
German: 
In diesem Video möchte ich Ihnen sagen, wie ich zu der Frage der dunklen Materie und der modifizierten Gravitation stehe.
Wie ich in meinen beiden
früheren Videos sagte, haben wir eine Menge
Beobachtungen, die belegen, dass wir 
etwas falsch verstehen
an der Art und Weise, wie das Universum arbeitet. Entweder muss es eine neue Art von Materie geben,
die sogenannte dunkle Materie,
oder die Schwerkraft funktioniert anders als
Einstein uns gelehrt hat, und das nennen wir
modifizierte Gravitation. Wenn du einen fragst
Astrophysiker, denn werden sie dir sagen
dass dunkle Materie alle Beobachtungen erklären kann,
während modifizierte Gravitation das nicht kann,
und deshalb ist dunkle Materie die bessere Erklärung.
Ich dachte lange, dass das ein gutes 
Argument ist, aber ich denke das nicht mehr.
Bevor ich dir sage, warum ich meine Meinung geändert habe, möchte ich, dass Du ein kleines Gedankenexperiment machst.
Stell Dir vor, es ist das 18. Jahrhundert
und du bist Daniel Bernoulli und du hast
gerade die Schlüsselgleichungen der 
Flüssigkeitsdynamik entdeckt.
Du hast sie hin und her getestet und sie funktionieren großartig.

English: 
In this video I want to tell you where I stand on the question of dark matter or modified gravity.
As I said in my two
earlier videos, we have a lot of
observational evidence that we are
misunderstanding something about
the way the universe works. Either there must be a new type of matter,
the so called dark matter,
or gravity works differently than
Einstein taught us, and this is called
modified gravity. If you ask an
astrophysicist, they will tell you that
dark matter can explain all the observations,
while modified gravity cannot,
and therefore dark matter is the better explanation.
For a long time I thought that this was a reasonable
argument, but I no longer think so.
Before I tell you why I changed my mind,
I want you to do a little thought experiment.
Imagine it's the 18th century
and you're Daniel Bernoulli and you have
just discovered the key equations of
fluid dynamics.
You've tested them back and forth and they work great.

Italian: 
In questo video vi racconto la mia posizione sulla questione "materia oscura o gravità modificata".
Come ho detto nei miei due video precedenti, abbiamo molte
prove osservative che stiamo fraintendendo qualcosa rispetto
al modo in cui funziona l'universo. I casi sono due: ci deve essere un nuovo tipo di materia,
la cosiddetta materia oscura,
oppure la gravità funziona diversamente rispetto a quanto insegnato da Einstein, e questa si chiama
gravità modificata. Se chiedete ad un
astrofisico, vi dirà che
la materia oscura può spiegare tutte le osservazioni,
mentre la gravità modificata non può farlo,
e quindi la materia oscura è la spiegazione migliore.
Per molto tempo ho pensato che questo fosse un  argomento ragionevole, ma non lo credo più.
Prima di dire perché ho cambiato idea,
voglio che facciate un piccolo esperimento mentale.
Immaginate che sia il XVIII secolo
e siete Daniel Bernoulli e avete
appena scoperto le equazioni chiave della
fluidodinamica.
Le avete testate sopra e sotto e funzionano alla grande.

Italian: 
Adesso volete che tutti i vostri colleghi controllino queste equazioni, e quindi inviate loro delle lettere
nelle quali chiedete loro di ripetere i vostri esperimenti e farvi sapere se le equazioni funzionano.
Uno dopo l'altro, tutti rispondono: sì, le equazioni funzionano alla grande, sei un genio!
Tranne il ragazzo in Alaska che vi dice
Sei un imbecille!
Ora, puoi aggiungere tutti i tipi di  parametri alle tue equazioni e provare a
spiegare perché l'acqua a volte rimane a
forma di bicchiere, ma questo sarebbe demenziale. Ciò che bisogna fare
è trovare i parametri ambientali che spiegano
perché l'acqua a volte si comporta diversamente.
Torniamo alla materia oscura.
Gli astrofisici normalmente descrivono la materia oscura come un fluido. Lo so che questo può
creare confusione, ma un fluido può essere anche un gas.
Descrivere la materia oscura come un fluido funziona molto bene per l'universo primitivo e per

English: 
Now you want all your colleagues to check these equations for you, so you send letters to them
and you ask them to please repeat your experiment and to report back if the equations work.
One after the other, they all write back: yes the equations work great, you're a genius.
Except for the guy in Alaska who says
You're an idiot.
Now you can go and add all kinds of parameters to your equations and try to
explain why water sometimes remains in
the shape of a glass, but that would be
entirely insane. What you want to do
instead is to go and look for
environmental parameters that explain
why water sometimes behaves differently.
Let us now come back to dark matter.
Astrophysicists normally describe dark
matter as a fluid. And I know this can
be confusing, but a fluid can be a gas.
Describing dark matter as a fluid works very well for the early universe and for

