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Quantengravitation : Die letzte Theorie

Die Folgen wären winzig, könnten sich aber zu etwas Nachweisbarem aufsummieren, wenn man extrem weit gereistes Licht untersucht, etwa jenes von Quasaren in Milliarden Lichtjahren Entfernung. Amelino-Camelia berichtete in Frankfurt über den Stand der Suche nach Hinweisen auf eine pixelige Raumzeit, in der sich Licht verschiedener Wellenlängen verschieden schnell ausbreiten würde. Beobachtet wurde dergleichen bisher genauso wenig wie Unschärfen in den Teleskopbildern solcher Quasare - eine andere mögliche Konsequenz einer schaumigen Raumzeit. Eine 2015 erschienene Auswertung von Daten verschiedener Röntgen- und Gammastrahlenteleskope ergab, dass die Raumzeit noch über Strecken tausendmal kleiner als der Durchmesser des kleinsten Atomkerns einigermaßen glatt sein muss. Das liegt allerdings noch siebzehn Größenordnungen über der sogenannten Planck-Länge, bei der viele Theoretiker ein Aufschäumen der Raumzeit spätestens erwarten.

Sehen wir da explodierende Schwarze Löcher?

Eine andere Möglichkeit, die Bemühungen um eine Quantengravitationstheorie etwas empirischer zu gestalten, besteht darin, ungeklärte astrophysikalische Phänomene versuchsweise als Folge solcher Theorieansätze zu interpretieren. Dafür bieten sich im Moment die „Fast Radio Bursts“ an, rätselhafte, nur einige Tausendstelsekunden währende Ausbrüche von Radiostrahlung, von denen der erste vor zehn Jahren in Archivdaten aus dem Jahr 2001 gefunden wurde. Carlo Rovelli von der Universität Marseille, einer der prominentesten Schleifen-Theoretiker, überlegte in Frankfurt, ob hinter diesen Radioblitzen nicht explodierende Schwarze Löcher stehen könnten. Aus der Schleifen-Quantengravitation ließe sich nämlich folgern, dass Schwarze Löcher weit schneller zerfallen als durch das Abdampfen von Hawking-Strahlung.

Aber womöglich kommt der erste handfeste empirische Befund für einen Quantencharakter der Gravitation gar nicht aus dem All, sondern aus einem irdischen Labor. Die experimentelle Quantenphysik ist in den vergangenen beiden Jahrzehnten enorm vorangeschritten. Das verdankt sie der modernen Lasertechnik und ein wenig der Aussicht auf praktische Anwendungsmöglichkeiten wie die Quantenkryptographie. Seit kurzem wird der Einsatz von Quanten-Hardware im All vorbereitet, woraus sich ein weiteres Forschungsfeld im Überschneidungsbereich von Quantenphysik und Schwerkraft ergibt, schließlich müssen bereits bei der Nutzung von GPS-Satelliten Effekte der Einsteinschen Gravitationstheorie berücksichtigt werden. „Wenn man Quantentechnik ins All bringt, sollte man verstehen, ob und wie sich Raumzeitkrümmungen auf Phänomene wie die quantenmechanische Verschränkung auswirken“, erklärte Ivette Fuentes in ihrem Frankfurter Vortrag. Die junge Mexikanerin forscht zurzeit in Wien, einem der weltweit führenden Zentren der experimentellen Quantenphysik.

Ebenfalls in Wien sitzt die Gruppe um Markus Aspelmeyer, die jüngst einen Vorschlag zu einem neuen Experiment vorstellte. Dabei soll die Gravitationswirkung eines hin und her bewegten Goldkügelchens von nur achtzig Milligramm Gewicht vermessen werden: tausendmal weniger als die kleinste Masse, deren Schwerefeld bislang nachgewiesen werden konnte. Umgekehrt schafften es die Physiker in den vergangenen Jahren, immer massivere Objekte in Quantenzustände zu versetzen. Was anfangs nur bei Elementarteilchen und einzelnen Atomen funktionierte, klappt heute schon mit Metallscheibchen von etwa einem Nanogramm Gewicht. Gelingt dies irgendwann mit Objekten, die schwer genug sind, um zugleich ihr Gravitationsfeld zu messen, hätte man die Quantengravitation experimentell beim Wickel - ganz altmodisch im Physiklabor. Und ohne Schwarze Löcher.

Literatur:

Sabine Hossenfelder, „Die Quantengravitation auf dem Weg zur Wissenschaft“, Spektrum der Wissenschaft, August 2016; Roger Penrose, „Fashion, Faith and Fantasy in the New Physics of the Universe“, Princeton University Press 2016.

 

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