
Italian: 
Oggi parleremo di materia oscura.
Parleremo di materia oscura perchè vedo di continuo articoli divulgativi che esagerano
la quantità di cose che sappiamo su di essa.
La realtà è che non siamo neanche sicuri che esista veramente.
Prima di continuare vi devo spiegare cosa intendiamo per "materia oscura".
La materia oscura è caratterizzata da tre proprietà.
Primo: forse pensate che sia "scura", mentre in realtà è trasparente.
Non emette luce, ma neanche la assorbe, in qualsiasi frequenza.
Secondo, è materia.
Se mettere della materia oscura  in un sacco e poi raddoppiate il volume del sacco, allora la densità di energia
contenuta nel sacco si dimezza.
Adesso, chiaramente non abbiamo sacchi di materia oscura, ma la stessa cosa vale per l'espansione
dell'universo. La densità di energia della materia oscura diminuisce con l'inverso del volume.
Questo però non è sempre vero (per altre forme di materia)

English: 
Today we will talk about dark matter.
We will talk about dark matter because I constantly
see popular science articles overstating how
much we really know about it.
The truth is, we’re still not sure that
it actually exists.
Before I say anything else, I have to tell
you what we mean when we say dark matter.
Dark matter is characterized by three properties.
First, you may think it’s dark, but actually
it’s transparent.
It does not emit light, but also it does not
absorb light, not at any frequency.
Second, it’s matter.
If you have dark matter in a bag and you double
the volume of the bag, then the energy-density
goes down to one half.
Now of course we don’t have dark matter
in bags, but the same holds for the expansion
of the universe: The energy-density of dark
matter falls inversely with the volume.
This is not in general the case.

German: 
Heute reden wir über Dunkle Materie.
Wir reden über Dunkle Materie, weil ich ständig populärwissenschaftliche Beiträge sehe, die übertreiben
wie viel wir wirklich wissen.
Die Wahrheit ist, wir sind immer noch nicht sicher, dass sie wirklich existiert.
Bevor ich irgendetwas anders sage, muss ich erst erklären, was wir meinen, wenn wir "Dunkle Materie" sagen.
Dunkle Materie definiert sich durch drei Eigenschaften.
Erstens, Du denkst vielleicht, sie ist dunkel, aber tatsächlich ist sie durchsichtig.
Sie emittiert kein Licht, aber absorbiert auch kein Licht, bei keiner Frequenz.
Zweitens, Dunkle Materie ist Materie.
Wenn Du Dunkle Materie in einer Tüte hast und Du verdoppelst das Volumen der Tüte,
dann halbiert sich die Energiedichte.
Natürlich haben wir keine Dunkle Materie in Tüten, aber dasselbe gilt für die Ausdehnung des Universums:
Die Energiedichte fällt anti-proportional zum Volumen.
Das ist im Allgemeinen nicht so.

German: 
Für Strahlung, zum Beispiel, fällt die Energiedichte schneller als das inverse Volumen
weil Frequenzen sich auch rotverschieben.
Drittens, Dunkle Materie wechselwirkt schwach, sowohl mit sich selbst als auch mit anderer Materie.
Wenn Physiker sagen "schwach wechselwirkend" meinen sie manchmal
so schwach wie die schwache Kernkraft.
Aber das ist hier nicht gemeint.
Dunkle Materie wechselwirkt mindestens genauso schwach wie
die schwache Wechselwirkung
aber vielleicht noch schwächer.
Und das meinen wir, wenn wir über Dunkle Materie reden.
Warum glauben Physiker, dass Dunkle Materie existiert?
Sie glauben das, weil Dunkle Materie eine gute Erklärung ist
für viele Beobachtungen,
die seit den 1930er Jahren gemacht wurden.
Erstens sind da die Galaxienhaufen.
Galaxienhaufen sind Sammlungen von einigen Hunderten von Galaxien,
die von ihrenr eigenen Gravitationskraft zusammengehalten werden.
Je höher die Gesamtmasse im Galaxienhaufen, je höher die Durchschnittsgeschwindigkeiten
der Galaxien im Haufen.

English: 
For example for radiation the energy-density
falls faster than the inverse volume because
the frequencies also redshift.
Third, dark matter interacts weakly, both
with itself and with other matter.
When physicists say “weakly interacting”
they sometimes mean as weak as the weak nuclear
force.
But this is not what’s meant here.
Dark matter interacts at least as weakly as
the weak interaction but maybe weaker than
that.
And that’s what we mean when we talk about
dark matter.
So why do physicists think dark matter exists?
That’s because it’s a good explanation
for a lot of observations that have been made
starting in the 1930s.
First, there are the galaxy clusters.
Galaxy clusters are collections of some hundreds
of galaxies that are held together by their
own gravitational pull.
The higher the total mass in the cluster,
the higher the average velocities of the galaxies
in the cluster.

Italian: 
Per esempio la densità di energia delle radiazioni diminuisce più velocemente dell''inverso del volume, perché
la frequenza (delle radiazioni) si sposta verso il rosso.
Terzo, la materia oscura interagisce debolmente sia con se stessa che con il resto della materia.
Quando i fisici dicono "interagire debolmente" intendono qualcosa di debole come la forza nucleare debole.
 
