könnten. Diese Möglichkeit aber widerspricht nicht den Beobachtungen.
   
   
• Möglichkeit 2:
   
  Dunkle Materie könnte aus Teilchen bestehen, die wir noch nicht kennen. Nennen wir sie DM-Teilchen. Sie müssten
  
   
  • massereich und stabil sein
     
  • und dürften keinerlei Ladung tragen (weder elektrische Ladung noch Farbladung im Sinne der QCD).
  
   
  Man stellt sich das so vor:
   
  Als das Universum noch sehr heiß und sehr dicht war, gab es recht häufig Kollisionen aller möglichen Teilchen, aus denen dann auch solche hervorgingen, die deutlich energiereicher waren als die von uns heute beobachteten.
   
  Als Folge der Ausdehnung des Raumes kühlte das Universum sich dann ab, so dass Kollisionen dann immer seltener die Kraft hatten, die schweren DM-Teilchen zu erzeugen. Da man annimmt, sie seine stabil, konnten sie dann nur noch durch Annihilation (sehr heftigen Zusammenprall) ausgelöscht werden. So ein Zusammenprall aber wurde immer unwahrscheinlicher, so dass DM-Teilchen dann — grob gesprochen — irgendwann weder zerstört noch neu geschaffen wurden. Physiker nennen das einen » Freeze out «.
   
  Die theoretische Physik kann die nach diesem (bisher nur hypothetischen) Freeze-out verbliebenen Reste berechnen und so die Menge der im heutigen Universum noch vorhandenen DM-Teilchen hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften vorhersagen. Man kommt so zum Ergebnis, dass DM-Teilchen über die schwache Kraft wechselwirken und eine Masse im Bereich von 0.1 bis 1 TeV haben sollten. Vertreter dieser Theorie nennen sie daher WIMPs (» weakly interacting massive particles «). Der LHC im CERN scheint gerade noch stark genug, sie zu entdecken.
   
  Für diese Theorie spricht, dass, falls unsere Welt supersymmetrisch sein sollte, die für diesen Fall vorhergesagten Neutralinos Kandidat für DM-Teilchen sein könnten:
   
  Ein WIMP nämlich ist einem Neutralino recht ähnlich, sollte aber auch deutlich mehr Masse haben — vermutlich bis hin zum 100-fachen einer Protonenmasse.
   
  Wie Neutrinos durchdringen WIMPs die Erde fast ohne jeden Zusammenstoß mit deren Teilchen. Die Bezeichnung » Dunkle Materie « wäre dann irreführend, denn dunkle Körper absorbieren Licht, ohne welches zu emittieren.
   
  Obgleich weit mehr dunkle als gewöhnliche Materie zu existieren scheint, wären WIMPs sehr dünn verteilt: In jedem Qubikkilometer Raum um uns herum erwartet man etwa ein halbes Milliardstel Gramm dunkler Materie. Sie umgibt uns wie eine Art extrem schwacher Geruch.
   
  Mit ihrer hohen Geschwindigkeit von etwa 1 Million km/h würden WIMPs, wenn sie mit einem Atomkern kollidieren, etwas Energie abgeben. Die aber ist so gering, dass man einen 10¹⁸ Tonnen (= 1% der Mondmasse) schweren Detektor bauen müsste, um mit der Stärke dieser Strahlung eine herkömmliche 100-Watt-Birne zu betreiben.
   
  Man sucht WIMPs deswegen mit Vorrichtungen tief unter der Erde, muss die Detektoren aber auch dort gegen die natürliche Radioaktivität des Felsgesteins abschirmen, da die deutlich intensiver ist als das erwartete Signal dunkler Materie. Mehr dazu in Kirko Stimmer: Suche nach WIMPs.
   
  Die Vermutung, dunkle Materie bestehe aus WIMPs, stützt u.A. eine Beobachtung aus 2015.
   
   
• Möglichkeit 3: Bisher unbekannte große Gaswolken
   
  Am 18.4.2015 registrierte das Parkes-Radioteleskop in Australien einen nur eine Millisekunde andauernden Ausbruch von Radiostrahlung im All.
  Es war schon das 17. Mal, dass so ein Radioblitz beobachtet wurde. Bisher aber wusste niemand, woher sie kamen. Weil sie nur extrem kurz andauern, wurden sie oft erst Monate oder Jahre später in aufgezeichneten Daten entdeckt.
   
  Dieses Mal aber haben die Astronomen in Australien Kollegen auf der ganzen Welt sofort benachrichtigt, und so kam es, dass von mehreren Erdteilen aus sechs Tage lang ein Nachglimmen des Blitzes beobachtet werden konnte. Dies hat dazu geführt, dass man feststellen konnte: Der Blitz kam aus einer von uns etwa 6 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie. Er könnte entstanden sein bei einem Zusammenstoß zweier Neutronensterne.
   
  Noch interessanter: Die Astronomen konnten feststellen, dass die Strahlung auf dem Weg zu uns gebrochen wurde. Und so entdeckten die Forscher bisher unbekannte heiße Gaswolken zwischen uns und der Galaxie, aus der der Blitz kam. Die Dichte dieser Wolken passt zur bislang vermissten Materie.
   
  Quelle: Christian Endt: Astronomen finden verborgene Materie, SZ vom 26.2.2016

Gebhard Greiter (2021):

 
Meine ganz persönliche Meinung zu Dunkler Materie:
 
Dass Galaxien als Materietöpfe zu sehen in dem Sinne, dass sie in je einer Wolke kosmischen Staubes schwimmen, die in ihnen und nahe an ihnen dichter ist als anderswo (aber dennoch im Inneren der Galaxie von fast konstanter Dichte), könnte ich mir tatsächlich noch am ehesten als Erklärung für die Existenz dunkler Materie vorstellen, denn:
 
Es kann ja tatsächlich der gesamte Inhalt des Universums (soweit er Materie darstellt) als gigantische Staubwolke aufgefasst werden mit "Staubkörnern" jeder nur denkbaren Größe (angefangen bei einzelnen Elementarteilchen und Molekülen bis hin zu Sternen und Schwarzen Löchern). Galaxien sind Schwerpunkte dieser Wolke von "Staub": Regionen also, in denen sie deutlich dichter ist als anderswo. Hiervon beobachtbar sind aner nur kleine Teilwolken enthalten, die sich lokal so weit verdichtet haben, dass sie zu leuchten begannen: entweder als Gaswolke oder gar als Stern. Dennoch muss es da aber jede Menge weiteren Staubes geben, der noch weit davon entfernt ist, sich derart weit verdichtet zu haben, dass er sich entweder stark erhitzen konnte oder wenigstens so dicht wurde, dass er in der Lage ist, zu verstecken, was hinter ihm existiert.
 
