In zwei aktuelle Studien präsentieren Forschende des University College London (UCL) womöglich bahnbrechende neue Erkenntnisse zum Zusammenhang von Schwerkraft und Raumzeit. Ihre Funde könnten einige Grundsätze der Physik revolutionieren. Doch lassen diese sich auch nachweisen? Hier erfährst du alles, was du zu den neuesten Erkenntnissen wissen musst.

Schwerkraft: Hierüber streitet die Physik seit über 100 Jahren

Die moderne Physik fußt auf zwei Grundsätzen, die eigentlich nicht mit einander zu vereinbaren sind: die Relativitätstheorie und die Quantenmechanik. Erstere wurde 1915 von Albert Einstein aufgestellt. Sie „verschmilzt den uns bekannten dreidimensionalen Raum mit der Zeit zu einem vierdimensionalen mathematischen Gebilde“, erläutert Renato Renner, Professor für Theoretische Physik an der ETH Zürich, gegenüber Sciena. Somit erklärt die Relativitätstheorie die Schwerkraft geometrisch durch die Krümmung der Raumzeit.

Demnach erzeugen schwere Objekte wie Planeten Dellen in der Raumzeit, die bestimmen wie diese sich darin fortbewegen. Dem gegenüber steht jedoch die Quantenmechanik, die von der Wechselwirkung kleinster Elementarteilchen ausgeht, die ihre ganz eigenen Gesetze aufstellt. Dadurch entstehen Unschärfen, die in Einsteins Relativitätstheorie nicht vorgesehen sind. So können sich Elementarteilchen gleichzeitig an mehreren Orten aufhalten, wodurch sich nicht mehr berechnen lässt, wo sie Dellen in der Raumzeit erzeugen.

Daran beide Theorien einander anzunähern, scheiterte die Wissenschaft über 100 Jahre lang. Stattdessen nahm man an, Einsteins Theorie gehöre „quantisiert“. Aus dieser Annahme gingen die beiden bedeutendsten Quantentheorien der Schwerkraft hervor: die Stringtheorie und die Theorie der Schleifenquantengravitation.

Doch eine aktuelle Studie des britischen Physikers Jonathan Oppenheim stellt dies nun in Frage. In seiner Studie stellt er die strittige These auf, dass die Raumzeit stattdessen klassisch sein könnte. Somit wäre sie nicht von der Quantentheorie beeinflusst.

Die Formel E = mc² hat jeder schonmal gesehen. Doch was bedeutet Einsteins Relativitätstheorie wirklich? Hier erklären wir es dir.

Lässt sich die gewagte These beweisen?

Grundlegend für Oppenheims sogenannte „Postquanten-Theorie der klassischen Gravitation“ ist es vom Zusammenbruch der Vorhersagbarkeit auszugehen. Dieser wird seiner Theorie nach von der Raumzeit selbst vermittelt und führe zu Fluktuationen in dieser. Durch diese Vorkommnisse werde das scheinbare Gewicht eines Gegenstandes für Messungen unvorhersehbar.

Dabei sind Oppenheims Annahmen bislang rein theoretischer Natur. In einer separaten Studie jedoch konzipieren der Professor und sein Team ein Experiment, mit dem sich seine Theorie beweisen lassen soll.

Hierfür soll die wechselseitige Relation zwischen Geschwindigkeit der Dekohärenz und dem Grad der Infusion sich auf die Schwerkraft anwenden lassen, heißt es in der Studie. So lasse sich eine Beziehung zwischen der Stärke der gravitationsbedingten Dekohärenz und der Diffusion der Metrik und ihrer konjugierten Momente feststellen. Dies sei ein Hinweis, der die Theorie von im Sinne Oppenheims klassischer Schwerkraft beweisen könnte.

Darum wären die Erkenntnisse revolutionär

Sollte sich Oppenheims „Postquanten-Theorie der klassischen Gravitation“ bewahrheiten könnte dies weitreichende Konsequenzen für die Physik haben, sind sich die Beteiligten sicher. „Diese Entdeckung stellt unser Verständnis der grundlegenden Natur der Schwerkraft infrage“, zitiert t3n Co-Autor Zachary Weller-Davies.

Ziel weiterer Untersuchungen sei es nun, durch Experimente die bestimmte Signatur der Fluktuationen in der Raumzeitkrümmung nachzuweisen. Dadurch ließe sich die bisherige Annahme von einer Quantennatur der Raumzeit widerlegen und unser Verständnis der Schwerkraft gänzlich neu definieren. Bis es soweit ist können jedoch noch Jahrzehnte vergehen, sind sich die Physikerinnen und Physiker der Schwere ihres Unterfangens bewusst.

Quellen: Sciena, „A Postquantum Theory of Classical Gravity?“ (Physical Review X, Dezember 2023), „Gravitationally induced decoherence vs space-time diffusion: testing the quantum nature of gravity“ (Nature Communications, Dezember 2023), t3n

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