Expansion des Kosmos und dunkle Energie
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Cefour schrieb:
Vielleicht hatte Einstein unrecht. Aber derzeitig ist die Theorie von Einstein,Plank und Co so gut das wir darauf unsere derzeitige Hochtechnologie begründen können. Es ist auch nicht schlimm wenn ein schlauer Geist irgendwann mal wieder unser Weltbild kippt. Newton hat auch falsch gelegen "im Großen", aber bis heute haben die Gleichungen von Newton immer noch seine Berechtigung. Mit Einstein wird es wahrscheinlich auch so werden, aber das heißt nicht das sie gänzlich falsch sind.
Ich habe heute gehört, dass Newtons Gravitationsgesetz wunderbar auf der Erde und im Sonnensystem und so gilt. Auf größeren Skalen hat es hingegen nie wirklich funktioniert. Da sieht man jetzt in Galaxien, dass sich die Sterne am Rand zu schnell bewegen und schließt deshalb darauf, dass es dunkle Materie geben könnte, damit man Newtons Gravitationsgesetz auch dort anwenden kann. Aber andererseits... Hier geht es um ganz andere Größenordnungen als die, für die man das Gravitationsgesetz vielfach nachgeprüft hat. Wie kommt man eigentlich auf die Idee, dass das Gravitationsgesetz auch auf diesen Größenordnungen, die um viele Zehnerpotenzen größer sind, gültig ist. Derartiges hat man in der Physik eigentlich sehr selten. Die meisten Gesetze sind auf bestimmte Größenbereiche beschränkt. Beim Gravitationsgesetz nimmt man an, dass die Gravitationskonstante konstant ist. Das hat man auf der Erde und im Sonnensystem überprüft. Scheint so zu sein. Aber auf ganz anderen Größenskalen? Vielleicht ist die Gravitationskonstante ja gar nicht so konstant. Vielleicht ist das eine Größe, die auch von irgendetwas abhängt. Und vielleicht gibt es dann doch keine dunkle Materie.
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An der Stelle wollte ich einfach mal das Stichwort MOND nennen: http://de.wikipedia.org/wiki/MOND
Ist also nicht so, dass alle Physiker der Gravitationstheorie blind vertrauen.
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Gregor schrieb:
Ich habe heute gehört, dass Newtons Gravitationsgesetz wunderbar auf der Erde und im Sonnensystem und so gilt. Auf größeren Skalen hat es hingegen nie wirklich funktioniert. Da sieht man jetzt in Galaxien, dass sich die Sterne am Rand zu schnell bewegen und schließt deshalb darauf, dass es dunkle Materie geben könnte, damit man Newtons Gravitationsgesetz auch dort anwenden kann. Aber andererseits... Hier geht es um ganz andere Größenordnungen als die, für die man das Gravitationsgesetz vielfach nachgeprüft hat. Wie kommt man eigentlich auf die Idee, dass das Gravitationsgesetz auch auf diesen Größenordnungen, die um viele Zehnerpotenzen größer sind, gültig ist. Derartiges hat man in der Physik eigentlich sehr selten. Die meisten Gesetze sind auf bestimmte Größenbereiche beschränkt. Beim Gravitationsgesetz nimmt man an, dass die Gravitationskonstante konstant ist. Das hat man auf der Erde und im Sonnensystem überprüft. Scheint so zu sein. Aber auf ganz anderen Größenskalen? Vielleicht ist die Gravitationskonstante ja gar nicht so konstant. Vielleicht ist das eine Größe, die auch von irgendetwas abhängt. Und vielleicht gibt es dann doch keine dunkle Materie.
Du wirfst da was durcheinander. Newton funktioniert schon auf Skala des Sonnensystems nicht mehr so gut (Stichwort: Umlaufbahn des Merkur), da braucht man schon ART. Und die ART funktioniert soweit wir das sehen auch intergalaktisch, zumindest bei Galaxien in der Nähe. Was nicht funktioniert sind extrem weit entfernte Objekte. Die Drehgeschwindigkeit der Galaxien ist aber auf einer Größenordnung wo ART eigentlich ganz gut funktioniert. Deshalb der indirekte Schluss auf dunkle Materie. Beim Neptun hat das ja auch schon funktioniert.