Ma qui il senso è diverso.
La materia oscura interagisce debolmente almeno quanto la forza debole, ma forse anche
meno di questa.
Questo è quello che intendiamo quando parliamo di "materia oscura".
Quindi, perché i fisici pensano che la materia oscura esiste?
Lo fanno perché è una buona spiegazione a molte osservazioni fatte
a partire dagli anni Trenta del secolo scorso.
Prima di tutto, ci sono gli ammassi galattici.
Gli ammassi galattici sono insiemi di centinaia di galassie tenute insieme dalla loro
stessa attrazione gravitazionale.
Più grande è la massa totale dell'ammasso, più alta è la velocità media delle galassie
che lo compongono.

German: 
Nun stellt sich heraus, dass die beobachtete Masse 
nicht hoch genug ist ,
um die beobachteten Geschwindigkeiten zu erklären.
Der einfachste Weg, dies zu beheben, ist zu postulieren, dass diese Galaxienhaufen
große Mengen an Dunkler Materie bergen.
Zweitens Galaxien.
Die Geschichte für die Galaxien ähnelt der
Geschichte für die Galaxienhaufen.
Wenn Du die Geschwindigkeit als Funktion von der Entfernung vom galaktischen Zentrum darstellst
und nur die bekannte, normale Masse berücksichtigst, dann erwartest Du, dass die Geschwindigkeiten fallen.
Aber das beobachten wir nicht.
Stattdessen werden die Geschwindigkeiten konstant für 
Sterne weit weg vom galaktischen Zentrum.
Das ist, was als "flache Rotationskurven" bekannt ist
Kurve und auch hier ist Dunkle Materie ist eine einfache
Weise, die Beobachtungen zu erklären.
Drittens gibt es Gravitationslinsen.
Nach Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie
wird die Kraft, die wir Schwerkraft nennen
durch die Krümmung von Raum und Zeit verursacht.
Masse krümmt den Raum und Licht wird dann abgelenkt
durch diese Krümmung.

English: 
Now it turns out that the observed mass is
not high enough to explain the observed velocities.
The easiest way to fix this is to postulate
that clusters contain large amounts of dark
matter.
Second, galaxies.
The story for the galaxies is similar to the
story for the galaxy clusters.
If you plot the velocity as a function of
the distance from the galactic center, then
– going by the known, normal mass only – you
would expect the velocities to drop.
But this is not what we observe.
Instead the velocities become constant for
stars far away from the galactic center.
This is what’s known as a “flat rotation
curve” and again dark matter is a simple
way to explain the observations.
Third, there is gravitational lensing.
According to Einstein’s theory of general
relativity, the force we call gravity is caused
by the curvature of space and time.
So mass curves space and light is deviated
by the curvature.

Italian: 
Succede che la massa osservata non è abbastanza grande per spiegare le velocità osservate.
La spiegazione più semplice è postulare che l'ammasso contenga materia oscura.
 
Secondo, le galassie.
La storia delle galassie è analoga a quella degli ammassi galattici.
Se facciamo un diagramma della velocità (di rotazione della galassia) in funzione della distanza dal centro galattico
- tenendo conto solo della materia normale - ci si aspetta che la velocità diminuisca (all'aumentare della distanza).
Ma questo non è ciò che osserviamo.
La velocità di rotazione attorno al centro galattico rimane costante anche per stelle molto distanti dal centro stesso.
Questo fenomeno è conosciuto come "curva di rotazione piatta" e di nuovo la materia oscura è un modo semplice
per spiegare le osservazioni.
Terzo, ci sono le lenti gravitazionali.
Secondo la teoria di Einstein della Relatività Generale, la forza che chiamiamo gravità è causata.
Dalla curvatura dello spazio e del tempo.
Così la massa curva lo spazio-tempo e la luce viene deviata dalla curvatura.

German: 
Dies bedeutet, dass Massen wie Linsen wirken
und Licht fokussieren.
Wie stark sie das Licht fokussieren, hängt von der Menge der Masse ab.
Und Gravitationslinsen sagen uns auch, das
normale Masse allein nicht ausreicht,
um die Beobachtungen zu erklären.
Dann gibt es den kosmischen Mikrowellenhintergrund.
Das ist Strahlung bei einer durchschnittlichen Temperatur
von etwa 3 Kelvin, die aus allen Richtungen kommt.
Sie hat ihren Ursprung im heißen Plasma im
frühes Universum.
Um die Durchschnittstemperatur von drei Kelvin
es gibt kleine Temperaturschwankungen,
die den Stellen entsprechen, die einmal ein bisschen
heißer oder kälter waren.
Die Anzahl der Fluktuationen einer bestimmten Größe kann
gezählt werden und wenn du die Anzahl gegen
gegen die Größe aufträgst,  erhältst Du, was als das Spektrum des kosmischen Mikrowellenhintergrunds bekannt ist.
Das Spektrum hat Peaks die von
Größen kommen, die etwas häufiger sind
als andere.
Wichtig ist, dass die relative Höhe
der Gipfel von der Dunklen Materie abhängt.

Italian: 
Questo significa che le masse funzionano come lenti di ingrandimento e focalizzano la luce.
Quando sia forte la focalizzazione dipende dalla quantità di massa.
E anche le lenti gravitazionali ci dicono che la normale massa da sola non è sufficiente a spiegare
le osservazioni.
Poi c'è la radiazione cosmica di fondo.
Questa è la radiazione con temperatura media di 3 gradi Kelvin che ci raggiunge da tutte le direzioni (dell'universo).
Trova la sua origine dal plasma rovente del primissimo universo.
Attorno a questa temperatura media di 3K ci sono piccole variazioni che
corrispondono a punti che una volta erano un poco più caldi o freddi.
Il numero dei punti di una data grandezza può essere contato e si può creare un grafico di questo numero
rispetto alla dimensione dei punti. Così si ottiene il cosiddetto "spettro di potenza" della radiazione cosmica di fondo.
Lo spettro ha alcuni "picchi" che corrispondono a punti le cui dimensioni sono più frequenti
di altre.
La cosa importante è che le altezze relative di questi "picchi" dipendono dalla quantità di
materia oscura.

