Die fehlende Vereinbarkeit der Quantengesetze mit der Gravitation bleibt ein hartnäckiges Problem der Physik. Ein neuer Fortschritt, verkörpert in einer neuen Gleichung, eröffnet jedoch einen Weg, diese Bereiche einander anzunähern.
Die Arbeit eines Physikerteams konzentriert sich auf ein fundamentales Konzept der Allgemeinen Relativitätstheorie: die Geodäten. Diese Wege, die Objekte aufgrund der Raumzeitkrümmung durch ihre Masse natürlich einschlagen, könnten modifiziert werden, wenn man annimmt, dass die Raumzeit selbst Quanteneigenschaften besitzt. Indem sie Quantenprinzipien auf die Beschreibung der Krümmung anwandten, entwickelten die Forscher einen neuen Ansatz für diese Wege.
Schematische Darstellung einer klassischen Geodäte und einer q-Desik in einer gekrümmten Raumzeit. Die gepunktete Linie zeigt die Quantenabweichung.
Bildnachweis: Oliver Diekmann, TU Wien Diese Methode führte zur Formulierung der sogenannten "q-desischen" Gleichung. Sie besagt, dass Teilchen in einer Quanten-Raumzeit nicht exakt den kürzesten Wegen folgen, die die klassische Theorie vorhersagt. Es treten sehr subtile Abweichungen in ihren Bahnen auf. Dieses Ergebnis eröffnet grundsätzlich die Möglichkeit, Quanteneffekte durch die Beobachtung der Bewegung frei fallender Objekte im Weltraum nachzuweisen.
Diese Unterschiede sind extrem gering, wenn man nur die Gravitation eines einzelnen Körpers betrachtet, und auf viel zu kleinen Skalen, um messbar zu sein. Die Gleichung nimmt jedoch eine interessante Wendung, wenn man die kosmologische Konstante miteinbezieht, die mit der beschleunigten Expansion des Universums in Verbindung gebracht wird. In diesem Fall werden die Abweichungen zwischen klassischen und quantenmechanischen Bahnen auf sehr großen kosmischen Distanzen signifikant.
Auf Skalen in der Größenordnung mehrerer Milliarden Lichtjahre könnten sich die Vorhersagen dieser neuen Gleichung also merklich von denen der Standard-Allgemeinen Relativitätstheorie unterscheiden. Diese Gleichung könnte auch helfen, bestimmte astronomische Beobachtungen zu interpretieren, wie die Rotationsgeschwindigkeit von Spiralgalaxien. Sie stellt einen Schritt hin zu möglichen beobachtungstechnischen Tests für Theorien der Quantengravitation dar.
Die in
Physical Review D veröffentlichte Studie bietet mehr als nur einen theoretischen Rahmen. Sie identifiziert einen potenziell beobachtbaren Effekt, der helfen könnte, zwischen verschiedenen Ansätzen zur Vereinheitlichung von Quantenphysik und Gravitation zu unterscheiden. Die Forscher hoffen, dass weitere Entwicklungen diese Vorhersagen verfeinern und sie mit den Daten des Kosmos abgleichen lassen werden.
Quelle: Physical Review D