Die dunkle Energie die man bei extrem weit entfernten Objekten sieht ist hingegen schon sehr viel weiter hergeholt. Zu den populäre Erklärungen zählen daher auch Terme höherer Ordnung in der ART (die bei der Herleitung willkürlich auf erste Ordnung beschränkt wird) oder Theorien die über die ART hinaus gehen.
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SeppJ schrieb:
Die Drehgeschwindigkeit der Galaxien ist aber auf einer Größenordnung wo ART eigentlich ganz gut funktioniert. Deshalb der indirekte Schluss auf dunkle Materie.
Verstehe ich nicht. Offensichtlich versagt die ART dort komplett. Man kann die Winkelgeschwindigkeit dieser Sterne eben nicht über die ART erklären. Es sei denn, man führt die Hilfsgröße "Dunkle Materie" ein. AFAIK gibt es keinen direkten Nachweis für diese Materie. Es handelt sich erstmal um einen Rechentrick, damit man die Theorie erhalten kann. Dann sagt man, dass es dunkle Materie geben muss, weil die Theorie dadurch gut funktioniert. Ähnlich argumentiert man bei der dunklen Energie, beim Higgs-Teilchen, bei supersymmetrischen Teilchen, bei all diesen spekulativen Dingen, die vorerst eigentlich nur pure Gedankenkonstrukte sind.
Warum funktioniert Newton nicht auf Größenordnungen des Sonnensystems?
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Gregor schrieb:
SeppJ schrieb:
Die Drehgeschwindigkeit der Galaxien ist aber auf einer Größenordnung wo ART eigentlich ganz gut funktioniert. Deshalb der indirekte Schluss auf dunkle Materie.
Verstehe ich nicht. Offensichtlich versagt die ART dort komplett.
Aber auf noch größeren Skalen funktioniert sie dann wieder. Daher ist anzunehmen, dass man auf Galaxienebene etwas übersehen hat.
Warum funktioniert Newton nicht auf Größenordnungen des Sonnensystems?
Weil die Umlaufgeschwindigkeit des Merkur deutlich falsch rauskommt. Das war auch schon vor der ART bekannt. Mit ihr kommt es dann richtig raus.
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SeppJ schrieb:
Gregor schrieb:
SeppJ schrieb:
Die Drehgeschwindigkeit der Galaxien ist aber auf einer Größenordnung wo ART eigentlich ganz gut funktioniert. Deshalb der indirekte Schluss auf dunkle Materie.
Verstehe ich nicht. Offensichtlich versagt die ART dort komplett.
Aber auf noch größeren Skalen funktioniert sie dann wieder. Daher ist anzunehmen, dass man auf Galaxienebene etwas übersehen hat.
Funktioniert sie auf noch größeren Skalen wirklich? Wenn es um die Expansion des Universums geht, brauchen wir plötzlich eine weitere Hilfsgröße. Die Dunkle Energie. Was ist denn die Skala, auf der die ART gut funktioniert?
Ich meine, das muss man sich mal durch den Kopf gehen lassen. 72% Dunkle Energie, 23% Dunkle Materie und nur 5% sichtbare, baryonische Materie im Universum? Diese Theorien gehen davon aus, dass 95% dessen, was die großen Zusammenhänge im Universum bestimmt, nicht detektierbar ist.
Aus was soll Dunkle Materie jetzt eigentlich bestehen? Gibt es da bestimmte "Dunkle Materie"-Teilchen, die am LHC gefunden werden sollen? AFAIK sind bisher alle Ideen, was Dunkle Materie sein könnte, widerlegt worden, oder?
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Was heißt hier, nicht detektierbar ist? Falls die ART stimmt, haben wir doch gerade dunkle Materie und Energie detektiert. Ist es wirklich so unglaubwürdig, dass 95% des Universums weder elektromagnetisch noch stark wechselwirkt? Ich sehe keine grundsätzlichen Prinzipien, die sowas ausschließen.