German: 
Jetzt möchtest Du, dass alle Deine Kollegen diese Gleichungen prüfen, und schickst ihnen Briefe
und bittest sie, Dein Experiment zu wiederholen und zu berichten, ob die Gleichungen funktionieren.
Nacheinander schreiben sie alle zurück: Ja, die Gleichungen funktionieren großartig, du bist ein Genie.
Außer dem Typ in Alaska, der sagt
Du bist ein Idiot.
Jetzt kannst Du alle möglichen Parameter zu Deinen Gleichungen hinzufügen und  versuchen
zu erklären, warum Wasser manchmal in der Form eines Bechers bleibt
aber das wäre völlig verrückt. Was Du stattdessen tun willst
ist nach Umweltparametern suchen, die erklären
warum  sich Wasser manchmal anders verhält.
Kommen wir jetzt zur dunklen Materie zurück.
Astrophysiker beschreiben Dunkle Materie normalerweise wie eine Flüssigkeit. Und ich weiß das kann
verwirrend sein, aber eine Flüssigkeit kann ein Gas sein.
Die Beschreibung der dunklen Materie als Flüssigkeit funktioniert sehr gut für das frühe Universum und für

Italian: 
la Radiazione Cosmica di Fondo e i cluster di galassie.
Non funziona molto bene per le galassie.
Per le galassie la gravità modificata è la spiegazione più semplice.
Questo significa per caso che si devono aggiungere un sacco di parametri alle equazioni per la materia oscura
per renderle adatte alle galassie?
Penso che questo sia stupido quanto cercare di spiegare il ghiaccio aggiungendo un sacco di parametri alle equazioni della fluidodinamica.
Quello che dovremmo fare invece è capire i parametri ambientali che separano un comportamento dall'altro.
Penso che quello che i dati cercano di 
dirci è che la materia esiste in due
fasi diverse, e dobbiamo usare
equazioni diverse per ciascuna fase.
La prima volta che mi sono imbattuto in questa idea è stata in un articolo del 2015 di Berezhiani e Khoury.
Loro notavano che la struttura matematica della gravità modificata sembra molto
simile  alla struttura matematica di un superfluido, quindi le due fasi della materia oscura non sono,

English: 
the Cosmic Microwave Background and for  the galaxy clusters.
It does not work so well for the galaxies.
For the galaxies modified gravity is the much simpler explanation.
So should you go now and add all kinds of parameters to the equations for dark matter
to make them fit the galaxies?
I think that's as insane as trying to explain ice by adding all  kinds of parameters to the equations of hydrodynamics.
What we should do instead is look for environmental parameters that separate one behavior from the other.
I think what the data are trying
to tell us is that matter comes in two
different phases, and we have to use
different equations for each phase.
The first time I came across this idea was
in a 2015 paper by Berezhiani and Khoury.
They pointed out that the mathematical structure of modified gravity looks very much
like the mathematical structure of a superfluid, so the two phases of dark matter are not,

German: 
den kosmische Mikrowellenhintergrund und für die Galaxienhaufen.
Für die Galaxien funktioniert es nicht so gut.
Für die Galaxien ist die modifizierte Schwerkraft die wesentlich einfachere Erklärung.
Also solltest Du jetzt gehen und den Gleichungen für dunkle Materie alle möglichen Parameter hinzufügen
um sie den Galaxien anzupassen?
Ich denke, das ist genauso verrückt, wie der Versuch, Eis zu erklären, indem man den Gleichungen der Hydrodynamik alle möglichen Parameter hinzufügt.
Stattdessen sollten wir nach Umgebungsparametern suchen, die ein Verhalten vom anderen trennen.
Ich denke, was die Daten versuchen
uns zu sagen, ist, dass es Dunkle Materie in zwei
verschiedene Phasen gibt, und wir müssen verschiedene Gleichungen für jede Phase verwenden.
Das erste Mal habe ich von dieser Idee
gehört in einer Arbeit von 2015 von Berezhiani und Khoury.
Sie wiesen darauf hin, dass die mathematische Struktur der modifizierten Schwerkraft so aussieht
wie die mathematische Struktur eines Superfluids. Also sind die beiden Phasen der dunklen Materie nicht,

