Wie groß sind die Maschen des Universums?


Hoffen auf das kommende Cherenkov Telescope Array. Bild: G. Pérez, IAC./CC BY-SA 3.0
Die „Weltformel“ wäre eine Quantenfeldtheorie der Gravitation. Wie lassen sich diese Quanteneffekte nachweisen und bei welcher Größenordnung beginnen sie? Neue Forschung zur Quantisierung der Raumzeit


Von Matthias Matting|TELEPOLIS

Stringtheorie, Schleifen-Quanten-Gravitation und direkte Weiterentwicklungen der Relativitätstheorie sind sich in einem Punkt einig: Auf irgendeiner Ebene ist der Raum nicht mehr kontinuierlich, sondern diskret. Jetzt ist es Forschern erstmals gelungen, eine obere Grenze für die maximale Größe dieser Quantenstrukturen aufzustellen, die von der konkreten Theorie unabhängig ist.

Sowohl die Quantentheorie als auch die Allgemeine Relativitätstheorie gehören zu den am besten überprüften Theorien der modernen Physik. Und doch sind sich die Wissenschaftler völlig im Klaren darüber, dass sie in bestimmten Extremfällen zusammenbrechen müssen. Bei sehr hohen Energien, wie sie kurz nach dem Urknall geherrscht haben müssen oder in einem Schwarzen Loch vorzufinden sein müssten, versagen beide Herangehensweisen. Als Lösung sehen die Forscher einmütig die Quantisierung der Raumzeit an – nur die Vorgehensweise dabei ist sehr unterschiedlich.

Gigantisch ist nicht mehr das Universum, sondern das Sandkorn unter Ihrem Schuh

Grundlage der Schleifen-Quanten-Gravitation etwa ist die anschauliche Vorstellung, dass der Stoff, aus dem das Universum besteht, sehr viel mit dem Stoff gemein hat, in den sich Menschen kleiden. Er besteht aus Fasern, die sich umeinander winden (Schleifen) und Knoten bilden. Die Schleifen sind winzig. Ein Quadratzentimeter „Universums-Stoff“ besteht aus etwa 1066 solcher Fäden. Das kleinste physikalisch sinnvolle Volumen liegt im Schleifenraum bei 10-99 Kubikzentimetern. Dadurch müsste sich unsere Vorstellung von „riesig“ eigentlich umdrehen. Denn das Weltall selbst ist „nur“ ungefähr 1085 Kubikzentimeter groß. In einen Kubikzentimeter passen aber theoretisch 1099 Schleifen-Quanten.

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