Quantengravitation: Wie lässt sich die Raumzeit mit der Quantenphysik vereinigen?

Es ist das spannendste Problem der gesamten Physik: Kann es gelingen, die Schwerkraft mit einer Quantentheorie in Einklang zu bringen?

Das könnte den Weg zu einer Weltformel eröffnen, einer Theorie, die einfach alles beschreibt – von den Bewegungen kleinster Teilchen über die Rotationen von gigantischen Galaxien bis hin zur Ausdehnung unseres Universums.

Das ist ein alter Traum, seit vor rund 100 Jahren mit der Quantenmechanik eine völlig neue Beschreibung des Mikrokosmos entstand.

Erst zehn Jahre zuvor hatte Albert Einstein mit seiner allgemeinen Relativitätstheorie eine umfassende Theorie der Raumzeit und der Gravitation entwickelt.

Damals waren die meisten Fachleute zuversichtlich, dass sich beide Ansätze bald vereinen lassen würden.

Doch das ist bis heute nicht gelungen.

Stattdessen greifen Forschende je nach Situation auf eine der beiden Theorien zurück.

Möchten sie das Verhalten von Elementarteilchen beschreiben, nutzen sie die Quantentheorie; wollen sie hingegen die Strukturen des Kosmos untersuchen, verwenden sie die allgemeine Relativitätstheorie.

Und das funktioniert erstaunlich gut: Beide Theorien wurden bei astronomischen Beobachtungen und Laborexperimenten äußerst genau bestätigt.

Dennoch gibt es Situationen, bei denen sowohl Quantenphänomene als auch die Schwerkraft eine Rolle spielen.

Zum Beispiel in der Nähe von Schwarzen Löchern, wo Materie extrem dicht zusammengepresst ist und dadurch die Raumzeit stark verformt.

Um auch solche Phänomene vollumfänglich zu beschreiben, braucht es eine Theorie der Quantengravitation.

Eine solche ist bisher noch nicht in Sicht. In der Vergangenheit haben Physikerinnen und Physiker bereits andere Theorien »quantisiert«, etwa die Mechanik, den Elektromagnetismus oder die Kernkräfte.

Aber alle dabei entwickelten Methoden versa-gen bei der Schwerkraft. Diese scheint sich gegen ein quantenphysikalisches Korsett zu sträuben.

Deswegen ist Kreativität gefragt.

Fachleute müssen sich völlig andere Ansätze ausdenken, um die beiden grundverschiedenen Theorien in Einklang zu bringen.

Im Studium hatte ich hin und wieder von einigen der Ideen gehört: Stringtheoretiker führen winzige eindimensionale Fäden ein; in der Schleifenquantengravitation setzt man auf eine körnige Raumzeit; und bei der teleparallelen Gravitation betrachtet man Verdrehungen der Raumzeit.

Darüber hinaus gibt es noch viele andere Ideen, die Liste ist lang.

Wie sind sie entstanden? Welche Vor- und Nachteile bieten sie bei einer Beschreibung unseres Universums? Und wo stehen die Theorien jetzt? In der sechsteiligen Serie Quantengravitation« beantworten Experten in dem Gebiet diese Fragen und geben einen Einblick in ihren Forschungsbereich.

Mehr dazu in diesem Hörbuch.

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Artikel in diesem Hörbuch

Dieses Hörbuch beinhaltet viele weitere wissenschaftliche Artikel aus dem Magazin:

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4. Fischfang: Schleppnetzfischerei stört Kohlenstoffeinlagerung
5. Dünnschnabelbrachvogel: Europas erste kontinentale Vogelart der Neuzeit ausgestorben
6. Quantengravitation: Die Suche nach der Weltformel
7. Bekenstein-Hawking-Entropie: Kosmische Bewährungsprobe
8. Geometrie: Mathematiker entschlüsseln mit neuartigen Formen die Natur
9. Syrien: Ist das Alphabet älter als gedacht?
10. Wissenschaftsbarometer 2024: Wer der Wissenschaft vertraut
11. Paläoanthropologie: Menschenvorfahren schritten Seit’ an Seit’
12. Springers Einwürfe: Drohnen überall
13. Genetik: Die RNA-Revolution
14. Kohlendioxid-Abscheidung: Die große Entzugskur
15. Schlichting! – Naturschöne Sandlawinen
16. Notre-Dame De Paris: Noch schöner als zuvor
17. Die fabelhafte Welt der Mathematik: Eine neue Art der Geometrie dank dem Dom zu Florenz
18. Freistetters Formelwelt: Das versteckte vierte newtonsche Gesetz
19. Futur III – Was geschah wirklich auf Dunis-II?