English: 
This means that masses act like lenses and
can focus light.
Just how strongly they will focus light depends
on the amount of mass.
And gravitational lenses too tell us that
normal mass alone is not sufficient to explain
the observations.
Then there is the cosmic microwave background.
That’s radiation at an average temperature
of about 3 Kelvin that comes from all directions.
It has its origin in the hot plasma in the
early universe.
Around the average temperature of three Kelvin
there are small temperature fluctuations that
correspond to spots that once where a little
hotter or a little colder.
The number of spots of a certain size can
be counted and you plot the number against
the size, you get what is known as the power
spectrum of the cosmic microwave background.
The spectrum has a few peaks which correspond
to spots of sizes that are a little more frequent
than others.
The important thing is that the relative height
of the peaks depends on the amount of dark
matter.

German: 
Wieder sprechen die Beobachtungen stark für die Anwesenheit von dunkler Materie.
Fünftens gibt es die Strukturbildung.
Während sich das Universum ausdehnt, kühlt die Materie ab und klumpt und fängt an Strukturen zu bilden.
Aber wenn normale Materie klumpt, baut
sie Strahlungsdruck auf und der wirkt gegen
das Klumpen
Dunkle Materie interagiert dagegen nur
schwach, und so wird es diesen Druck nicht aufbauen.
Dunkle Materie klumpt daher effizienter.
Und in der Tat hilft sie dann der normalen Materie, Strukturen zu bilden.
Ohne dunkle Materie würde das heutige Universum keine
ausreichenden Strukturen haben.
Diese fünf verschiedenen Arten von Beweisen für
dunkle Materie haben den gleichen Ursprung.
Wie gesagt, die Allgemeine Relativitätstheorie sagt uns, dass Materie den Raum krümmt
und diese Krümmung wiederum sagt der Materie, wie sie sich bewegen soll.
Diese Beziehung wird von Einsteins 
Feldgleichungen festgehalten.
In diesen Gleichungen haben wir zum einen
die geometrischen Größen, die die Krümmung von Raum und Zeit  beschreiben

English: 
Again the observations strongly speak for
the presence of dark matter.
Fifth, there is structure formation.
As the universe expands, matter cools and
it clumps and it begins to forms structures.
But when normal matter, when it clumps, builds
up radiation pressure and that acts against
the clumping.
Dark matter, on the other hand interacts only
weakly, and so it will not build up this pressure.
Dark matter therefore clumps more efficiently.
And Indeed it will then help the normal matter
clump.
Without dark matter, the universe today wouldn’t
have sufficient structures.
These five different types of evidence for
dark matter have the same origin.
As I said, general relativity tells us that
matter curves space, and that curvature in
return tells the matter how to move.
This relation is captured by Einstein’s
field equations.
In these equations, on the one side you have
the geometric quantities that describe the

Italian: 
Di nuovo, le osservazioni sono fortemente a favore della presenza di materia oscura.
Quinto, c'è la formazione di strutture cosmiche.
Man mano che l'universo si espande, la materia si raffredda e si "raggruma" e comincia a  formare strutture.
Ma la materia normale, quando si raggruma, crea a sua volta della radiazione che agisce contro
la formazione di strutture.
La materia scura invece interagisce debolmente con il resto, e quindi non contribuisce a questa pressione
Quindi la materia oscura si raggruma in modo più efficiente.
E in effetti aiuta la materia normale a formare strutture.
Senza materia oscura, oggi l'universo non avrebbe abbastanza strutture.
Questi cinque diversi tipi di prova dell'esistenza della materia oscura hanno la stessa origine.
Come ho detto prima, la Relatività Generale ci dice che la materia curva lo spazio tempo, e la curvatura
dice alla materia come muoversi.
Questa relazione è contenuta nelle equazioni di campo di Einstein.
In queste equazioni, da una parte ci sono delle quantità geometriche che descrivono

English: 
curvature of space and time, on the other
side you have all types of energy and mass.
And please notice that it’s “Einstein’s
equations.”
It’s a plural.
It’s not merely one equation, but actually
ten different ones.
And if you solve those equations, then you
know how the matter moves due to the curvature
of space and time that it itself causes.
What astrophysicists now do with their observations
is to go and measure what matter there is
and how it moves and then they check whether
it fulfils the equations.
And what all these observations tell us is
that, no, it does not work.
It does not fulfill the equations.
And dark matter is a simple fix to make the
two sides of the equations match again.
Now this may look like a pretty dumb thing
to do because there is always some term that
you can add to make the two sides of the equations
match again.
But the point is that dark matter is a particularly
simple way to make it work.