Desweiteren gibt es starke Hinweise auf dunkle Materie auch auf anderen Größenskalen: Auch Galaxienhaufen bewegen sich so, als gäbe es dunkle Materie. Und auch die Strukturbildung wäre nicht so abgelaufen, wenn es keine dunkle Materie gäbe. Daneben gibt es noch ganz eindrucksvoll den Bullet Cluster, wo man die dunkle Materie mit dem Gravitationslinseneffekt nachweist: http://apod.nasa.gov/apod/ap060824.html
Die Teilchen, die die dunkle Materie ausmachen, hat man übrigens "WIMPs" getauft, Weakly Interacting Massive Particles. Im Standardmodell kommen die natürlich nicht vor. Neutrinos möglicherweise, aber die sind eher der relativistischen Komponente der Energiezusammensetzung zuzuordnen. Danach gesucht wird an allen Fronten.
Ich würde also nicht sagen, dass die ART "komplett versagt". Vielleicht ist auch einfach nur unser Wissen über die Teilchenphysik "etwas unvollständig".
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Mr.Fister schrieb:
Was heißt hier, nicht detektierbar ist? Falls die ART stimmt, haben wir doch gerade dunkle Materie und Energie detektiert.
Naja, so kannst Du nicht argumentieren. Da gibt es eine Theorie, die etwas nicht erklären kann. Und deshalb führt man ein Konstrukt "Dunkle Materie" ein, damit die Theorie wieder passt. Das muss man sich mal durch den Kopf gehen lassen. Man konstruiert lieber eine Hilfsgröße, die rein hypothetisch ist, als dass man sagt, dass eine Theorie für bestimmte Größenbereiche nicht passend zu sein scheint. Derartiges gab es schon früher in der Physik. Zum Beispiel beim Planetenmodell von Ptolemäus. Da hat man dann solche "Epizyklen" eingebaut, um die Planetenbewegungen weiterhin mit dem Modell beschreiben zu können. AFAIK durchaus sehr erfolgreich. Erst wesentlich später hat man diese Theorie dann durch eine andere ersetzt. So eine Zeit, in der diverse Theorien auf hypothetische Dinge in der Natur angewiesen sind, haben wir auch heute. Und IMHO ist es überhaupt nicht gesagt, dass diese hypothetischen Dinge alle existieren. Auch wenn die Theorien dadurch unglaublich gut funktionieren.
Und dann sagst Du: "Wenn die ART stimmt, dann haben wir dadurch Dunkle Materie nachgewiesen". So kann das nicht funktionieren. Für einen Nachweis der Dunklen Materie bräuchte man IMHO zwei Dinge. Zum einen muss man zeigen, aus was genau diese Dunkle Materie bestehen kann. Dazu reichen hypothetische Teilchen nicht aus. Ich habe vorhin gelesen, dass Neutrinos bei weitem nicht ausreichen, um auf die entsprechende Masse zu kommen. Man setzt in dem Zusammenhang jetzt wohl auf supersymmetrische Teilchen. Mal abwarten, was der LHC in dem Zusammenhang an Ergebnissen liefert. Der zweite Punkt ist, dass man die Teilchen tatsächlich mit der Dunklen Materie in Zusammenhang bringt.
Warum haben wir eigentlich keine Dunkle Materie im Sonnensystem? Ich meine, anscheinend gibt es ja 4-5 mal so viel Dunkle Materie wie sichtbare Materie. Warum gibt es die hier nicht? Vermutlich gibt es dafür sehr schlaue Erklärungen, aber ich kenne mich in dem Gebiet zugegebenermaßen einfach nicht aus.
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Ich meine, das muss man sich mal durch den Kopf gehen lassen. 72% Dunkle Energie, 23% Dunkle Materie und nur 5% sichtbare, baryonische Materie im Universum? Diese Theorien gehen davon aus, dass 95% dessen, was die großen Zusammenhänge im Universum bestimmt, nicht detektierbar ist.
