Die Theorie der Modifizierten Newtonschen Dynamik oder auch MOND-Theorie genannt, beschreibt eine alternative Gravitationstheorie, in welcher das Rotationsverhalten von Galaxien durch Modifikationen der Bewegungsgleichungen der Materie im Gravitationsfeld erklärt werden soll. Entwickelt wurde sie im Jahre 1983 von dem israelischen Physiker Mordehai Milgrom als Alternative zu der Dunklen Materie und wird seither weiterentwickelt und modifiziert [1] [2] [3] [4].
Die Motivation für die MOND-Theorie waren in den 1980er Jahren gemessene Abweichungen der Rotation von Galaxien von den Erwartungen im Rahmen der Newtonschen Gravitationstheorie, welche bei der Bewegung von Gaswolken in rotierenden Scheiben von Spiralgalaxien festgestellt wurden. Gemessene Rotation sowie Zufallsbewegungen sind größer als zuvor erwartet, d.h. es treten durch Newton nicht erklärbare Beschleunigungsvariationen auf. Auch bei den Sonden Pioneer 10 und 11 konnten unerwartete Beschleunigungen festgestellt werden. Außerdem konnte bis heute keine nicht-baryonische Materie, also nicht sichtbare Materie, gefunden werden [1] [2] [5] [6] [7].
Diese Abweichungen können in der konventionellen Astrophysik durch die sogenannte Dunkle Materie aufgelöst werden, nachdem diese eine zusätzliche Gravitationskraft erzeugt, welche die Beschleunigungen erklärbar macht. Diese Theorie beschreibt eine kugelige Verteilung der Dunklen Materie um die Scheibe der Spiralgalaxien, auch Dunkle Materie Halo genannt, welche die beobachteten Rotationskurven gut erklärt.
Die Theorie der Modifizierten Newtonschen Dynamik stellt eine alternative Erklärung der Phänomene ohne die Existenz Dunkler Materie dar. Der Ansatz lautet
mit der Beschleunigung a, der Modifikation µ und auf der rechten Seite mit dem negativen Gradienten des Gravitationspotentials ΦN . Bei einem Modifikationswert von µ=1 ergibt sich der Fall der klassischen Newtonschen Gravitation. Milgrom setzt nun eine glatte und beschleunigungsabhängige Funktion µ an. Bei |α| >> α0 geht die Funktion gegen 1, wobei α0 eine Konstante mit 1,2 *10-10 m/s2beschreibt.
Die MOND-Theorie ist konsistent mit der Tully-Fisher-Relation sowie mit der beobachteten Abflachung der Rotationskurven in Spiralgalaxien. 1984 wurde die Theorie von Milgrom und Jacob Bekenstein mit Hilfe eines Lagrange-Funktionals zu der AQUAL-Theorie (Aquadratic Lagrangian Theory) weiterentwickelt. Diese ist konsistent mit dem schwachen Äquivalenzprinzip [8] [9] [10].
Generell wird diese Theorie sehr kontrovers diskutiert. Erik Verlinde, ein niederländischer Physiker, hat die Theorie in den letzten Jahren ebenfalls weiterentwickelt, nach derer sowohl die Dunkle Materie als auch die Gravitation eine Folge der Dunklen Energie seien.
[1] Spektrum: Lexikon der Astronomie: MOND; (Link: https://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/mond/305), aufgerufen am 11.05.2020 [2] Physik Cosmos-indirekt; Modifizierte Newtonsche Dynamik; (Link: https://physik.cosmos-indirekt.de/Physik-Schule/Modifizierte_Newtonsche_Dynamik), aufgerufen am 13.05.2020 [3] Milgrom, Mordehai: MOND: time for a change of mind? (08/2009) [4] Milgrom, Mordehai: New Physics at Low Accelerations (MOND): an Alternative to Dark Matter [5] Milgrom, Mordehai: Dynamics with a non-standard inertia acceleration relation: an alternative to dark matter; Ann. Phys. 229, 1994 (Link: doi:10.1006/aphy.1994.1012), arXiv, aufgerufen am 20.08.2020 [6] Anderson, John D.; Laing, Philip A.; Lau, Eunice L.; et. Al.: Study of the anomalous acceleration of Pioneer 10 and 11 [7] Sanders, R. H.: The Published Extended Rotation Curves of Spiral Galaxies: Confrontation with Modified Dynamics; The Astrophysical Journal, Volume 473, Number 1; 1996 [8] Steinmetz, Matthias; Navarro, Julio F.: The Cosmological Origin of the Tully-Fisher Relation, 1999 [9] Bekenstein, Jacob D.: Relativistic gravitation theory for the modified Newtonian dynamics paradigm, Phys. Rev. D 70, 10/2014 [10] Bekenstein, Jacob D.: Modified Gravity vs Dark Matter: Relativistic theory for MOND, 06/2004Weiterführende Literatur:
[11] Bekenstein, Jacob D.: Modified gravity as an alternative to dark matter (01/2010) [12] Famaey, B.; McGaugh, S.; Milgrom, M.: MOND and the dynamics of NGC1052-DF2 (04/2018) [13] Milgrom, Mordehai: Light and Dark in the Universe (03/2012) [14] Milgrom, Mordehai: MOND laws of galactic dynamics (12/2012) [15] Bekenstein, Jacob D.: The modified Newtonian dynamics – MOND – and its implications for new physics; Contemporary Physics 47; 2006 [16] Bekenstein, Jacob; Milgrom, Mordehai: Does the missing mass problem signal the breakdown of Newtonian gravity?; Astrophysical Journal Part I, vol. 286; 1984