Italian: 
la curvatura dello spazio e del tempo, e dall'altra parte ci sono tutti i tipi di energia e massa.
Notate che si tratta delle "Equazioni di Einstein".
"Equazioni" al plurale.
Non è solo una equazione, sono dieci equazioni differenti.
E se si risolvono queste equazioni, si stabilisce come la materia si muove in base alla curvatura
dello spazio e del tempo che essa stessa causa.
Quello che fanno gli astrofisici con le loro osservazioni è misurare la quantità di materia che c'è
e come si muove, e poi controllare se questo è coerente con le equazioni.
E quello che tutte queste osservazioni ci dicono è che no, non funziona.
Non è coerente con le equazioni.
La materia oscura è una soluzione semplice per rendere di nuovo uguali i due lati delle equazioni.
Ora, questa potrebbe sembrare una cosa un po' stupida da fare, perché esiste sempre qualche nuovo termine che
puoi aggiungere per rendere le due parti delle equazioni di nuovo uguali.
Ma il punto è che la materia oscura è un modo particolarmente semplice per risolvere il problema.

German: 
und auf der anderen
Seite haben wir alle Arten von Energie und Masse.
Und bitte beachtet, dass es „Einsteins 
Feldgleichungen" ist.
Es ist ein Plural.
Es ist nicht nur eine Gleichung, sondern tatsächlich
zehn verschiedene.
Und wenn Du diese Gleichungen löst, dann 
weißt Du, wie sich die Materie aufgrund der Raumzeit-Krümmung bewegt
die sie selbst verursacht.
Was Astrophysiker jetzt mit ihren Beobachtungen machen
ist zu gehen und zu messen, welche Materie da ist
und wie sie sich bewegt und dann prüfen sie ob
die Materie die Gleichungen erfüllt.
Und  all diese Beobachtungen sagen, nein, es funktioniert nicht.
Die Materie erfüllt die Gleichungen nicht.
Und dunkle Materie ist eine einfache Lösung, um hin zu kriegen, dass die
zwei Seiten der Gleichungen wieder überein stimmen.
Nun mag das wie eine ziemlich dumme Idee aussehen, weil es immer einen Term gibt,
den man hinzufügen kann, damit die beiden Seiten der Gleichungen 
wieder passen.
Aber der Punkt ist, dass Dunkle Materie ein besonders 
einfacher Kniff ist, die Gleichungen hinzubiegen.

English: 
Recall that I told you that Einstein’s equations
are actually ten different equations.
So correspondingly you need in general ten
different components necessary to make two
sides of the equations match.
But for dark matter, you only need one.
And that one component you can define by one
constant, for example the density of dark
matter today.
So, dark matter is a parametrically simple
explanation.
It would be even simpler if it was a kind
of particle that we know already, but unfortunately
that does not work.
From the known particles none really fit the
bill.
They either interact with light, so they are
not dark, or they do not clump enough in the
early universe.
We also know that dark matter cannot be some
kind of dark stellar object like for example
black holes or brown dwarfs, because these
would give rise to frequent gravitational
lensing and we have not seen this.
So we need something new, and most physicists
think that dark matter is some new kind of

Italian: 
Ricordatevi che le equazioni di Einstein in realtà sono dieci equazioni diverse.
Così in genere c'è bisogno di dieci componenti diversi per riequilibrare
le due parti delle equazioni.
Ma con la materia oscura, hai bisogno solamente di un componente.
E questo componente può essere definito da una costante, per esempio la densità attuale della
materia oscura.
Così, dal punto di vista parametrico la materia oscura è una spiegazione semplice.
Sarebbe ancora più semplice se fosse un qualche tipo di particella che conosciamo già, ma sfortunatamente
le cose non stanno così.
Fra tutte le particelle conosciute nessuna corrisponde all'identikit.
O interagiscono con la luce, e quindi non sono "oscure", oppure non si raggrumano abbastanza nel
primissimo universo.
Sappiamo anche che la materia oscura non può essere qualche tipo di oggetto stellare oscuro, tipo
buchi neri o nane brune, perché se fosse così questo darebbe spesso luogo a
lenti gravitazionali, e questo non è ciò che osserviamo.
Così abbiamo bisogno di qualcosa di nuovo, e la maggioranza dei fisici pensa che la materia oscura sia qualche nuovo

German: 
Wie ich sagte, Einsteins Gleichungen 
sind eigentlich zehn verschiedene Gleichungen.
Dementsprechend brauchst du im Allgemeinen zehn
verschiedene Komponenten,
um die zwei Seiten der Gleichungen passend zu machen.
Aber für dunkle Materie brauchst Du nur eine.
Und diese eine Komponente kannst Du durch eine  Konstante definieren, zum Beispiel
die derzeitige Energiedichte von Dunkler Materie.
Dunkle Materie ist also parametrisch einfache
Erklärung.
Es wäre noch einfacher, wenn Dunkle Materie eine Art 
von Teilchen wäre, die wir bereits kennen, aber leider
funktioniert das nicht.
Von den bekannten Teilchen passt keines.
Sie wechselwirken entweder mit Licht, sind also 
nicht dunkel, oder sie klumpen nicht genug
im frühen Universum.
Wir wissen auch, dass dunkle Materie keine Art dunklen stellaren Objekt sein können, wie zum Beispiel
Schwarze Löcher oder braune Zwerge, weil diese
würde zu häufigen Gravitationlinsen führen
und das haben wir nicht gesehen.
Wir brauchen also etwas Neues und die meisten Physiker
denken,