Mein Verdacht: Dieser Rest des "Staubes" (vor allem soweit er aus ganzen Gesteinsbrocken besteht) macht in Summe das aus, was wir dunkle Materie nennen, besteht aber letzlich doch nur aus stark verdünnter ganz normaler Materie jeder nur denkbaren Art von Bruchstücken früherer Sterne: Man hat (was Astrophysiker heute aber NICHT glauben) möglicherweise nur unterschätzt, wie viel das insgesamt an Staub sein kann: an Staub, der zu dünn sind, um durch uns beobachtbar zu sein (sei es in Folge eigener Lichtabstrahlung oder da er für uns nennenswert verdunkeln könnte, was hinter ihnen liegt).
 
Wenn man sich eine solche Wolke aus Staub und nicht allzu großen Gesteinsbrocken vorstellt, wird – wenn sie im Inneren der Galaxie liegt – ihre Umgebung von Sternen sie in jede Richtung fast gleich stark zu ziehen bemüht sein, so dass sie sich weder auflösen noch groß in nur eine Richtung bewegen oder sich gar schnell weiter verdichten kann.
 
Dass man sich bei entsprechenden Berechnungen gewaltig irren kann, scheint mir jedenfalls durchaus möglich.
 
Denken wir dazu mal an interstellare Objekte:
 
Aufgrund der großen Entfernungen können sie in der Regel nur erkannt werden, wenn sie unser Sonnensystem passieren. Man hat bisher nur ganze zwei entdeckt. Wie will man da wissen, wie viele es wirklich geben könnte?
 
Mit anderen Worten: Ich kann mir bisher einfach nicht vorstellen, wie es gelungen sein sollte, für Gesteinsbrocken jeder nur denkbaren Größe deutlich unterhalb typischer Mond abzuschätzen, in welcher Dichte sie in Galaxien oder dem Weltraum tatsächlich vorkommen.
 
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Ich muss zugeben, dass ich von Modified Newtonian Gravity (MOND) rein gar nichts halte. Diese Theorie scheint mir — ihrer Qualität nach — gut vergleichbar mit der Theorie der Epizyklen aus dem Mittelalter: Sie konnte Beobachtungsergebnisse (die Bahnen der Planeten, wie wir sie von der Erde aus sehen) erstaunlich genau erklären, hat sich aber dennoch als falsch erwiesen (und war um Welten komplexer als die ganz einfache Newtonsche Theorie).
 
Ich würde mir wünschen, dass die Astrophysiker mal versuchen würden, zu quantifizieren, wie sich der Prozentsatz Dunkler Materie in sehr alten Regionen des Weltalls vergleicht mit dem in z.B. unserer Lokalen Gruppe. Mein Verdacht nämlich ist, dass die Dichte Dunkler Materie korrelliert sein könnte mit der Zahl der Supernovae, die in einer betrachteten Region des beobachbaren Universums schon stattgefunden haben. Jede Supernova nämlich zerstört lokal, was Gravitation an Verklumpung von Gas und Staub schon hat schaffen können und erhöht in einer wirklich großen Umgebung des explodierten Sterns die Zahl der "Staubteilchen" großer Granularität (= Gesteinsbrocken, welche die Macht der Explosion eines Sternes in seine Umgebung geblasen hat).
 
Mit anderen Worten: Würde man feststellen, dass der Prozentsatz Dunkler Materie für weit von uns entfernete (und daher jüngere) Galaxiencluster kleiner ist als für uns nahe liegende, wäre das starker Hinweis darauf, dass Dunkle Materie eben doch ganz normale, nicht leuchtende Materie ist bestehend aus dünnen, da weiträumig verstreuten Wolken von Gesteinsbrocken, wie Supernovae sie ja wohl zur Folge haben können.
 

Gebhard Greiter (2021):

 
Wie der Astrophysiker Lawrence Krauss in seinem Buch A Universe from Nothing (2012) argumentiert, könne es gut sein, dass der Urknall, der unsere kosmische Umgebung schuf, Quantenfluktuation war.
 
Wenn Materie nun aber nicht durch kosmische Evolution entstand, sondern Ergebnis einer Quantenfluktuation war, so musste dieses Ergebnis ja — des Prinzips der Ladundungserhaltung wegen — zu gleichen Teilen aus Materie und Antimaterie bestanden haben. Genauer: Es müsste bestanden haben aus einem Paar gewaltig großer Teilchen, von denen eines i.W. Materie, das andere i.W. Antimaterie war.
 
Wenn nun aber das sofort einsetzende Inflationsgeschehen die beiden gleichermaßen expandiert hat zu ganzen Universen, könnte es doch gut sein, dass wir gerade in dem leben, das vor allem aus Materie bestand (und immer noch besteht): Die beiden hätten sich dann ja kaum vermischen können, da sich der Abstand zwischen ihnen ebenso schnell vergrößert hätte wie ihr jeweiliger Durchmesser.
 
Sabine Hossenfelder erklärt das recht schön gegen Ende ihres Vortrages How to create a Baby Universe (2021).
 

Leonard Susskind (2010) schrieb:

 
Unter Materie verstehen Physiker nicht nur Dinge, die aus Atomen bestehen.
 
Als Materie gelten auch andere Elementarteilchen wie Photonen, Neutrinos und Gravitonen.
 

 

• In der klassischen Physik wird unterschieden zwischen Materie, Vakuum und Kraftfeld. Hierbei haben Vakuum und Kraftfeld keine Masse, sondern beschreiben einen Zustand des leeren Raumes.
   
  Klassische Physik versteht unter » Materie « alles, was Raum einnimmt und Ruhemasse hat.
   
   
• In der modernen Physik wurde der Materiebegriff durch die Relativitätstheorie und die Quantenphysik mehrfach erweitert.
  In den meisten Lehrbüchern der Physik wird er nun ohne eine genauere Definition einfach vorausgesetzt. Tatsache aber ist:
   
  Moderne theoretische Physik versteht unter » Materie « wirklich sämtliche Elementarteilchen (und auch alles daraus Zusammengesetzte).

 

• einfallendes Licht  v o l l s t ä n d i g  absorbiert (als nichts davon reflektiert)
   
• und Licht wirklich  j e d e r  Wellenlänge absorbieren und später auch wieder abgeben kann.

Hohnerkamp (2013, stark gekürzt):

 
Der englische Naturforscher Isaac Newton stellte fest, dass es bei verschiedenen Körpern auch einer verschiedenen Kraftanstrengung bedarf, ihre Bewegung zu ändern. Er führte als Maß für solche Trägheit den Begriff Masse ein und postulierte auch gleich, dass jene Masse dafür verantwortlich sei, dass Körper sich gegenseitig anziehen. Fortan galt die Eigenschaft, Masse zu besitzen, als Spezifikum materieller Objekte (und auch heute findet man das oft so formuliert, z.B. in Wikipedia).
 