Ich finde es faszinierend, dass man bereit ist, einen solchen Wert zu akzeptieren, ohne eine Theorie gleich zu verwerfen. Es zeigt schließlich auch auf, dass man praktisch wieder mal trotz all dem Wissen mit fast leeren Händen dasteht. Trotzdem denke ich aber, dass man am Ende dieses Jahrhunderts ein recht gutes Modell haben wird. Wodurch andererseits vermutlich wiederum ein ganz neuer Fragenkomplex auftaucht. Rein subjektiv meine ich, dass es der Menschheit ganz gut tut, wenn das noch ein Weilchen so bleibt.
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@Gregor: Ich wollte einfach nur feststellen, dass deine Bemerkung, die im wesentlichen war: "Dunkle Materie und dunkle Energie sind nicht detektierbar", mindestens irreführend war. Beides wechselwirkt per Definiton gravitativ sowie möglicherweise schwach, und darüber können wir es detektieren. Es gibt Teilchendetektoren, die gezielt WIMPs nachweisen sollen (Bsp: XENON). Dinge, die nicht detektierbar sind, haben keine physikalische Relevanz, und müssten nicht postuliert werden.
Die Hinweise auf dunkle Materie sind vielfältig und ziemlich vielversprechend. Im Fall von dunkler Energie nicht so sehr, weshalb man sich ja hier im wesentlichen neben Quintessenz die Theorie der Vakuumsenergie und modifizierten Gravitationstheorien offen hält.
Wem dunkle Materie nicht passt, kann ja bei MOND weiterforschen, wo man im wesentlichen sagt, dass das Newtonsche Gesetz bei sehr kleinen Beschleunigungen falsch ist. MOND erklärt die Rotationskurven sehr gut, ist aber derzeit nichtmal Lorentz-invariant und braucht bei Clustern (glaube ich) doch wieder dunkle Materie, kränkelt also deutlich.
Und wie gesagt: Wer sagt denn, dass 100% der Energieform im Universum zu unserer Bequemlichkeit elektromagnetisch wechselwirken muss?Desweiteren kann man zeigen, dass eine Modifikation der ART identisch ist mit der Existenz einer geeigneten Substanz. Es ist dann einfach eine Frage der Konvention, ob man den zusätzlichen Tensor im Einsteintensor oder im Energie-Impuls-Tensor absorbiert.
Und im Standardmodell der Teilchenphysik ist ja auch noch einiges im Argen, das heißt also hier müssen sich beide Gebiete von einander befruchten lassen um weiter zu kommen...
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Mr.Fister schrieb:
@Gregor: Ich wollte einfach nur feststellen, dass deine Bemerkung, die im wesentlichen war: "Dunkle Materie und dunkle Energie sind nicht detektierbar", mindestens irreführend war. Beides wechselwirkt per Definiton gravitativ sowie möglicherweise schwach, und darüber können wir es detektieren. Es gibt Teilchendetektoren, die gezielt WIMPs nachweisen sollen (Bsp: XENON).
Ok, da habe ich mich wohl etwas zu überspitzt ausgedrückt. Wenn es sie gibt, dann kann man sie natürlich detektieren und man kann sie dann auch erklären. Bisher ist man aber noch nicht so weit. Man weiß nicht, was Dunkle Materie ist. Vorerst ist Dunkle Materie damit nur ein Hilfskonstrukt, um die Theorie erhalten zu können. Aber wie gesagt: Vielleicht klärt sich innerhalb der nächsten Jahre ja einiges durch den LHC auf.
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Hallo Leute,
bin (nicht ganz) zufällig an diesem Forum vorbeigekommen und will mich hier mal outen: Ich bin selbst Physiker und Elektrotechniker - also mehr technisch orientiert - aber seit einiger Zeit hege ich größte Zweifel an den sogenannten "Standardmodellen" von Kosmologie und der Teilchenphysik. Unser Bild vom Universum könnte durchaus auch ohne die zitierten 'dunklen Mächte' gerettet werden, wenn wir nicht seit Einstein im Mainstream der Lehrmeinungen die Wirkung elektromagnetischer Felder auf großen Skalen vernachlässigen würden. Obwohl wir eindeutig kosmische Ereignisse beobachten, welche nur über Magnetfelder und damit ursächlich gekoppelter Ladungsbewegungen - zumindest in stellaren Ausmaßen - erklärbar sind, ignoriert man mögliche statische Ladungstrennung und -verteilungen im Raum. Unter Annahme einer dünnen Elektronenwolke um die Galaxien - deren Sonnen die Gegenladung tragen - ergäbe sich vielleicht ganz zwanglos die Rotationsanomalie der Spiralnebel. Auch die beschleunigte Expansion des Universums könnte möglicherweise mit einer elektrostatischen Abstoßung bereinigt werden - dunkle Energie ade. Natürlich müssten dann auch einige fundamentalen Gesetze neu formuliert werden - ganz ohne unbekannten Größen. Dazu haben wir ja hoffentlich noch ein paar Generationen Zeit...
