Doku HYPERRAUM.TV: Quantengravitation im Test

Die Quantengravitation befasst sich mit den bisher unbekannten Quanteneigenschaften der Einsteinschen Gravitation, die vierte bekannte Kraft der Teilchenwelt, die zwar über weite Entfernungen wirkt, aber so schwach ist, dass sie in irdischen Quantenlaboren bisher nicht messbar wird. Es bräuchte für die Untersuchung der Quanteneffekte bei  der Gravitation Versuchsanordnungen mit mehr Masse.

Im Universum andererseits lassen sich die Quanteneffekte und ihre Auswirkung auf die Raumzeit ebenfalls nicht prüfen. Dazu müsste die Wissenschaft beobachtungstechnisch in Bereiche vorstoßen, die uns noch für lange Zeit verschlossen bleiben: zum Beispiel weit zurück in die Vergangenheit bis zum Urknall des Universums, also Regionen, die hinter dem für uns bisher geschlossenen Vorhang der Hintergrundstrahlung liegen. Oder aber wir müssten in der Lage sein, den Ereignishorizont der bizarren Schwarzen Löcher direkt beobachten zu können. Bisher sind wir davon noch einige Schwarzschildradien entfernt – und Experten machen keine Hoffnung, dass das astronomische Equipment bald nicht ausreichen wird, dieser Zone beobachtungstechnisch bald nahe zu kommen.

Auch die inzwischen gestartete astrophysikalische Suche nach Anomalien bei der Lichtstrahlung im Universum, die durch Quanteneffekte ausgelöst worden sein könnten, bleibt bisher ergebnislos. Die Theoretiker der Quantengravitation arbeiten also derzeit ohne jeglichen experimentellen Untergrund. Bis heute gibt es deshalb trotz unterschiedlicher Ansätze –  beispielsweise mit der Stringtheorie – keinen prüfbaren Ansatz, der die Gravitation als Phänomen der Quantenwelt mit der Welle-Teilchen-Dualität theoretisch beschreiben könnte.

Theoretische Physiker suchen meist nach der großen, übergreifenden Fundamentaltheorie, nach einer „Weltformel“ also, die Quantenphysik und Raumzeit umfassend mathematisch korrekt beschreibt. Davon hält die theoretische Physikerin Sabine Hossenfelder jedoch nichts, mit der Susanne Päch in dieser Folge der TV-Miniserie „Quantengravitation im Test“ spricht. Hossenfelder versucht stattdessen, die Modelle so „herunter zu brechen“, dass sie zu Aussagen führen, die im Quantenlabor bei großen Massen überprüfbar werden könnten. Damit forscht sie gezielt an der Nahtstelle zwischen Theorie und Experiment im Bereich der sogenannten „phänomenologischen Theorie“, eine neue Forschungsrichtung,  die versucht, zwischen experimenteller und theoretischer Forschung Brücken zu schlagen.

Noch sind die möglichen Experimente, für die Hossenfelder theoretisch arbeitet, Zukunftsmusik – aber für die Physikerin ist es den Versuch in jedem Fall wert. Denn die Fortschritte in der Quantenphysik sind enorm, und die Entwicklung zu immer massereicheren Quantensystemen schreitet rasant voran. Die Untersuchung von Quanteneffekten der Gravitationskraft ist also am Horizont der experimentellen Wissenschaft wenigstens schon sichtbar. Was sie künftig  auf theoretischer Grundlage analysieren könnten, dafür entwickelt Hossenfelder schon heute geeignete Konzepte.

Ansprechpartner:
Dr. Susanne Päch
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