Materielle Objekte sind danach alle Objekte, die Masse besitzen und daher Trägheit bei Bewegungsänderung zeigen sowie von anderen Objekten gleicher Art angezogen werden.
 
Erst Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie mache uns klar, dass dazu auch Licht gehört und man das Wort » Masse « besser durch » Energie « ersetzt, da ja Masse im Sinne Newtons nicht notwendig Ruhemasse ist.
 
 
Was aber wurde nun aus dem Begriff » Materie « ?
 
Offensichtlich bestehen alle Objekte, die man vor Einstein als materiell bezeichnet hatte, aus Elementarteilchen, d.h. aus Quanten. Auch das Licht — sich uns als Welle eines elektromagnetischen Feldes zeigend — ist auf mikroskopischer Ebene ein Strom von Quanten.
 
Somit musste man sich neu überlegen, was denn nun das Spezifikum eines materiellen Objekts sein solle.
 
 
Mit Hilfe der Relativitätstheorien und der Quantenphysik ist leicht einzusehen, wie die Definition des Begriffs » Materie « abzuwandeln ist, um diesen neuen Einsichten Rechnung zu tragen:
 
 
Was ein materielles Objekt kennzeichnet, ist nicht die Eigenschaft (Ruhe-) Masse zu haben,
 
sondern die Eigenschaft Energieträger zu sein.
 
 
Aber nicht nur das: Wer die Spezielle Relativitätstheorie kennt, der weiß, dass die Energie immer zusammen mit einem Impuls auftritt, diese beiden Größen also ebensowenig von einander trennbar sind wie Zeit von Raum.
 
Demnach sagt die Physik heute:
 
Materielle Objekte sind alle,
 
denen sich ein Energie-Impuls-Vektor zuordnen lässt.
 
 
Note: Da sich die neue Sprechweise noch nicht überall durchgesetzt hat — und alte Schriften ohnehin nicht abänderbar sind — wird häufig noch von Masse gesprochen, wo eigentlich Materie bzw. die sie darstellende Energie gemeint sind.

 
Sie ist relativ, d.h. aus der jeweils subjektiven Sicht unterschiedlicher, relativ zueinander bewegter Bezugssysteme heraus unterschiedlich groß.
 

• hinsichtlich des Vertauschens der Zustände zweier Wasserstoffatome symmetrisch,
   
• hinsichtlich der Zustandsvertauschung zweier Elektronen (oder zweier Protonen) aber antisymmetrisch.

Lothar Schäfer (2004):

 
Wenn zwei Moleküle oder Gegenstände A und B weit voneinander entfernt sind, ist es für alle praktischen Anwendungen ausreichend, sich vorzustellen, dass ihre Wellenfunktionen unabhängig voneinander sind.
 
Wird der Abstand zwischen ihnen aber kleiner als etwa 10^-10 Meter, so beginnen diese Wellenfunktionen deutlich miteinander zu interferieren, so wie man das bei Wellen immer beobachtet. Die Zustände von A und B verlieren dann ihre Eigenständigkeit, ja sogar ihre Identität, und das System { A, B } gelangt in einen Zustand, der stabilisierend oder destabilisierend sein kann:
 
Die Elektronen des Systems entdecken dann nämlich, dass die meisten von ihnen sich auf destabilisierende Zustände höherer Energie zurückziehen müssen, da vorteilhaftere schon besetzt sind.
 
Nach diesem Prinzip entstehen abstoßende Kräfte zwischen den Molekülen: Die Elektronen im einen Ding bemerken, dass die vorteilhaften Zustände im anderen schon besetzt sind und daher vermieden werden müssen.
 
Der begriffliche Zwang, besetzte Zustände zu meiden, ruft dann physikalische Kräfte hervor.
 
Man kann es auch so sehen:
 
Ein geistiges Prinzip wird in ein mechanisches verwandelt.
 

 
• Antiprotonen konnten zum ersten Mal 1955 erzeugt werden (im Lawrence Berkely National Labaoratory, USA).
   
• Wesentlich schwieriger war die künstliche Herstellung von Antiwasserstoff (dem Bindungszustand von einem Antiproton und einem Positron), einem aus Antimaterie bestehenden Atom. Sie gelang erstmals 1995 im CERN.
   
• 2002 gelang es dann erstmals — ebenfalls im CERN — eine größere Menge von Anti-Wasserstoff-Atomen herzustellen (etwa 50.000).

 

• Beispiel 1: Untersuchung von Werkstoffen:
   
  Durch Bestrahlung mit Positronen lassen sich die Ermüdungserscheinungen von Metallen besser dignostizieren als mit anderen Verfahren. Konkret kommt das zum Einsatz bei der Überprüfung von Flugzeugturbinen. Der Vorteil hier: Höhere Flugsicherheit und Kosteneinsparung.
   
• Beispiel 2: Die Positronen-Emissions-Tomographie:
   
  Recht erfolgreich sind die Methoden SPECT und PET: Radioaktiv markierte Moleküle werden ins Blut gespritzt, wo sie Millionen von Positronen emittieren (positiver Beta-Zerfall). Damit lassen sich dann im Körper Tumore lokalisieren, aber z.B. auch molekulare Andockstellen für chemische Botenstoffe des Nervensystems.
   
  Selbst Blutfluss und Sauerstoffverbrauch im Gehirn lassen sich so gut verfolgen. Neurologen haben mit PET-Scans schon zahlreiche Hirnfunktionen und deren Wechselspiel lokalisieren können.
   
• Beispiel 3: Seit 2003 versucht man mit Antimaterie sogar Krebs zu bekämpfen (weltweit forscht man daran an mindestens schon 10 Instituten). Hoffnung machen Experimente mit Hamsterzellen, die gezeigt haben, dass bei Tumorzellen Antiprotonstrahlen eine 4-fach höhere Zerstörungskraft haben als Protonenstrahlen.

 

• die kaum ausreichen würde, eine Glühbirne wenige Minuten leuchten zu lassen
   
• und deren Zusammenbringen mit Materie (zwecks Verstrahlung) nicht gefährlicher wäre, als ein Streichholz anzuzünden.

 

• Sonneneruptionen setzen regelmäßig relativ große Mengen von Antimaterie frei: Positronen und Antiprotonen.
  So sind z.B. 2002 in einer einzigen, gewaltigen Eruption etwa 0.5 kg Positronen entstanden —wäre ihre Energie nutzbar gewesen, hätte sie gereicht, ganz Deutschland 2 Tage mit Strom zu versorgen.
   
• Etwa 80 Gramm Antimaterie kreisen zwischen Venus und Mars um die Sonne, und ca. 20 kg vermutet man innerhalb der Bahn des Saturns.
   
• Nahe des Zentrums unserer Milchstraße zerstrahlen ständig riesige Mengen von Elektronen mit Positronen. Es muss da also eine Positronenquelle geben, die man noch nicht gefunden hat. Dies signalisieren uns Photonen, deren jedes genau die Energieportion darstellt, die bei der Annihilation eines Elektrons mit einem Positron frei wird.