Hans Günter
PS: unter "the electric universe" finden sich bei Google Links zu weiteren Querdenkern - wenngleich ich deren Meinung nicht in allen Punkten teile...
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Aber aus der Beobachtung* wissen wir, dass das Universum auf großen Skalen** elektrisch neutral ist. Und damit hat sich dieser Ansatz erledigt.
*: Gebiete mit freien Ladungen sind lichtundurchlässig. Wir habe aber klare Sicht.
**: Und auch auf kosmisch kleinen Skalen. Wenn die Sonne eine nennenswerte Gesamtladung tragen würde, würden wir das sehr deutlich merken.
edit: Oh weh! Ich habe tatsächlich mal den Suchbegriff benutzt. Mein Kopf tut weh.
Lauter Pseudowissenschaft und Esoterik
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Sorry, dann säßen wir aber schon im Dunkeln, da das Licht nicht durch die Ionosphäre der Erde dringen könnte. Dünne Plasmen sind lichtdurchlässig... :p
Im Übrigen ist der Ansatz von 'dunkler Materie oder Energie' auch nicht weit von Esoterik entfernt
- kommt halt auf den Standpunkt an! Wie gesagt, wir haben noch Generationen von Denkern vor uns 
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der_odenwaelder schrieb:
Sorry, dann säßen wir aber schon im Dunkeln, da das Licht nicht durch die Ionosphäre der Erde dringen könnte. Dünne Plasmen sind lichtdurchlässig... :p
Die vorgestellte "Theorie" redet aber nicht von dünnen Plasmen sondern von Plasmen kosmischen Ausmaßes.
Im Übrigen ist der Ansatz von 'dunkler Materie oder Energie' auch nicht weit von Esoterik entfernt
- kommt halt auf den Standpunkt an! Wie gesagt, wir haben noch Generationen von Denkern vor uns Der Unterschied ist, dass die einen wissenschaftliche Methoden benutzen, die anderen etwas das nach Technobabble aus Star Trek klingt.
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Wenn ich fragen darf: Gibt es Werte für die Geschwindigkeit des auseinanderdriftens ?
bzw: die Beschleunigung
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Tim06TR schrieb:
Wenn ich fragen darf: Gibt es Werte für die Geschwindigkeit des auseinanderdriftens ?
bzw: die BeschleunigungDas ganze ist ziemlich kompliziert ohne Basiswissen in Kosmologie. Stichwort für Wikipedia ist die Hubblekonstante (lies aber den englischen Artikel!)
Die Geschwindigkeit der Expansion ist recht genau bestimmt, das ist vereinfacht gesagt eben jene Hubblekonstante. Die aktuelle Beschleunigung ist experimentell gestützt durch das berühmte Supernova 1a Experiment. Konkrete Werte find ich gerade nicht, weil ich von da wo ich gerade sitze keinen Zugriff auf die Artikel habe.
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Eine Galaxie, die 1 Megaparsec weit weg ist, entfernt sich mit der Geschwindigkeit 73km/s. Das sagt die Hubblekonstante. Für nicht allzuweit entfernte Galaxien ist die Geschwindigkeit proportional zur Entfernung mit der Hubblekonstante als Proportionalitätsfaktor.
