In dieser Arbeit werden die bei Scheibengalaxien auftretenden Diskrepanzen zur gängigen Physik mit einer neuen Theorie jenseits des Standardmodells erklärt. Sie geht davon aus, dass es bosonische Quasiteilchen eines Skalarfeldes gibt, die sich mit unterschiedlichen relativistischen Geschwindigkeiten v < vmax < c bewegen können.
Eine modifizierte Maxwell-Jüttner-Verteilung der Teilchen zeigt eine gute Übereinstimmung mit den beobachteten Rotationskurven, ohne dass bestehende Gravitationsgesetze infrage gestellt werden müssten. Es zeigt sich, dass die maximal beobachtbare Rotationsgeschwindigkeit am Rand einer Scheibengalaxie sich der relativistischen Grenzgeschwindigkeit vmax eines Galaxie-spezifischen Quasiteilchens annähert. Die Art und Weise, wie Dunkle Materie gemäß der neuen Theorie charakterisiert werden kann, legt nahe, dass Verschränkung und Überlagerungen von Zuständen eine entscheidende Rolle bei der Bildung eines Halos aus Dunkler Materie spielen. Theoretische Überlegungen liefern darüber hinaus Anhaltspunkte, die auf die Existenz eines kontinuierlichen Vielteilchen-Floquet Zustands der Dunklen Materie hinweisen. Um das Modell zu testen, wurden zwölf repräsentative Galaxien aus dem SPARC-Datensatz von 2017 ausgewählt und entsprechend dem neuen Modell ausgewertet. Ein Vergleich der Ergebnisse mit dem empirischen Gesetz der radialen Beschleunigungsrelation (RAR) ergibt eine hohe Übereinstimmung.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung
2 Theorie
2.1 Das SBM-Modell
2.2 Die Grenzgeschwindigkeit bosonischer Quasiteilchen
2.3 Die modifizierte Maxwell-Jüttner-Verteilung für Quasiteilchen
3 Methoden und Ergebnisse
3.1 Zur Verwendung der SPARC Daten
3.2 Die Simulation des Dunklen Materie Halos mit dem SBM-Modell
3.3 Die radiale Beschleunigungsrelation (RAR) und das SBM-Modell
3.4 Skalen-Relationen
4 Diskussion
5 Zusammenfassung
8 Anhang
8.1 Skalenmasse und effektive Masse
8.2 Phasengrenzgeschwindigkeit vph
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit verfolgt das Ziel, Diskrepanzen zwischen der beobachteten Dynamik von Scheibengalaxien und dem Standardmodell der Physik durch eine alternative Theorie zu erklären, die auf bosonischen Quasiteilchen basiert. Dabei wird untersucht, ob sich Rotationskurven mittels dieser Quasiteilchen und einer modifizierten Maxwell-Jüttner-Verteilung präzise simulieren lassen, ohne die bestehenden Gravitationsgesetze infrage zu stellen.
- Entwicklung des SBM-Modells (Schwarzschild-de Broglie-Modifikation)
- Modellierung von Dunkler Materie als bosonische Quasiteilchen mit relativistischen Grenzgeschwindigkeiten
- Analyse und Simulation von SPARC-Galaxien-Datensätzen
- Vergleich der Ergebnisse mit der empirischen Radialen Beschleunigungsrelation (RAR)
Auszug aus dem Buch
1 Einführung
Ein wesentliches Merkmal der speziellen Relativitätstheorie von A. Einstein [1] ist die zentrale Aussage über die Relativität der Gleichzeitigkeit. In einem Inertialsystem mit der Zeit t sind die Eigenzeiten τ (1) zweier Körper, wenn sie sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten v gegeneinander bewegen, nicht gleich. Eine augenblickliche Wechselwirkung zwischen diesen beiden Körpern ist nicht möglich, sondern verläuft höchstens mit Lichtgeschwindigkeit.
Andererseits unterscheidet sich die Quantenmechanik mit ihrer Interpretation der Nichtlokalität von Teilchen grundlegend von Einsteins Auffassung. So gibt es in der Quantenwelt das, was Einstein eine »spukhafte Fernwirkung« nannte, die instantan auftreten kann, egal, wie weit die beteiligten Partnerteilchen voneinander entfernt sind.
Die Verletzung der Bellschen Ungleichung [2] widerlegte die Annahme Einsteins, dass es eine Theorie mit verborgenen Parametern geben könnte, die das quantenmechanische Verhalten lokal realistisch abbildet [3]. Aufgrund der bestehenden Ungereimtheiten des ΛCDM-Standardmodells [4] scheint es daher sinnvoll, dem möglichen Einfluss von großskaligen Quanteneffekten in Verbindung mit Gravitation mehr Beachtung zu schenken.