 

• Bei geringen Abständen und hohen Energien sind die Quarks » asymptotisch frei «, d.h. kaum aneinander gebunden.
   
• Bei zunehmend größerer Distanz aber wirkt Kraft wie ein zunehmend gespanntes Gummiband, das sie verbindet (Stichwort: » Confinement «).
   
• Es gibt deswegen keine isolierten Quarks.
   
• Beim Versuch, ein Paar von Quarks zu trennen, entstehen spontan neue Quark-Antiquark-Paare (» spontane Paarbildung «).

 

• Die entscheidenden Argumente dafür, dass Demokrits Atomidee richtig sein könnte, lieferten Experimente mit Gasentladungen in evakuierten Röhren, wie man sie gegen Ende des 19. Jahrhunderts in zahlreichen Laboren durchführte. Dass die im Zuge dieser Experimente entdeckten negativ geladenen Teilchen — dann Elektronen genannt — nicht die einzigen kleinsten Teilchen sein konnten, wurde klar aus der Tatsache, dass sie elektrische Ladung trugen, Materie an sich aber elektrisch neutral ist.
   
• 1896 hat dann Henri Becquerel entdeckt, dass Uran Strahlung aussendet. Wenig später wurde klar, dass es sich dabei in Radium verwandelt. Neben elektrisch geladenen Partikeln — Alpha- und Beta-Strahlung genannt — verließ auch energiereiche Strahlung extrem kurzer Wellebnlänge — Gamma-Strahlung genannt — das sich umwandelnde Uran. Wie etwas später klar wurde, besteht Beta-Strahlung aus Elektronen, Alpha-Strahlung aber aus positiv geladenen Helium-Atomkernen.
   
• Insbesondere die Alphateilchen erwiesen sich als recht gut geeignet, die Struktut der Atome zu erforschen: Ernest Rutherford verwendete sie als winzige Geschosse, die er auf Materialien unterschiedlichen typs prallen lies. Hierbei erkannte er, dass die weitaus meisten dieser Geschosse das Material durchdrangen, als würde es kein Hindernis darstellen. Einige wenige aber wurde extrem stark abgelenkt, in seltenen Fällen sogar um mehr als 90 Grad.
   
  Gegen Ende 1910 war Rutherford klar, was das bedeuten musste: Der Sitz der elektrisch positiven Ladung des Atoms — heute Atomkern genannt — musste im Verhältnis zur ganzen Größe der Atome extrem klein sein.
   
  Rutherford verschiedenste Materialien und sah, dass die positiv geladenen Alphateilchen umso häufiger und stärker abgelenkt wurden, je größer die Ordnungszahl des jeweiligen Elements im Periodensystem war.
   
  Diese Beobachtung führte zu einem ersten abgesicherten Atom-Modell: Jedes Atom musste aus einem positiv geladenen Kern bestehen, der umso mehr Ladungen aufweist, je höher die Ordnungszahl des jeweiligen Elements im Periodensystem ist. Da Atome nu aber nach außen hin elektrisch neutral sind, waren im Atom wohl auch kompensierende negative Ladungen — Elektronen — vorhanden.
   
  Da sich nun aber Ladungen verschiedenen Vorzeichens gegenseitig anziehen, sah Rutherford sich gezwungen, den Elektronen kreisförmige Bewegungsbahnen zuzuschreiben, da sie sonst ja in den Kern des Atoms stürzen müssten. Damit war das Planetenmodell des Atoms geboren.
   
   
• So ganz richtig konnte dieses Modell aber aus gleich 3 Gründen nicht sein:
   
  
  • Wenn sich negativ geladenen Teilchen um einen positiv geladenen Kern bewegen, müsste sich ein Dipol bilden, der ständig elektromagnetische Strahlung aussendet, so dass die Elektronen ständig Energe verlieren und daher schließlich doch in den Kern stürzen müssten.
     
  • Auch die damals schon längst bekannte Tatsache, dass in den Spektren der Gase diskrete Linien auftreten, jedes Atom also nur elektromagnetische Wellen ganz bestimmter Frequenzen abstrahlt, gab zu denken.
     
  • Heisenberg lieferte noch einen weiteren Einwand: Kein den Gesetzen der Newtonschen Mechanik folgendes Planetensystem würde jemals nach Zusammenstoß mit einem anderen in seine Ausgangskonfiguration zurückfinden. Kohlenstoff aber bleibt Kohlenstoff auch nach dem Zusammenstoß seiner Atome mit anderen.
  
   
• Erst Niels Bohr gelang es, wenigstens für Wasserstoff ein widerspruchsfreies Atommodell zu entwerfen: Er vereinigte die Ideen von Rutherford, Planck und Einstein, indem er den Elektronen innerhalb des Atoms kreisförmige Bahnen zuschrieb, die sie — entgegen den Gesetzen der klassischen Physik — strahlungslos durchlaufen. Jeder Behn, so Bohr, entspricht eine bestimmte Energiestufe, die Bohr durch eine Quantenzahl charakterisierte. Nur wenn Elektronen die Bahn wechseln, geben sie Energie ab oder nehmen Energie auf.
   
• Obgleich Bohrs Modell auch heute noch das bekannteste ist, gilt es als überholt. Es kann keineswegs alle Fragen beantworten:
   
  
  • Sofort nach seinem Entstehen wurde klar, dass es selbst Wasserstoff — das aller einfachste Atom — Spektrallinien kennt, die sich so nicht erklären lassen. Sommerfeld hat deswgen zusätzlich zu de hauptquantenzahlen noch Nebenquantenzahlen eingeführt, womit dann auch die Feinstruktur der Spektren gedeutet werden konnte.
     
  • Dennoch funktionierte auch das nur für Wasserstoff, für Atome also, in denen nur ein einziges Elektron den Kern umkreist.
  
   
• 1932 hat dann James Chadwick ein weiteres Teilchen entdeckt: Nahzu so schwer wie ein Proton, aber ohne eletrische Ladung, nennt man es heute das Neutron.
   
• Schon 1930 aber kam Wolfgang Pauli zur Überzeugung, dass es ein weiters — ganz besonders leichtes, auch elektrisch neutrales — Teilchen geben müsse, welches Enrici Fermi dann das Neutriono (= "kleies Neutron") nannte. Es sollte noch 25 weitere Jahre dauern, bis man es tatsächlich nachweisen konnte.
   
• 1936 fand man in kosmischer Höhenstrahlung dann noch ein Teilchen, das — wie das Elektron — negetive elektrische Ladung trägt, aber etwa 200 Mal so schwer ist: Man nannte sie Mesonen und hat später erkannt, dass es in zweierlei Varianten auftritt: Heute nennt man sie das Myon und das Pion.
   