Für weiter entfernte Galaxien ist es etwas komplizierter.Das Supernova vom Typ Ia Experiment im Jahr 1998 (von Riess bzw. Perlmutter 1999) war nur die erste Messung, die Dunkle Energie bestätigte. Heute gibt es noch die Hintergrundstrahlung (siehe WMAP, mit Abstand die präziseste Messung), Untersuchungen der "Large Scale Structure", baryonisch akustische Oszillationen und bald hoffentlich Vermessungen von schwachen Gravitationslinsen, die alle den Wert bestätigen.
Die Hubble Konsante jedoch wurde schon 1924 gemessen, von Hubble persönlich. Sein Wert war aber 500km/s/Mpc, also um den Faktor ~7 zu groß. Das wurde alles immer besser seitdem (weil wir die Theorie besser verstehen und bessere Instrumente haben), und die neueste Messung von WMAP hat es auf ziemlich genau 73km/s/Mpc eingeschränkt.
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der_odenwaelder schrieb:
Sorry, dann säßen wir aber schon im Dunkeln, da das Licht nicht durch die Ionosphäre der Erde dringen könnte. Dünne Plasmen sind lichtdurchlässig... :p
Im Übrigen ist der Ansatz von 'dunkler Materie oder Energie' auch nicht weit von Esoterik entfernt
- kommt halt auf den Standpunkt an! Wie gesagt, wir haben noch Generationen von Denkern vor uns Wenn "the electric universe" die Form des CMB Leistungsspektrum, die beobachteten Supernova Entfernungs-Rotverschiebungs-Relation, BAOs und die LSS erklären kann, wird es ernstgenommen werden. Dunkle Materie und Dunkle Energie leistet dies.
Wobei du wissen solltest, dass man mit "Dunkle Energie" alle Phänomene meint, die die Beobachtungen erklären können. Man arbeitet da genauso an Modifikationen von Einsteins ART (f(R) Gravitation) wie auch unbekannte Formen von Energien (Quintessenz). Von "Mainstreamphysik" kann da keine Rede sein. Es sei denn, mit "Mainstreamphysik" meint man wissenschaftliche, falsifizierbare und mit den bisherigen Beobachtungen übereinstimmende Physik. Das ist dann aber kein Kritikpunkt.
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Mr.Fister schrieb:
Einfach davon ausgehen kann man nun auch wieder nicht. Zum einen gibt es keinen Grund dafür, dass eine kosmologische Konstante zu verwerfen ist (die kommt immerhin strenggenommen mit raus wenn man den Lagrangeformalismus anwendet), zum anderen muss man schon mit harten, am besten mehreren unabhängigen Experimenten nachweisen, dass die RT falsch ist, weil sie ansonsten so gut funktioniert.
Die gesamte Astrophysik ist unglaublich stark mit Fehler behaftet. Zum Beispiel weiß man gar nicht, ob die Hubble Konstante wirklich eine Konstante ist oder ob es sich um eine Variable handelt. Man ist passiver Beobachter der nur ein Standbild zu sehen bekommt. Lediglich die Bewegungen im eigenen Planetensystem konnte man hinreichend lang beobachten. Nur einige Effekte der spezielle Relativitätstheorie sind experimentell bestätigt. Der Rest steht auf eher wackeligen Füßen. Außer den Effekt daß die ART in Simulationen ohne dunkle Materie nicht die Entstehung des beobachtbaren Universums erklärt, hat man keinerlei Nachweis für die dunkle Materie. Es sieht doch eher danach aus, daß die ART einfach falsch ist. Zumal es Experimente aus der Quantenmechanik gibt, die das ebenfalls nahelegen. (Dazu muß ich endlich mal den Artikel heraussuchen, wenn ich es nicht wieder vergesse.)
Mr.Fister schrieb:
Und sie funktioniert ja immernoch mit einer kosmologischen Konstante, auch wenn man nicht weiß, woher diese kommt. Außerdem müssen wir dann ja auch wissen, wie man die RT modifizieren/erweitern muss.
Nein, sie funktioniert eben nicht mehr! Denn wenn sie es täte bräuchte man nicht das Konstrukt dunkle Materie. Denn abseits der ART spielt die dunkle Materie keinerlei Rolle. Und nein, man muß nicht eine neue Theorie kennen um zu wissen, daß die alte falsch ist.