German: 
dass dunkle Materie eine neue Art Teilchen ist.
Ja, dunkle Materie ist eine einfache Erklärung.
Oder zumindest war das mal so.
In den letzten Jahrzehnten ist es jedoch klar geworden
dass es einige Beobachtungen gibt,
die die Dunkle Materie nicht so einfach erklären kann.
Beispielsweise stellt sich heraus, dass dunkle Materie zu Dichtepeaks im Zentrum von Galaxien führt
und das passt nicht gut zu den Beobachtungen.
Strukturbildung mit dunkler Materie
sagt auch eine große Anzahl kleiner Galaxien voraus
- die sogenannten Zwerggalaxien - und die
sind nicht gefunden worden
Das größte Problem mit dunkler Materie jedoch
ist etwas, was sie nicht vorhersagt.
Wenn Du die Sterne in Galaxien betrachtest, dann
kannst Du von der beobachtete Geschwindigkeitverwenden
die Beschleunigung ausrechnen, die auf den Stern wirken muss, damit er in einer stabilen Umlaufbahn bleibt.
Du kannst auch die Beschleunigung berechnen, die von der Anziehungskraft der normalen Materie kommt.
Du hast also zwei Arten von Beschleunigung.
Die eine ist die Gesamtbeschleunigung, die andere
ist die Beschleunigung nur von der normalen Matiere.

Italian: 
tipo di particella.
E quindi sì, la materia oscura è una spiegazione semplice.
O almeno lo era.
Perché negli ultimi decenni è diventato chiaro che esistono osservazioni che non sono così semplici
da spiegare con la materia oscura.
La materia oscura, per esempio, dovrebbe avere picchi di densità al centro delle galassie,
e questo non corrisponde alle osservazioni.
La materia oscura predice anche un grande numero di piccole galassie
- le cosiddette galassie nane - ma queste non sono state trovate.
Il problema più grosso con la materia oscura è però qualcosa che NON predice.
Se si osservano le stelle nelle galassie, si possono usare le loro velocità per calcolare
quale accelerazione stia agendo su ciascuna stella per mantenerla in un'orbita stabile.
Si può anche calcolare l'accelerazione che risulta solo dall'attrazione della materia
normale.
Quindi ci sono due tipi di accelerazione.
Una è quella totale, l'altra è l'accelerazione provocata dalla materia normale.

English: 
particle.
So, yes, dark matter is a simple explanation.
Or at least it used to be.
But in the last decades it has become clear
that there are some observations which dark
matter can not so simply explain.
Dark matter, for example, turns out to result
in density peaks in the center of galaxies,
which does not fit well with observations.
Structure formation with dark matter also
predicts a large number of small galaxies
– the so-called dwarf galaxies – and those
haven’t been found.
The biggest problem with dark matter however
is something it does not predict.
If you look at the stars in galaxies, you
can use the observed velocity to calculate
the acceleration that must acting on the star
to keep it in a stable orbit.
You can also go and calculate the acceleration
that comes from the pull of the normal matter
only.
So you have two types of accelerations.
The one is the total acceleration, the other
is the acceleration from the normal matter

English: 
only.
Now you can go and plot the data for those
two types of accellerations against each other,
and you will find that they are strongly correlated.
you see this very nicely in this wonderful
plot by McGaugh and his collaborators.
Now what this means is that if you tell me
how much normal matter there is in a galaxy,
I can tell you how much dark matter there
is.
If you think that is an independent component
of the universe this does not make any sense.
You would expect a much larger variety in
the data.
But There is not.
So that’s a big mystery.
There is a pattern in the data and dark matter
does not explain it.
At least it doesn’t explain it in any simple
way.
In the past 20 years, astrophysicists have
tried to come up with computer simulations
that would reproduce galaxies that look like
the ones we actually see.
These simulation are based on the dark matter
hypothesis and for a long time it worked pretty

German: 
Jetzt kannst Du die Daten für diese 
zwei Arten von Beschleunigung gegeneinander auftragen
und Du wirst feststellen, dass sie stark korreliert sind.
Sie sehen das sehr schön in dieser wunderbaren Abbildung
 von McGaugh und seinen Mitarbeitern.
Das bedeutet jetzt, wenn Du mir sagst
wie viel normale Materie es in einer Galaxie gibt,
dann kann ich Dir sagen, wie viel dunkle Materie dort ist ist.
Wenn Du denkst, dass Dunkle Materie eine unabhängige Komponente des Universums ist macht das keinen Sinn.
Du würdest eine viel größere Vielfalt in 
den Daten erwarten
Aber die ist nicht da.
Das ist ein großes Rätsel.
Es gibt ein Muster in den Daten und die dunklen Materie
erklärt es nicht
Zumindest erklärt sie es nicht auf eine einfache Art und Weise.
In den letzten 20 Jahren haben Astrophysiker
versuchte mit Computersimulationen
Galaxien so zu reproduzieren, wie sie  tatsächlich aussehen.
Diese Simulationen basieren auf der Hypothese der dunklen Materie und für lange Zeit

Italian: 
 
Quindi si può fare un grafico mettendo queste due accelerazioni sugli assi
e si nota che hanno una correlazione molto forte.
Lo vedete molto bene in quest'ottimo grafico fatto da McGaugh e i suoi collaboratori.
Questo significa che se mi dici quanta materia normale c'è in una galassia,
Io ti posso dire quanta materia oscura c'è nella stessa galassia.
Ma se si pensa che (la materia oscura) è un componente indipendente dell'universo, questo non ha senso.
Uno si aspetta una maggiore varietà di dati.
Ma questa non c'è.
E questo è un bel mistero.
C'è una correlazione nei dati e la materia oscura non la spiega.
O almeno non la spiega in un qualche modo semplice.
Negli ultimi 20 anni, gli astrofisici hanno tentato di creare simulazioni al computer
che potessero riprodurre galassie simili a quelle che vediamo nella realtà.
Queste simulazioni sono basate sull'ipotesi della materia oscura, e per un bel po' di tempo hanno prodotto