• 1970 schließlich hat man Protonen mit sehr energiereichen Elektronen beschossen und so erkannt, dass alle Nukleonen (= Protonen wie Neutronen) aus 3 noch kleineren Teilchen bestehen, die nie einzeln auftreten. Man nennt sie Quarks. Neben elektrischer Ladung tragen sie auch noch sog. Farbladung (was nichts mit Farbe zu tun hatn sondern einfach nur eine hilfreiche Analogie suggerieren soll).

 

• Das Standardmodell sieht sie als ausdehnungslose Punkte.
   
• Experimentalphysik (man denke an die Streuexperimente von Rutherford) sieht sie meist als Teilchen mit wenigstens grob definiertem, artspezifischen positivem Durchmesser (man nennt ihn die Compton-Wellenlänge des Teilchens).
   
• Stringtheorie sieht sie als die einem String — einem Faden oder einer Membran — möglichen Schwingungszustände.
   
• Quantenfeldtheorie aber sieht sie als Pakete von Wellen, die Anregung abstrakter Kraftfelder sind (jedem Typ von Elementarteilchen entspricht ein eigenes, in der gesamten Raumzeit defiertes Feld).

Rein nur aus Symmetriegründen dachte Gell-Mann, dass


• die Baryonen aus 3 Quarks,
• die Mesonen dagegen aus einem Quark und einem Antiquark

zusammengesetzt sein müssten.
 
Einige Jahre lang wurde seine Idee als zu abstrakt — als zu weit hergeholt — angesehen.

Beweis: Wenn nämlich zwei Elektronen denselben Zustand hätten, würde Zustandsvertauschung die Wellenfunktion nicht ändern im Gegensatz zur Tatsache, dass Elektronen (als Fermionen) antisymmetrische Wellenfunktion haben.

Keen aus 1955-82:

Da hätte ich noch eine Frage, die mich schon längere Zeit beschäftigt:

Ist Materie immer gegenständlich? Schon dieses Wort Materie, verstehen zu wollen fasziniert mich!

Zitat von Close:

 
Richard Feynman und andere hatten [basierend auf Diracs Theorie des Elektrons gezeigt, dass sich das elektromagnetische Feld selbst in [virtuelle Elektronen [= Materie und [virtuelle Positronen [= Antimaterie umwandeln kann — eine der vielen bizarren Folgerungen aus der Unbestimmtheitsrelation der Quantentheorie. Diese "virtuellen" Teilchen und Antiteilchen im Vakuum hatten für das Elektron zur Folge, dass seine unmittelbare Umgebung nicht einfach leerer Raum ist, sondern dass es dort vor Aktivitäten brodelt.

... es zeigt sich nämlich, dass  das Elektron einen Einfluss auf das Vakuum hat  und die Leere in seiner Umgebung in einen Schwarm aus Teilchen und Antiteilchen verwandelt.

... Wir leben zwar in einer Welt der Materie, doch das Vakuum enthält sowohl "virtuelle" Materie als auch "virtuelle" Antimaterie.

Virtuell bedeutet hier, dass diese Teilchen nicht zu materieller (oder antimaterieller) Substanz werden; ihre Gegenwart hat aber trotzdem einen Einfluss auf die anwesenden Materieteilchen.

Keen aus 1955-82:

 
Wenn Gas oder Sauerstoff ebenfalls Materie sind, wie verhält sich dabei Antimaterie?

Zitat:

 
Der Einfang von Positronen durch Antiprotonen ergibt Antiwasserstoff, wovon am CERN pro Sekunde einige 100 Atome hergestellt werden.

Für ein Nanogramm benötigt man 100000 Jahre, und für die Menge in einem Kinderballon bzw. für 1 Gramm benötigte man sogar länger als das Alter des Universums.

Henry aus 1955-216:

 
Aber es gibt im Quantenvakuum keine Teilchen, wenn sich im "realen" Kosmos Teilchen zeigen   und das tun sie eben nur in Zeitbruchteilen   können sie das nur "quantisiert", das ist das, was die Quantenmechanik aussagt.

Und "quantisierte" Energie lässt sich als Teilchen interpretieren, grob ausgedrückt.
 

Zitat von Feynman:

 
A real particle is "on mass shell", which basically means that it has the mass it is supposed to have, no less, no more. A virtual particle is "off mass shell". In a Feynman diagram, the virtual particles are those that connect vertices; they are the internal lines like the wavy one in the diagram. Actually, they represent internal propagators, but you may think of them as the tracks of the particles. The real particles are those that enter and those that leave the diagram.

In fact, the longer the line, the more the represented particle is "on mass shell", and if it is infinitely long (never again interacts), it is perfectly "real".
 

Hans-m aus 1955-155:

 
Schon die Tatsache, dass wir sie [die virtuellen Teilchen messen/nachweisen können, zeigt, dass sie mit "normaler" Materie interagieren. Was eine Messung anzeigt, ist ja nichts anderes, als eine physikalische Wirkung auf die Messanordnung. Und alles, was im Labor eine Wirkung hat, das hat auch die gleiche Wirkung irgend wo anders im Universum.
Selbst wenn die Wirkung des Einzelteilchens verschwindent klein ist, so ist sie jedoch nicht null. Nach der Chaostheorie kann die endgültige Wirkung verheerend sein.

Zitat von Hawking:

 
These pairs of particles occur for all varieties of elementary particles.
They are called virtual particles, because they occur even in the vacuum, and they can't be directly measured by particle detectors.

However, the indirect effects of virtual particles, or vacuum fluctuations, have been observed in a number of experiments, and their existence confirmed.

Henry und schrieb in Beitrag Henry 1955-168 und 1955-169 :

 
Dass die virtuellen Teilchen nicht direkt zu messen sind, ist der eindeutige Beleg dafür, dass nicht mit "realen" Teilchen wechselwirken, sonst könnte man sie nämlich direkt messen.

Wenn sie auf "reale" Teilchen wie auch immer wirken würden, wäre das eine Verletzung des Energieerhaltungssatzes, einer der Grundlagen der gesamten Physik.

Wrentzsch aus 1968-64:

 
Wenn die Kleinste Energieeinheit (das Quant) ausgedehnt wird weil außen herum nichts an Energie ist, entsteht der Zusammenhalt des Quants mit gleich großen Energiemangel im Zentrum wie Energiemangel außen.
Das Photon oder Quant in Bewegung wirkt als Impuls oder Welle.
Das Transportmedium für die Welle ist fast immer gegeben.

Zitat von Dürr (S. 36-37, etwas gekürzt):

 
Die neue Weltsicht ist im Grunde holistisch, nicht atomistisch: Es existiert eigentlich nur das Eine, das Ungetrennte, das Untrennbare. ...

Das untrennbare Eine ist Prozesshaftes, Potentialität, aber nicht nur Möglichkeit, sondern auch das Vermögen zur Schaffung von Realität und von greifbar Seiendem [bestehend aus anfassbaren Objekten].

