Direkt zum Inhalt
Login erforderlich
Dieser Artikel ist Abonnenten mit Zugriffsrechten für diese Ausgabe frei zugänglich.

Quantengravitation: Ein Stückchen Schwerkraft

Alle Wechselwirkungen sind quantisiert. Alle Wechselwirkungen? Eine unbeugsame Kraft hört nicht auf, den Messungen Widerstand zu leisten. Und das Leben ist nicht leicht für die Physiker, die im Labor überprüfen wollen, ob die Regeln der Quantenwelt auch für die Anziehung zwischen zwei Massen gelten …
Quantengravitation

1935 waren sowohl die Quantenmechanik als auch Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie noch jung. In jenem Jahr untersuchte ein heute wenig bekannter sowjetischer Physiker detailliert die Probleme, die beim Versuch auftauchen, beide Theorien zu vereinen. Der damals 28-jährige Matwei Bronstein war auf der Suche nach einer Quantentheorie der Gravitation, der "möglichen Theorie der Welt als Ganzes". Sie würde Einsteins Beschreibung der Schwerkraft in eben jener Quantensprache neu formulieren, in welcher der ganze Rest der Physik abgefasst ist.

Bronstein fand einen Weg. Er beschrieb die Gravitation mit Hilfe quantisierter Teilchen (heute nennen Physiker solche hypothetischen Objekte Gravitonen). Das gelingt aber nur, wenn die Kraft schwach ist. In der Sprache der allgemeinen Relativitätstheorie heißt das, die Raumzeit ist so wenig gekrümmt, dass sie sich näherungsweise als eben betrachten lässt (die Anwesenheit von Massen verzerrt die vierdimensionale Vereinigung von Raum und Zeit). Bei starker Gravitation sei die Situation ganz anders, schrieb Bronstein: "Es scheint kaum möglich, die Quantentheorie der Gravitation ohne tief greifende Änderungen der klassischen Sichtweisen in diese Bereiche auszuweiten." Seine Worte waren prophetisch. Mehr als 80 Jahre später versuchen die Physiker immer noch zu verstehen, wie sich die Krümmung der Raumzeit auf makroskopischen Skalen aus einem grundlegenderen Bild der Gravitation ergeben könnte. Dabei handelt es sich vermutlich um die tiefgreifendste Frage der Physik. Der stalinistische Staatsterror nahm Bronstein die Chance, weiter daran zu arbeiten. 1938 wurde das auf vielen Gebieten tätige Genie im Zuge der "Großen Säuberung" verhaftet und hingerichtet ...

Kennen Sie schon …

Spektrum - Die Woche – Ein alter KI-Ansatz für wahre maschinelle Intelligenz?

Wahre maschinelle Intelligenz – Transparenz und feste Regeln zeigen einen Weg, die KI die Fähigkeit geben könnte, logische Schlüsse zu ziehen. Außerdem: Eisen für die Energiewende verbrennen, das Paradoxon fehlender Information im Universum und Schaden Energydrinks dem Gehirn Jugendlicher?

Spektrum - Die Woche – Von der Entropie zur Quantengravitation

Die Verbindung von Schwerkraft und Quanten ist ein zentrales Rätsel der Physik. Die Informationstheorie liefert Antworten – und vielleicht den Schlüssel zur Quantengravitation. Außerdem: Eine Revolution des Bauens? Carbonbeton benötigt im Vergleich zu Stahlbeton nur einen Bruchteil des Materials.

Sterne und Weltraum – Raumzeit: Experimente zur Quantennatur

Die Relativitätstheorie Albert Einsteins ist das Meisterwerk zur Beschreibung der Schwerkraft. Seit Jahrzehnten steht aber die Frage im Raum, ob die Gravitation auf submikroskopischen Längenskalen modifiziert werden muss. Gibt es quantenhafte Austauschteilchen, die Gravitonen? In unserem Titelbeitrag stellen wir Überlegungen vor, wie man experimentell eine Quantennatur der Raumzeit testen könnte. Im zweiten Teil unseres Artikels zur Urknalltheorie beleuchten wir alternative Ansätze zur Dunklen Energie: das Local-Void- und das Timescape-Modell. Außerdem: Teil zwei unserer Praxistipps für die Astrofotografie mit dem Smartphone – Mond und Planeten im Fokus, die Ordnung im Chaos des Dreikörperproblems und woher stammen erdnahe Asteroiden?

  • Quellen

Bose, S. et al.: Spin Entanglement Witness for Quantum Gravity. In: Physical Review Letters 119, 240401, 2017

Marletto, C., Vedral, V.: Gravitationally Induced Entanglement between Two Massive Particles is Sufficient Evidence of Quantum Effects in Gravity. In: Physical Review Letters 119, 240402, 2017

Schreiben Sie uns!

Beitrag schreiben

Wir freuen uns über Ihre Beiträge zu unseren Artikeln und wünschen Ihnen viel Spaß beim Gedankenaustausch auf unseren Seiten! Bitte beachten Sie dabei unsere Kommentarrichtlinien.

Tragen Sie bitte nur Relevantes zum Thema des jeweiligen Artikels vor, und wahren Sie einen respektvollen Umgangston. Die Redaktion behält sich vor, Zuschriften nicht zu veröffentlichen und Ihre Kommentare redaktionell zu bearbeiten. Die Zuschriften können daher leider nicht immer sofort veröffentlicht werden. Bitte geben Sie einen Namen an und Ihren Zuschriften stets eine aussagekräftige Überschrift, damit bei Onlinediskussionen andere Teilnehmende sich leichter auf Ihre Beiträge beziehen können. Ausgewählte Zuschriften können ohne separate Rücksprache auch in unseren gedruckten und digitalen Magazinen veröffentlicht werden. Vielen Dank!

Bitte erlauben Sie Javascript, um die volle Funktionalität von Spektrum.de zu erhalten.