Italian: 
pessimi risultati.
Le galassie prodotte non avevano nulla a che vedere con quelle che osserviamo.
Ma negli ultimi vent'anni le simulazioni sono molto migliorate e sono stati
introdotti nuovi parametri, e ora possono produrre galassie che assomigliano
a quelle che vediamo.
Però questa non è una predizione - semplicemente queste simulazioni sono costruite per riprodurre
esattamente quello che osserviamo - ma questo rimuove la tensione fra i dati e le ipotesi
sulla materia oscura.
Allora va tutto bene oppure no?
Ora, qui le cose diventano interessanti perché esiste una spiegazione alternativa
per i dati raccolti, e questa è la gravità modificata.
Che cos'è la gravità modificata?
Chiedere ai fisici cosa è la gravità modificata può essere spassoso.
La risposta più frequente, che ci crediate o meno, è che si tratta di materia oscura se
aggiungi il termine a questa parte dell'equazione, mentre è gravità modificata se metti
il termine  da quella parte dell'equazione.

German: 
haben die Simulationen ziemlich schlecht funktioniert.
Die Galaxien, die sie produzierten, sahen nicht so aus wie was wir tatsächlich gesehen haben.
In den letzten zwei Jahrzehnten haben sich 
die Computersimulationen jedoch verbessert und man hat
neue Parameter eingeführt, und jetzt können die Simulationen
Galaxien produzieren,
die sehr ähnlich aussehen wie was wir sehen.
Das ist jetzt keine Vorhersage mehr - weil
diese Simulationen wurden gemacht, um zu reproduzieren
was wir schon beobachtet hatten. Aber das entfernt die Spannung zwischen den Daten und der Hypothese
von dunkler Materie.
Also ist alles gut, oder?
Hier wird es interessant, weil
es gibt eine alternative Erklärung für
die Muster in den Daten, und das ist die Modifizierte Gravitation.
Was ist modifizierte Gravitation?
Du kannst Spaß haben, wenn Du Physiker fragst, was
modifizierte Gravitation ist.
Die häufigste Antwort, die ich bekomme, ist -- glaub das
oder nicht --  dass es dunkle Materie ist, wenn
Du auf dieser Seite der Gleichung einen Term addierst und dass es modifizierte Gravitation ist, wenn
Du auf dieser Seite der Gleichung einen Term addierst.

English: 
badly.
The galaxies that they got did not look like
what we actually saw.
But in the past two decades they have improved
the computer simulations a lot and they have
introduced new parameters, and now they can
actually produce galaxies that look pretty
much like what we see.
Now that’s not a prediction – because
these simulations were made to reproduce what
we had already observed – but this removes
the tension between the data and the hypothesis
of dark matter.
So everything is fine, or is it?
Now that’s where it gets interesting because
there is a an alternative explanation for
the pattern in the data, and that is modified
gravity.
What is modified gravity?
You can have some fun asking physicists what
is modified gravity.
The most common answer I get is, believe that
or not, is that it’s dark matter if you
add a term to this side of the equation and
that it’s modified gravity if you add a
term to that side of the equation.

English: 
Now that, of course, does not make any sense
because you can always move the term from
this side of the equation to that side of
the equation.
Now the somewhat more sophisticated answer
is that it’s modified gravity if you change
the function on this side of the equation.
But that’s just not how modified gravity
works.
Yes, there are some theories of modified gravity
which work this way but these are not the
theories that we usually use to explain the
observations that are commonly attributed
to dark matter.
Instead, modified gravity changes the force
of gravity and it normally does so by introducing
additional forces or, to be more specific,
by introducing new fields.
You have to do something of that sort because
it’s really hard to change anything about
Einstein’s theory of general relativity.
Now quantum mechanics tells us that forces
are mediated by particles so whenever you
introduce a new force you also introduce new
particles.
Which brings up the question well, then what
is the difference between particle dark matter

German: 
Das macht natürlich keinen Sinn
denn du kannst den Term immer von
einer Seite der Gleichung zur anderen Seite der Gleichung verschieben.
Nun die etwas anspruchsvollere Antwort
ist, dass es modifizierte Gravitation ist, wenn man
die Funktion auf dieser Seite der Gleichung ändert.
Aber so funktioniert modifizierte Gravitation einfach nicht.
Ja, es gibt einige Theorien der modifizierten Gravitation
die so funktionieren, aber das sind nicht die
Theorien, die wir normalerweise verwenden, um die Beobachtungen zu erklären,
die normalerweise der Dunklen Materie zugeschrieben werden.
Stattdessen verändert modifizierte Gravitation die Kraft
der Schwerkraft, und normalerweise tut sie das durch
zusätzliche Kräfte oder, um genauer zu sein,
durch die Einführung neuer Felder.
Du musst so etwas tun, weil es ist wirklich schwer
etwas an Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie zu  ändern.
Nun sagt uns die Quantenmechanik aber, dass Kräfte von Teilchen übertragen werden. Also  immer wenn Du
eine neue Kraft einführst, dann führst Du auch neue
Teilchen ein.
Da stellt sich dann die Frage, ja, was ist dann
ist der Unterschied zwischen der dunklen Materie