English: 
as in the case of water, a liquid in a solid, but it's a fluid and a superfluid.
What's a super fluid?
A superfluid is a fluid that has no internal friction and that has quantum correlations
that span over very long
distances. In the case of dark matter,
these correlations can span through
whole galaxies.
Now the idea that Dark Matter may form a superfluid is not new. What is new here is that the superfluid
gives rise to a force which acts on the normal matter.
This new force is the reason why the effects of superfluid dark matter can look like modified gravity.
If you remember what I told you earlier, you can use this force to
calculate the relation between the
velocity of a star and the distance from
the galactic center. If you draw this on
a graph, then the force that you get from

Italian: 
come nel caso dell'acqua, un liquido in un solido, bensì un fluido ed un superfluido.
Cos'è un superfluido?
Un superfluido è un fluido che non ha attrito interno ed ha correlazioni quantistiche
che si estendono su lunghissime
distanze. Nel caso della materia oscura,
queste correlazioni possono attraversare intere galassie.
L'idea che la Materia Oscura possa  formare un superfluido non è nuova.  Quello che è nuovo è  che il superfluido
dà origine ad una forza che agisce sulla materia normale.
Questa nuova forza è la ragione per cui gli effetti della materia oscura superfluida possono sembrare gravità modificata.
Se ricordate ciò che ho detto prima, si può usare questa forza per
calcolare la relazione tra la velocità di una stella e la distanza fra questa e
il centro galattico. Se si disegna questo su un grafico, la forza che si ottiene

German: 
wie im Fall von Wasser, eine Flüssigkeit in einem Feststoff, sondern eine Flüssigkeit und ein Superfluid.
Was ist ein Superfluid?
Ein Superfluid ist ein Fluid, das keine innere Reibung hat und Quanten-Korrelationen aufweist
die sich über sehr lange
Entfernungen spannen können. Im Falle dunkler Materie
können sich diese Korrelationen durch 
ganze Galaxien erstrecken.
Nun ist die Idee, dass dunkle Materie ein Superfluid bilden könnte, nicht neu. Neu ist hier das Superfluid
eine Kraft erzeugt, die auf die normale Materie wirkt.
Diese neue Kraft ist der Grund, warum die Auswirkungen von superfluider dunkler Materie wie modifizierte Gravitation aussehen können.
Wenn Sie sich daran erinnern, was ich Ihnen früher erzählt habe, können Sie diese Kraft dazu verwenden
um zu berechne, wie die Beziehung zwischen der
Geschwindigkeit eines Sterns und der Entfernung vom
galaktische Zentrum ist. Wenn Sie dies in
ein Diagramm eintragen, dann ist die Kraft, die Sie von

Italian: 
dalla normale attrazione gravitazionale della materia normale non è abbastanza da spiegare
le osservazioni. Se si aggiunge la forza che proviene dal superfluido,
il tutto funziona abbastanza bene. Chiariamo che questa forza aggiuntiva non è
l'attrazione gravitazionale dal superfluido.
In realtà è una nuova forza che viene
dall'interazione del super fluido con la materia normale.
Ma se volete materia oscura per condensare in un superfluido, avete bisogno
che sia fredda, e avete bisogno di un potenziale gravitazionale abbastanza forte da creare
un pressione sufficiente. Queste condizioni sono non presenti nell'universo primitivo e
non sono soddisfatte nei cluster di galassie. Sono  invece soddisfatte
nelle galassie, e questo spiega perché 
la gravità modificata a volte funziona ed a volte no.
Tutto OK, vero? Ma non è così semplice.
In realtà quello che vi ho detto finora sono  solo parole e le equazioni per sostenerle non sono ancora complete.

German: 
der normalen Anziehungskraft der
normale Materie erhalten, nicht ausreichend, um zu erklären, was
die Beobachtungen zeigen. Wenn Sie jetzt aber die
Kraft, die vom Superfluid kommt,  hinzufügen,
dann funktioniert es gut. Lassen Sie mich  klarstellen, dass diese zusätzliche Kraft nicht die
Gravitationsanziehungskraft des Superfluids ist. Es ist tatsächlich eine neue Kraft, die
von der Wechselwirkung des Superfluids
mit der normalen Materie kommt.
Aber wenn dunkle Materie ein Superfluid bilden soll, muss sie
kalt sein, und man brauchst ein Gravitationspotenzial, das tief genug ist, um genug Druck zu schaffen.
Diese Bedingungen sind
nicht erfüllt im frühen Universum und
Sie sind auch in Galaxienhaufen nicht erfüllt
Cluster. Sie werden aber erfüllt in
Galaxien, und das erklärt, warum modifizierte Gravitation funktioniert manchmal und manchmal nicht.
Hört sich gut an, oder? Es ist aber nicht so einfach.
Was ich Ihnen gerade gesagt habe, sind lediglich Worte und die Gleichungen, die es unterstützen, sind noch nicht ganz da.