Bis heute gibt es keine Brückentheorie, die Quantenmechanik mit der Relativitätstheorie verbindet. Die Schwierigkeit, den physikalischen Hintergrund der Dunklen Materie besser zu verstehen, könnte damit zusammenhängen. Die Schwarzschild-de Broglie Modifikation der speziellen Relativitätstheorie, kurz das SBM-Modell [5], ist ein Versuch, diese Lücke durch Quasiteilchen nicht klassischer Natur zu füllen.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einführung: Diese Einleitung stellt die Motivation dar, das ΛCDM-Standardmodell durch eine Brückentheorie zwischen Quantenmechanik und Relativitätstheorie zu ergänzen.
2 Theorie: Hier wird das SBM-Modell hergeleitet, das Dunkle Materie als Quasiteilchen eines Skalarfeldes beschreibt und deren Verhalten über eine modifizierte Maxwell-Jüttner-Verteilung definiert.
3 Methoden und Ergebnisse: Dieser Abschnitt beschreibt die Anwendung des Modells auf den SPARC-Datensatz, die Durchführung von Rotationskurven-Simulationen und den Vergleich mit der RAR.
4 Diskussion: Die Ergebnisse werden im Kontext eines spontanen Vielkörper-Floquet-Systems interpretiert und die Voraussetzungen für die Stabilität des Halos diskutiert.
5 Zusammenfassung: Die Arbeit resümiert, dass das SBM-Modell eine selbstkonsistente Beschreibung für Dunkle Materie-Halos in Scheibengalaxien ermöglicht.
8 Anhang: Der Anhang spezifiziert mathematische Details zu den Skalenmassen, effektiven Massen sowie zur Phasengrenzgeschwindigkeit.
Schlüsselwörter
SBM-Modell, Dunkle Materie, Quasiteilchen, Scheibengalaxien, Rotationskurven, Relativitätstheorie, Quantenmechanik, Schwarzschild-de Broglie-Modifikation, SPARC-Datensatz, Radial Acceleration Relation, Floquet-Zustand, Spezielle Relativität, Skalarfeld, Längenkontraktion, Nichtlokalität
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit präsentiert einen neuen theoretischen Ansatz (das SBM-Modell), um die Diskrepanzen in der Dynamik von Scheibengalaxien zu erklären, anstatt Dunkle Materie als unbekannte Teilchensorte fernab bekannter physikalischer Gesetze zu postulieren.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder sind die Brückenbildung zwischen Quantenmechanik und Relativitätstheorie, die Simulation von Galaxien-Rotationskurven und die Untersuchung von Dunkler Materie als bosonische Quasiteilchen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist der Nachweis, dass durch die Einführung von Quasiteilchen mit einer relativistischen Grenzgeschwindigkeit v < c die beobachteten Rotationskurven von Galaxien korrekt simuliert werden können.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine numerische Auswertung mittels einer modifizierten Maxwell-Jüttner-Verteilung durchgeführt, die Parameter werden durch die Methode der kleinsten Fehlerquadrate an beobachtete Galaxien-Daten (SPARC) angepasst.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst die theoretische Herleitung des SBM-Modells, die Simulation der Dunklen Materie-Halos für zwölf ausgewählte Galaxien sowie den detaillierten Vergleich mit der empirischen Radial Acceleraton Relation (RAR).
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird unter anderem durch Begriffe wie SBM-Modell, Dunkle Materie, Scheibengalaxien, Rotationskurven, Quantencharakter und Schwarzschild-de Broglie-Modifikation charakterisiert.
Warum spielt die Geschwindigkeit vmax eine Rolle?
Die Geschwindigkeit vmax fungiert als intrinsische, galaxienspezifische Grenzgeschwindigkeit für Quasiteilchen, die es ermöglicht, die Energiepotentialfläche der Dunklen Materie mathematisch zu beschreiben und stabile Bahnen zu definieren.
Was ist das Ergebnis für die Galaxie NGC 2841?
Für NGC 2841 konnte eine vollständige Kurvenanpassung inklusive Bulge-Berücksichtigung durchgeführt werden, wobei das Modell die Dichteverteilung der Dunklen Materie in Abhängigkeit vom radialen Abstand präzise wiedergibt.
- Arbeit zitieren
- Siegfried Gantert (Autor:in), 2023, Ein relativistischer Ansatz jenseits des Standardmodells zur Simulation der Dunklen Materie von Scheibengalaxien, München, GRIN Verlag, https://www.hausarbeiten.de/document/1360238