Die zeitliche Evolution besteht in einem fortschreitenden Prozess der Differenzierung dieses Untrennbaren durch Errichtung von Grenzzäunen (physikalisch: auslöschende Überlagerung von Potentialwellen).

Man ist an Zellteilung erinnert, wo sich eine Zelle ja auch vermehrt durch Neubildung von Zellwänden.

Dies imitiert die Entstehung unabhängiger Subsysteme, die als Teile des Gesamtsystems fungieren und aus denen dieses Gesamtsystem "zusammengesetzt" erscheint. Dies ist aber nie der Fall, weil der Zusammenhang viel tiefer geht, so wie etwa die sichtbar getrennten weißen Schaumkronen auf stürmischer See ja auch nicht die Betrachtung rechtfertigen, das Meer sei aus Wellen und Schaumkronen zusammengesetzt.

Das Sinnstiftende im Zusammenwirken der Als-ob-Teile entsteht immer aus dem Ganzen, das sie einschließt. Dieses Ganze, Eine, ist immer da.

Auch wir, die wir alle hier im Raum leben, sollten uns nicht vorstellen, dass wir wirklich getrennte Teile dieser Wirklichkeit sind, lose zusammengehalten durch einige Licht-, Laut- und andere von der Physik identifizierbaren Signale, die wir uns zur Verständigung wechselseitig zuwerfen. Wir sind alle Teile dieses selben Einen, derselben Potentialität, und spüren das auch: Wie sonst nämlich könnten ein paar hingeworfene Worte und Sätze mit ihrem dürftigen, abzählbaren Informationsgehalt sich in unserem jeweiligen Bewusstsein so reich entfalten.
 

Zitat von Dürr, S. 44:

Ich habe als Physiker 50 Jahre lang — mein ganzes Forscherleben — damit verbracht zu fragen, was eigentlich hinter der Materie steckt. Des Endergebnis ist ganz einfach:

Es gibt keine Materie!

• dass es zu Leben kam,

• dass materielle Objekte, Lebewesen und Anderes, nur endlich langes Leben haben und

• wie sich Emergenz erklärt (er benutzt dieses Wort nicht, erklärt ihr Zustandekommen aber wenigstens ansatzweise):

Zitat von Dürr, S. 39-42, einiger Kürzungen wegen nicht ganz wörtlich:

 
Unsere Mesowelt ist eine statistisch ausgemittelte Mikrowelt (vergleichbar einem Ameisenhaufen, der von Ferne wie ein statischer Hügel aussieht, der beim genauen Hinsehen aber ungeheuere Beweglichkeit zeigt: Dass sich dies Gewimmel nicht auch im Großen ausprägt, liegt daran, dass für jede Ameise, die in einer Richtung läuft, es immer auch eine andere gibt, die das Umgekehrte macht, weshalb dann im Durchschnitt keine Bewegung des Ganzen sichtbar ist).

Dass diese Ausmittelung so vollständig gelingt, liegt wesentlich am 2. Hauptsatz der Thermodynamik, welcher besagt, dass in einem sich selbst überlassenen System jede Besonderheit, jedes Ausgezeichnetsein, im Laufe der Zeit zerstört wird (man denke an einen Schreibtisch, der, wenn wir nicht aufräumen, immer unordentlicher wird).

Deshalb verstehen wir nicht, wie es in der Natur mit ihrem starken Hang zur Unordnung überhaupt dazu kommt, dass sich bei der Evolution hochdifferenzierter Systeme (wie uns Menschen etwa) Unordnung über lange Zeit hinweg hinweg nicht durchsetzen kann.

Was also ist da passiert? Hat die Natur für ihren lebendigen Teil nicht vielleicht doch bei einer höheren Instanz eine Ausnahmeregelung den Zweiten Hauptsatz betreffend erwirkt?

Nach heutiger Einsicht scheint es keine solche Ausnahmeregelung zu geben. Die unbelebte wie die belebte Natur basieren auf derselben Art von Prä-Materie, die im Grunde eigentlich keine Materie ist. Sie kann sich auf verschiedene Weise organisieren:

• Einmal ungeordnet und unkorreliert. Dann wird das resultierende Gesamtsystem stumpf, langweilig, apathisch (und wir nennen es unbelebte Materie).

• Prä-Materie kann sich aber auch auf differenziertere, raffiniertere Weise formieren. Es entstehen dann Stukturen, in denen das im Grunde embryonal Lebendige selbst noch in der Mesowelt zum Ausdruck kommt und so lebendiger Organismus wird. Die eingeprägte Potentialität wird makroskopisch sichtbar. Das Gesamtsystem muss dazu weit weg von seinem Gleichgewichtszustand sein, um ein Ausmitteln seiner inneren Lebendigkeit zu vermeiden.

Stellen Sie sich ein physikalisches Pendel vor (als herabhängenden, beweglichen Stab mit einem Gewicht unten). Es pendelt beim Anstoßen vorhersehbar und berechenbar um seine unter stabile Gleichgewichtslage. Dreht man aber Stab und Gewicht weit weg von unteren, stabilen Gleichgewicht nach ganz oben, so gibt es dort eine weitere Gleichgewichtslage. Sie ist instabil, und so wissen wir nicht, ob das Pendel auf die eine oder die andere Seite fallen wird. In diesem Instabilitätspunkt wird die inhärente Lebendigkeit des Systems sichtbar, weil es von winzig kleinen Unterschieden abhängt, ob der Pendel zum einen oder zum anderen Bewegungsablauf veranlasst wird. Die Naturwissenschaft kennt viele Systeme mit solch eingeprägten, dynamischen Instabilitäten. Sie führen zu, wie man sagt, "chaotischem" Bewegungsverhalten: Kleine Veränderungen in den Ursachen bewirken extrem große Unterschiede in den Folgen: Der Schlag eines Schmetterlings kann einen Taifun auslösen.

Leben — belebte makroskopische Oranismen — erfordern Strukturen in der Nähe inhärenter Instabilitäten. Aber Instabilitäten kippen. Um sie also lange in der Balance zu halten, müssen sie dauernd nachjustiert werden durch etwas, das sie neu austariert (intelligente Zuführung von Energie).

Diese Situation steht nicht im Widerspruch zum 2. Hauptsatz der Thermodynamik (d.h. zur allgegenwärtigen, dominanten Tendenz zur Unordnung). Denn es ist ja auch unsere ordnende Hand, die unseren Schreibtisch immer wieder in Ordnung bringen kann. Sie darf dabei aber nicht nur werkeln; sie muss darauf achten, was sie tut: Sie muss intelligent sein, den sonst beschleunigt sie nur den Prozess hin zur Unordnung.