Italian: 
Ovviamente questo non ha senso, perché è sempre possibile spostare il termine
da un lato all'altro dell'equazione.
Una risposta un po' più sofisticata è che si tratta di gravità modificata
se modifichi la funzione da questo lato dell'equazione.
Ma non è così che funziona la gravità modificata.
E' vero che esistono alcune teorie di gravità modificata che lavorano in questo modo, ma queste
non sono le teorie che in genere vengono  usate per spiegare le osservazioni attribuite
alla materia oscura.
Invece, la gravità modificata cambia la forza di gravità, e lo fa
introducendo nuove forze, o meglio, introducendo nuovi campi.
Bisogna fare qualcosa del genere perché è molto difficile cambiare qualsiasi cosa
della teoria delle Relatività Generale di Einstein.
La Meccanica Quantistica ci dice che le forze sono mediate da particelle, e così ogni volta
che si introduce una nuova forza si introduce anche qualche nuova particella.
Il che ci porta alla domanda quale sia la differenza fra materia oscura

Italian: 
e gravità modificata?
La differenza fra gravità modificata e materia oscura è che per la materia oscura le osservazioni
sono spiegate solo dall'attrazione gravitazionale di qualche tipo nuovo di materia.
D'altra parte nella gravità modificata l'attrazione gravitazionale non è la stessa che Einstein
ci ha insegnato, oppure c'è una forza aggiuntiva che agisce sulle particelle.
E' questa forza aggiuntiva che ci aiuta a spiegare i dati raccolti.
Questo lo sappiamo dagli anni '80, quando Milgrom propose la sua teoria conosciuta come
MOND (Modified Newtonian Dynamics)
MOND è correlata con la gravità modificata allo stesso modo in cui la gravità di Newton è correlata con
la Relatività Generale.
Questo significa che MOND è un'approssimazione che funziona in qualche caso, ma non in altri.
La gravità modificata è la teoria completa che riproduce MOND in certe situazioni.
Al momento ci sono alcune teorie conosciute sulla gravità modificata.

German: 
und der modifizierten Gravitation?
Der Unterschied zwischen modifizierter Gravitation und
Dunkle Materie ist, dass für dunkle Materie
die Beobachtungen nur durch die Anziehungskraft 
der neuen Art von Materie erklärt werden.
Bei modifizierter Gravitation hingegen ist die Anziehungskraft nicht dieselbe wie Einstein
uns gelehrt hat, oder es gibt eine zusätzliche Kraft, die
auf die normale Materie wirkt.
Es ist diese zusätzliche Kraft, die die beobachteten Muster in den Daten erklärt.
Dies ist seit den 1980er Jahren bekannt, als Milgrom seine Theorie
der modifizierten Newtonschen Dynamik vorschlug, auch bekannt als MOND.
MOND verhält sich zur modifizierten Gravitation so wie die Newtonsche Schwerkraft zur Einsteinschen Gravitation.
Dies bedeutet, dass MOND eine Näherung ist, die
in einigen Fällen funktioniert aber nicht in anderen.
Die modifizierte Gravitation ist die vollständige Theorie, die MOND in bestimmten Situationen reproduziert.
Zur Zeit sind einige solche Theorien  der modifizierten Gravitation bekannt.

English: 
and modified gravity?
The difference between modified gravity and
dark matter is that for dark matter the observations
are explained only by the gravitational pull
of the new type of matter.
For modified gravity, on the other hand, the
gravitational pull is not the same as Einstein
taught us or there is an additional force
acting on the particles.
It’s this additional force that helps to
explain the observed patterns in the data.
This has been known since the 1980s, when
Milgrom proposed his theory of Modified Newtonian
Dynamics which is also known as MOND.
MOND relates to modified gravity the same
way that Newtonian Gravity relates to Einsteinian
gravity.
This means MOND is an approximation that works
in some cases, but not in others.
Modified gravity is the complete theory that
reproduces MOND in certain situations.
There are presently a few known such theories
of modified gravity.

Italian: 
La gravità modificata funziona bene con le galassie ma un po' meno bene con gli ammassi galattici
e con la radiazione cosmica di fondo.
C'è gente che vuole farvi credere che la gravità modificata è stata
esclusa dal cosiddetto "Bullet Cluster", ma questo non è vero.
Il Bullet Cluster è in realtà la collisione fra due ammassi (clusters) di galassie.
E' un caso interessante, perchè con questi ammassi abbiamo tipi di dati differenti.
Da un lato abbiamo l'emissione di luce a varie frequenze qui mostrata
in rosso e che ci dice dove si trova la materia normale.
Dall'altro lato abbiamo i dati sulle lenti gravitazionali che qui sono mostrate in blu, e che ci dicono
dove va l'attrazione gravitazionale.
Come potete vedere le due macchie di diverso colore non sono nello stesso posto.
La storia è che questa sarebbe la dimostrazione che la gravità modificata è sbagliata, perché
con la gravità modificata non sarebbe possibile avere l'attrazione gravitazionale
in un punto diverso dal centro della massa di materia normale.