English: 
the normal gravitational pull of the
normal matter is not enough to explain
the observations. If you now add the
force that comes from the superfluid,
it works nicely. So let me be clear that
this additional force is not the
gravitational pull from the superfluid.
It's actually a new force that comes
from the interaction of the super fluid
with the normal matter.
But if you want dark matter
to condense to a superfluid, you need it
to be cold, and you need a gravitational
potential that is deep enough to create
sufficient pressure. These conditions are
not fulfilled in the early universe and
they are not fulfilled in the galaxy
clusters. They are fulfilled in the
galaxies, and this explains why modified
gravity sometimes works and sometimes 
 doesn't.
Sounds good, huh? But it's not so simple.
Really what I just told you is merely words and the equations to back it up are not quite there yet.

English: 
The biggest problem is that it's not very
well understood under exactly which
conditions Dark Matter forms a
superfluid. There are also different
kinds of particles that can form a
superfluid and it's not clear which of
those fits the data best. Another problem
is that it's really not well understood
how a fluid condenses to a superfluid in a
curved space-time. That's because the
people who normally study superfluids
don't have to think about gravity all  that much.
If they take it into account at all,
 it's a vertical gradient in the laboratory,
but you can't describe galaxy formation with that.
Can you experimentally distinguish this
type of superfluid dark matter from the
normal dark matter?
I believe you can.
This is something that I have been working on with a PhD student in the past year.
His name is Tobias Mistele.
Maybe I will tell you something about this some other time.
The message that I want to get across here

Italian: 
Il problema maggiore è che non si capisce esattamente in quali
condizioni la materia oscura forma un superfluido. Ci sono anche diversi
tipi di particelle che possono formare un
superfluido e non è chiaro quali di
di queste si adattino meglio ai dati. Un altro problema è che non si capisce
come un fluido possa condensare in superfluido in a spazio-tempo curvo. Questo perché la
gente che studia i superfluidi in genere non deve pensare alla gravità.
Se ne tengono conto, è solo un gradiente verticale in laboratorio,
ma non puoi descrivere la formazione della galassia con questo.
E' possibile distinguere sperimentalmente  questo tipo
di materia oscura superfluida dalla
normale materia oscura?
Io credo che si possa.
Questo è qualcosa su cui ho lavorato lo scorso anno assieme ad un dottorando.
Il suo nome è Tobias Mistele.
Forse un'altra volta vi racconterò qualcosa a questo proposito.
Il messaggio che voglio passare qui

German: 
Das größte Problem ist, dass es nicht sehr gut verstanden ist unter welchen
Bedingungen Dunkle Materie ein
Superfluid bildet. Es gibt auch verschiedene
Arten von Teilchen, die ein Superfluid bilden können, und es ist nicht klar,
welches von denen am besten zu den Daten passt. Ein weiteres Problem
ist, dass es wirklich nicht gut verstanden ist
wie eine Flüssigkeit zu einem Superfluid kondensiert in einer gekrümmte Raumzeit. Das liegt daran, dass die
Leute, die normalerweise Superfluids studieren, nicht so viel über die Schwerkraft nachdenken müssen.
Wenn sie es überhaupt berücksichtigen,
 es ist ein vertikaler Gradient im Labor,
aber damit kann man die Galaxienbildung nicht beschreiben.
Können wie experimentell herausfinden
ob die Dunkle Materie ein Superfluid oder eine normale Flüssigkeit ist?
Ich denke, das ist möglich.
Daran habe ich im letzten Jahr mit einem Doktoranden gearbeitet.
Sein Name ist Tobias Mistele.
Vielleicht erzähle ich Euch ein anderes mal davon.
Was ich hier rüberbringen möchte ist

English: 
is that I think it's a mistake to regard
dark matter and modified gravity as two
competing theories, each of which has to
be made to fit all of the data.
To me the data say the answer is a combination of both.

Italian: 
è che penso sia un errore considerare materia oscura e gravità modificata come due
teorie in competizione, ognuna delle quali deve per forza adattata a tutti i dati.
I dati secondo dicono che la risposta è una combinazione di tutte e due!

German: 
dass ich denke, es ist ein Fehler, die
dunkle Materie und veränderte Schwerkraft als zwei
konkurrierende Theorien zu betrachten, von denen jede auf alle Daten passen muss.
Für mich sagen die Daten, dass die Antwort eine Kombination aus beiden ist.