Lebendige Systeme brauchen deswegen ... Intelligenz, eine geistige Führung, die prinzipiell im immateriellen Form-Grund verankert ist und sich in der Milliarden Jahre langen Evolution des Biosystems durch ein Plus-Summen-Spiel in komplexen Verästelungen immer höher entwickelt hat.
 

Thomas Görnitz (1999, 2011):

 
"Die Meinung, dass wir verstünden, was Materie ist, kann zur Zeit wohl nur schwerlich ernsthaft vertreten werden.
 
In den naturwissenschaftlich orientierten Teilen der Biowissenschaften und Medizin wird noch vielfach ein historisch gewachsener und heute überholter Materiebegriff verwendet."
 
Er kann als Verfeinerung dessen angesehen werden, was wir im Alltagsleben unter Materi verstehen: Etwas, das feiner sein kann als Sand, aber doch nicht wesentlich verschieden davon.
 
Dieser [naive] Materiebegriff erfasst aber nur klassische Eigenschaften.
 
Es gibt sie selbstverständlich schon an kleinen Molekülen, und nur mittels dieser klassischen Eigenschaften werden heute biologische Vorgänge erklärt.
 
"Für den Teil der biologischen Probleme aber, für welche die Erklärungskraft dieser einfachen Modelle nicht ausreicht, konnte ich bei vielen Kontakten selten Bereitschaft erkennen, sich die Beschränktheit der klassischen Erklärungsmuster zu verdeutlichen."
 

• dass der Meeresgott tatsächlich existiert

• oder dass jene Person auch überall dort, wo sie sich sonst noch lebt und mit anderen interagiert, als Neptun eingestuft sein möchte.

• als Wellenpaket existiert jenes Schienbein praktisch im gesamten Universum,

• als Materie aber ist es nur Anschein: Es will uns suggerieren, Neptun (= Materie) zu sein, Neptun aber existiert nur in des Betrachters Phantasie.

Zitat von Dürr:

 
Wenn wir von der Welt sprechen, in sie hineinsehen, dann vergleichen wir unsere Bilder miteinander und sind oft verschiedener Meinung. Wir machen den Fehler zu glauben, dass das, was jeder von uns in dieser Welt sieht, dasselbe sei, das auch der andere sieht. Aber es ist durch unsere spezielle Wahrnehmung gefiltert und deformiert. Denn dort, wo wir sehr empfindlich sind, nehmen wir mehr wahr, und dort, wo wir unempfindlich sind, nehmen wir überhaupt nichts wahr.

Die wahrgenommene Welt ist demnach eine ganz andere als die da draußen (die wirkliche).

Ein Hauptstreit, den wir untereinander führen, kommt daher, dass wir nie in Betracht ziehen, dass wir verschiedene Dinge sehen, weil wir auf verschiedene Weise sensibilisiert sind. Es ist uns gar nicht bewusst, was wir weglassen, uns dazu denken, oder wirklich echt sehen.

Keiner von uns merkt z.B. dass wir in unserem Auge, in unserem Gesichtsfeld, einen schwarzen Fleck haben. Wir sind gewöhnt daran, ihn ohne Nachzudenken mit Erinnerungen oder Schlussfolgerung zu übermalen, mit dem, was da gar nicht hingehört. Wer wirklich einen schwarzen Fleck sieht, gehe besser zum Augenarzt, denn da ist irgendetwas nicht in Ordnung. Wir alle haben diesen schwarzen Fleck, aber niemand spricht davon, weil wir alle unbewusst gelernt haben, den Mangel an Sehfähigkeit — diesen schwarzen Fleck — durch gespeicherte Information zu kompensieren.

Zitat von Dürr:

 
Diese Gestalt hat keinen Ort, an dem sie sich befindet; sie ist sozusagen über die ganze Welt ausgebreitet. Es gibt überhaupt keine Auflösung in Teile. Auch ist in der Physik die Wirklichkeit nicht Realität, sondern Potentialität. Sie ist nur Möglichkeit, die sich energetisch und materiell irgendwo manifestieren kann, sozusagen etwas noch nicht Entschiedenes, Schwebendes. Und diese Potentialität ist räumlich nicht lokalisiert.

Das führt dazu, dass die ganze Welt keine Ränder hat. Es gibt nur das Eine, und wir könnten sagen, das Ganze. Das "Ganze" aber ist auch nicht das richtige Wort. Es wäre dann ja etwas, dem kein Teil fehlt. Aber wenn es gar keine Teile gibt, dann können wir es auch nicht das Ganze nennen.

Zitat von Dürr:

 
Das hat fantastische Konsequenzen und heißt beispielsweise, dass wir alle, die wir hier im Raum sitzen, zwar unterschiedlich und unterscheidbar, aber nicht getrennt sind. Wir befinden uns sozusagen in dieser Gemeinsamkeit, und das ist eine wesentliche Voraussetzung, dass wir überhaupt miteinander kommunizieren können.

• Materie ist im Grunde nicht Materie: Was wirklich existiert, ist nur Form (strukturierte Gestalt).

• Diese Gestalt ist nicht lokalisiert — sie ist gleichermaßen überall und macht die Welt unteilbar. Wo wir sie beschädigen, beschädigen wir uns selbst (!).

• Die Zukunft ist offen, aber dennoch nicht völlig beliebig (da vom Vorausgegangenen beinflusst).

• Unsere Welt (die wirkliche) kennt echte Kreativität, denn aus Nichts kann etwas entstehen.

• Was entstanden ist, kann auch wieder ins Nichts verschwinden.

Zitat von Dürr, S. 116-118, hier etwas gekürzt:

 
Vom Standpunkt des Physikers bleibt es zunächst rätselhaft, auf welche Weise die in der Mikrophysik entdeckte Ur-Lebendigkeit [ er meint damit wohl Quanten­fluktuation in unserer makrospopischen Alltagswelt eine Chance haben soll, sich dort in der Gestalt viel größerer, höher entwickelter Lebensformen der Pflanzen- und Tierwelt, uns eingeschlossen, bemerkbar zu machen.

Und dies ohne dabei durch die erwartete  A u s m i t t e l u n g  ... zum scheinbar Unbelebten degradiert zu werden.

Hier bedarf es eines Verstärkungsmechanismus, einer Art Kettenreaktion bzw. eines Dominoeffekts, durch den gewisse Möglichkeiten bevorzugt und verstärkt wirksam werden können.

In der Physik sind es » statisch instabile Gleichgewichtszustände, singuläre Chaospunkte «, die eine solche bevorzugte Auslese ermöglichen.

Das klingt unverständlicher als es ist und lässt sich durch ein einfaches Pendel demonstrieren, dessen Hin- und Herschwingungen, wie beim langen Pendel einer alten Standuhr, uns allen vertraut sind. Physikalisch lassen sie diese Schwingungen leicht berechnen, außer in dem einen singulären Fall, wenn ich das Pendel exakt senkrecht nach oben richte, also auf den Kopf stelle. Für diese Lage ist nicht vorhersagbar, in welche Richtung es fallen wird, wenn ich es loslasse. Es bleibt zunächst schüchtern oben stehen: Wir nennen das ein instabiles Gleichgewicht.