English: 
Modified gravity works well for the galaxies
but not so well for the galaxy clusters and
the cosmic microwave background.
I know there are some people who want you
to believe that modified gravity has been
ruled out by the Bullet Cluster but that’s
just wrong.
The bullet cluster is actually a collision
of two galaxy clusters.
It’s an interesting case because for this
cluster we have different kinds of data.
We have on the one hand the emission of light
at various frequency ranges which is shown
in red and this tells you where the normal
mass is located.
On the other hand we have data from gravitational
lensing which shown in blue, and this tells
you where the gravitational pull goes.
As you can see the two blobs are not in the
same places.
The story now goes that this demonstrates
that modified gravity must be wrong because
with modified gravity you would not be able
to get the gravitational pull to go to a different
place than the center of the normal mass.

German: 
Die modifizierte Gravitation funktioniert gut für die Galaxien aber nicht so gut
für die Galaxienhaufen und den kosmische Mikrowellenhintergrund.
Ich weiß, es gibt Leute, die wollen
Dir erzählen, dass modifizierte Gravitation
vom Bullet Cluster ausgeschlossen wurde, aber das ist
einfach falsch.
Der Bullet-Cluster ist eigentlich eine Kollision
von zwei Galaxienhaufen.
Es ist ein interessanter Fall, den für diesen
Cluster haben wir verschiedene Arten von Daten.
Wir haben zum einen die Lichtemission in verschiedenen Frequenzbereichen, hier gezeigt in rot
und dies sagt Dir wo die normale 
Masse ist.
Auf der anderen Seite haben wir Daten von Gravitationslinsen, die blau dargestellt ist,
und dies sagt uns, wohin die Gravitationsanziehungskraft geht.
Wie Du siehst, befinden sich die beiden Blobs nicht am gleichen Ort.
Die Geschichte geht nun so, dass dies angeblich demonstriert, dass modifizierte Gravitation falsch sein muss,
denn mit modifizierter Schwerkraft könnte die Anziehungskraft nicht zu einem anderen Ort gehen
als der Mittelpunkt der normalen Masse.

Italian: 
Ma questo semplicemente non è vero.
Come detto prima, nella gravità modificata si introducono nuove forze, e quindi si introducono anche
nuove particelle.
E' quindi non c'è alcun motivo perchè l'attrazione gravitazionale, specialmente in un sistema dinamico
come il Bullet Cluster, debba essere localizzata dove c'è la materia normale.
Ad un livello più generale, il Bullet Cluster è un'anomalia statistica.
Ci sono solo due o tre ammassi conosciuti che siano in collisione a queste altissime velocità relative.
Sistemi dinamici come questi sono in genere difficili da modellare sia con la gravità modificata
che con la materia oscura.
Usare il Bullet Cluster per escludere una spiegazione per una tipologia di dati
non ha alcun senso.
Così la realtà è che la materia oscura funziona meglio in qualche caso, e la gravità modificata
funziona meglio in qualche altro caso.
La grande domanda ora è, quale sarebbe fra le due la migliore spiegazione generale?

German: 
Aber diese Geschichte ist einfach nicht richtig.
Wie gesagt, bei modifizierter Gravitation hat man
zusätzliche Kräfte und führt auch zusätzliche
Teilchen ein.
Und es gibt keinen Grund warum diese neue Kraft, vor allem für ein dynamisches System
wie der Bullet-Cluster, zu demselben Ort gehen sollte
als die normale Materie.
Auf einer allgemeineren Ebene ist der Bullet Cluster ein statistischer Ausreißer.
Es gibt nur zwei oder drei bekannte Cluster
die bei so hohen Relativgeschwindigkeiten kollidieren.
Zeitabhängige Systeme wie diese sind ganz allgemein
schwer zu modellieren
sowohl mit modifizierter Gravitation als auch mit Dunkler Materie.
Den Bullet-Cluster zu verwenden, um eine Erklärung auszuschließen
für ein Muster in den Daten,
macht keinen Sinn.
Die Situation ist also, dass dunkle Materie 
in manchen Fällen besser funktioniert
und modifizierte Schwerkraft in anderen Fällen.
Die große Frage ist nun, was ist für Alles zusammen die beste Erklärung?

English: 
But that story is just not correct.
As I said, in modified gravity you introduce
additional forces and you also introduce additional
particles.
And there is no reason that the gravitational
pull, especially for a dynamical system like
the bullet cluster, should go to the same
place as the normal matter.
On a more general level, the Bullet Cluster
is a statistical outlier.
There are only two or three known clusters
which collide at such high relative velocities.
Time-dependent systems like this are generally
hard to model both with modified gravity and
dark matter.
Using the Bullet Cluster to rule out an explanation
for a pattern in the data just does not make
any sense.
So the situation is that dark matter works
better in some cases, and modified gravity
works better in other cases.
The big question is now what is overall the
best explanation?

Italian: 
E al momento non abbiamo una risposta precisa a questo.
Il motivo è che nessuno fa un confronto quantitativo diretto fra i due tipi di teorie.
In realtà la risposta giusta potrebbe essere una combinazione delle due, materia oscura e gravità modificata.
E di questo parleremo la prossima volta.

English: 
And we currently don’t have a good answer
to this.
The reason is that no one makes direct quantitative
comparisons between two types of theories.
Indeed the right answer indeed may be a combination
of the two, dark matter and modified gravity.
And this is what we will talk about the next
time.

German: 
Und wir haben derzeit keine gute Antwort
zu dieser Frage.
Der Grund ist, dass niemand direkte quantitative 
Vergleiche macht zwischen den zwei Arten von Theorien.
In der Tat mag die richtige Antwort eine Kombination der beiden sein:
Dunkle Materie und modifizierte Gravitation.
Und darüber reden wir das nächste Mal.
