Das große Vermächtnis von Albert Einstein passt nicht zu dem, was sich auf der Mikroebene abspielt. Denn dort herrschen die kontraintuitiven Gesetze der Quantenphysik, während Galaxien im Weltall der allgemeinen Relativitätstheorie folgen. Demnach werden Zeit und Raum durch Materie gekrümmt. Das Konzept einer verformbaren Raumzeit lässt sich bisher jedoch nicht mit der Quantentheorie in Einklang bringen. Seit 100 Jahren jagen Physiker erfolglos einer Theorie der Quantengravitation nach. Aber: Folgen Raum und Zeit überhaupt den Quantengesetzen?

Genau das will eine Forschungsgruppe um die Physikerin Kathryn Zurek vom California Institute of Technology in Pasadena nun herausfinden. Dafür haben die Fachleute im Februar 2025 eine Versuchsidee vorgestellt, die sie demnächst umsetzen wollen: Mit einem Interferometer wollen sie einzelne Lichtteilchen, so genannte Photonen, zählen und damit die wahre Natur der Raumzeit lüften.

Viele Fachleute gehen davon aus, dass die Raumzeit auf allerkleinster Skala nur gekörnt auftritt – also ähnlich wie Sand aus kleinen Partikeln besteht. Diese Grundbausteine sollten laut den Gesetzen der Quantenphysik ständig kleinsten Schwankungen unterliegen, die sich als Kräuselungen der Raumzeit äußern. Gegenwärtig lassen sich solche Effekte jedoch nicht direkt messen. Die Schwankungen könnten jedoch Spuren bei anderen Prozessen hinterlassen, die heutige Detektoren erfassen können.

Hierzu wollen Zurek und ihre Kollegen ein Interferometer verwenden: Sie schicken einen Laserstrahl durch einen Strahlteiler, so dass die Photonen zwei verschiedene Wege nehmen und an den Enden wieder reflektiert werden. Entlang dieser Wege werden die Photonen durch die quantenphysikalischen Kräuselungen der Raumzeit gestört. Allerdings ist dieser Einfluss viel zu klein, um ihn im Interferenzmuster der beiden Lichtstrahlen zu beobachten. Wie Zurek und ihr Team jedoch erklären, könnten durch die Raumzeitschwankungen einige Photonen aus dem Aufbau entweichen. Indem man dieses Signal verstärkt – und andere Störquellen herausfiltert –, ließen sich einzelne Lichtquanten nachweisen, die aus dem Aufbau entkommen konnten.

Gemäß den Fachleuten wäre es erstmals möglich, experimentell zu untersuchen, ob Raum und Zeit den Quantengesetzen folgen. Ein Nachweis würde allerdings nicht erklären, welche physikalische Theorie der Quantengravitation die richtige ist. Aber er könnte immerhin ein paar Anwärter ausschließen. Zurek und ihr Team entwickeln gerade einen Testaufbau; sollten die ersten Messungen glücken, werden sie den insgesamt sieben Meter großen Versuch in den kommenden Monaten umsetzen.