Meditation und Versenkung heißt für mich, gleichnishaft, dass ich mich in einen solch statischen Instabilitätszustand begebe. Das Interessante an diesen Chaos-Systemen ist jedoch, dass die Hintergrundstörungen, die den chaotischen Ablauf bewirken, ihre Wurzeln im nicht auftrennbaren Beziehungsgefüge, der quantenphysikalischen Potenzialität, haben.

Dies hat zur Folge, dass das Chaos wegen dieser Ur-Verbundenheit kein Chaos mehr ist: "Der Alte würfelt nicht" sagte Einstein mal in seiner entschiedenen Ablehnung der Quantenphysik. Jetzt wird diese Aussage richtig, aber umgekehrt als Stütze der Quantenphysik.
 

• Dynamische Stabilisierung muss gefüttert werden.

• Nachhaltigkeit bedeutet dynamisch: Das Lebende lebendiger werden zu lassen.

• weder als Christ, noch als Nicht-Christ,

• weder als Buddhist, noch als Nicht-Buddhist,

• weder als Theist noch als Nicht-Theist:

Zitat von Dürr, S. 113:

 
Aus der Sicht der Quantenphysik — in meiner Interpretation — gibt es keinen isolierten Gott. In gewisser Weise sind Schöpfer und Schöpfung dasselbe: ein zeitlich offenes, lebendiges Beziehungsgefüge. ...

Mein "Ich" ist nicht im Raum lokalisiert, verbirgt sich nicht unter meiner Haut oder nahe an meinem Herzen, sondern ist unendlich ausgebreitet. Du und Ich kommunizieren nicht über räumliche Distanz miteinander, sondern sind in Kommunion, wo mein Ich und dein Du ausgedehnt sind, so dass beide sich nicht nur treffen, sondern den anderen mit einschließen ...

Zitat von Dürr, S. 116:

 
Mich interessiert vor allem, wie wir die heutige Form der alten Religionen von all dem reinigen können, was von ihrem Ursprung bis heute meist durch machtpolitische Einflüsse [ oder unbeholfene Erklärungsversuche? geändert oder hinzugefügt wurde. Ich vermute, wenn man das alles abschält und diese Religionen auf ihren Ursprung zurückführt, werden alle sich wesentlich näher kommen.

Der Buddhismus befindet sich auf einer Stufe, die viel wirklicher ist als die der theistischen Religionen, die zur Erläuterung Abbildungen in die Realität vorgenommen und Trennungen überbetont haben.

Im Moment, zu dem man anfängt, etwas aufzuschreiben, wird die Versuchung groß, das Aufgeschriebene als das Wesentliche zu betrachten und Aussagen allzu wörtlich zu nehmen, statt darin mehr eine Sammlung gelungener Gleichnisse zu sehen.

Zur Unterstützung der Lernenden brauchen wir realistische Greifsprachen, doch wir sollten unsere Gespräche öfter mit den Nachsatz enden lassen: "Vergiss es, denn auch das war nur ein Gleichnis. Das letzte Stück des Weges zu weiterer Annäherung muss jeder für sich selbst suchen und gehen."
 

Irena aus 2039-23:

Stueps, das Wellenpaket äußert sich, in dem eine der Möglichkeiten des Wellenpakets sich manifestiert. In dem Augenblick werden andere Möglichkeiten hinfällig. Also in Moment der Äußerung gibt es keine Welle bzw. Wellenpaket.

Stratis Karamanolis sagt auf Seite 49 seines Buches » Die Suche nach der Weltformel « (2006):

 
Jedes Materieteilchen, beispielsweise ein Elektron, ist ein winziger Bereich eines riesigen Feldes, in dem die Feldstärke extrem hohen Wert annimmt so dass eine vergleichsweise sehr große Feldenergie sich auf eine kleine Stelle des Raumes konzentriert.
 
Solch ein Energieknoten — der aber keineswegs klar gegen das übrige Feld abgegrenzt ist — breitet sich durch den leeren Raum aus wie eine Wasserwelle auf der Oberfläche eines Sees.
 

Walter Thirring (Zitat):

 
Die moderne theoretische Physik hat unser Denken vom Wesen der Materie in neue Bahnen gelenkt. Sie hat den Blick vom zunächst Sichtbaren, den Teilchen, weitergeführt zu dem, was dahinter liegt, dem Feld:
 
Anwesenheit von Materie ist nur Störung des vollkommenen Zustandes des Feldes an dieser Stelle, etwas Zufälliges, ...
 
Dem entsprechend gibt es auch keine einfachen Gesetze, welche die Kräfte zwischen Elementarteilchen beschreiben. Ordnung und Symmetrie sind im dahinter liegenden Feld zu suchen.
 

Einstein (Zitat):

 
Wir können daher Materie als den Bereich des Raumes betrachten, in dem das Feld [von Kräften] extrem dicht ist. [...]
 
In dieser neuen Physik ist kein Platz für beides, Feld und Materie, denn das  F e l d  ist die einzige Realität.
 

Grtgrt aus 2039-31:

 

Harti aus 2039-30:

 
Die Aussage "Es gibt keine Materie" ist nur sprachverwirrend.

Ein Beispiel dazu:

Wenn ich ein Auto zerlege, kann ich auch Einzelteile nicht mehr als Auto bezeichen. Daraus die Aussage zu folgern "Es gibt kein Auto" ist nicht sinnvoll.

Hallo Harti,

dein Beispiel finde ich recht gut.

Dennoch finde ich Dürrs Aussage » Es gibt keine Materie « keineswegs verwirrend. Mir ist klar, dass er hier überspitzt formuliert um aufzurütteln: Er will seine Zuhörer zwingen, darüber nachzudenken, wie diese Aussage denn gemeint sein könnte.

Was er uns mitteilt, ist einfach nur: Wir haben versucht, die Welt in immer kleinere Bausteine zerlegt zu sehen und sind schließlich auf Grundbausteine gestoßen, die man nicht mehr als Materie einstufen kann, da sie nur noch Schwingung sind (genauer: Schwingungsformen).

Gruß, grtgrt
 

Henry aus 2039-28:

 

Irena aus 2039-23:

 
Es kann aber passieren, dass ein Photon oder anderes Teilchen nie einen Wechselwirkungspartner findet.

Okotombrok aus 2039-27:

 
das glaube ich nicht.
Nach meiner Auffassung verletzt das den ersten Hauptsatz.

Es gibt Berechnungen die zeigen, dass selbst in den entferntesten Winkeln des Kosmos kein Teilchen die Chance hat, auch nur tausendstel Sekunden ohne Wechselwirkung zu überstehen.