Einsteins Juwel und die Quantenwelt

Der italienisch-amerikanische Physiker Carlo Rovelli gibt in sieben kurzen Lektionen einen Einblick in die grossen Theorien der Physik. Dass Einsteins Relativitätstheorie und Plancks Quantentheorie nicht zusammenpassen, mag er nicht akzeptieren. Denn Rovelli hat da seine eigene Theorie.

Rolf App
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Albert Einstein, 1916

Albert Einstein, 1916

Ein grosses Jubiläum steht an: Am 25. November 1915 hat Albert Einstein vor der Preussischen Akademie jene Theorie skizziert, die als Allgemeine Relativitätstheorie in die Geschichte eingegangen ist. Carlo Rovellis «Sieben kurze Lektionen über Physik» kommen da gerade recht. Darin findet man sogar Einsteins Theorie als Formel abgedruckt.

Die schönste der Theorien

Man glaubt es kaum, wenn man dieses handliche und wunderbar verständliche Büchlein liest: Der italienisch-amerikanische Doppelbürger Carlo Rovelli ist Professor für Theoretische Physik an der Universität Marseille. Und er hat zusammen mit Lee Smolin die Schleifen-Quantengravitation entwickelt. Bevor er für diese seine Theorie eine sehr fassliche Darstellung findet, skizziert er aber in einer ersten Lektion «die schönste der Theorien»: die Allgemeine Relativitätstheorie, Einsteins «Juwel».

Die Sonne biegt den Raum

Wir sind «gewissermassen in eine Art Molluske, in einen riesigen verformbaren Weichkörper eingebettet». So beschreibt Rovelli den Grundgedanken von Einsteins Relativitätstheorie. Das heisst: Die Sonne biegt den Raum um sich herum. Die Erde aber dreht sich nicht deshalb um die Sonne, weil sie – wie noch Isaac Newton glaubte – von einer unsichtbaren Kraft angezogen wird. Sondern «weil sie sich gradlinig in einem Raum bewegt, der gebogen ist».

Dann geht es vom ganz Grossen zum winzig Kleinen, in die Quantenwelt. Dort herrschen ganz andere Gesetze – unverständliche Gesetze, die aber in der Realität (etwa in der Computerwelt) bestens funktionieren. In ihnen spielt der Zufall eine grosse Rolle, es geht um Wahrscheinlichkeiten, nicht um präzise Vorhersagen.

«Da steckt ein Widerspruch»

Quantentheorie und Relativitätstheorie erklären die Architektur des Kosmos (Lektion 3) und die Teilchenwelt (Lektion 4). Sie passen aber überhaupt nicht zusammen. «Im Herzen unserer physikalischen Welterkenntnis steckt ein Widerspruch», stellt Rovelli fest. Und bietet zu dessen Überwindung die Schleifen-Quantengravitation an.

Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie sei der Raum kein starrer Behälter, sondern etwas Dynamisches, fasst er zusammen. Er ist ein Feld. Die Quantenmechanik wiederum lehre, «dass jedes derartige Feld aus Quanten besteht. Das heisst, dass zum Beispiel die Energie aus kleinsten Paketen besteht.

Für die Schleifen-Quantengravitation nun besteht auch der Raum aus Quanten Er ist nicht unendlich teilbar, sondern setze sich aus Körnchen zusammen, aus Raumatomen. Die winzig klein sind: «Milliardenmal kleiner als die kleinsten Atomkerne.»

Eher eine Art Rückprall

Diese Raumatome werden «Loop» genannt, Schleife, weil sie mit anderen ihresgleichen schleifenförmig verbunden sind. Diese Loops nun erlauben einen Blick hinter den Urknall. Trifft die Theorie zu, dann kann alle Materie am Anfang der Zeiten nicht in einem unendlich kleinen Punkt konzentriert gewesen sein. Wenn sich das Universum nämlich zusammenzieht, entsteht eine abstossende Kraft. War der Urknall also eine Art Rückprall? Lassen sich seine Spuren in der Strahlung schwarzer Löcher finden?

Das wäre ein Beweis für die Schleifen-Quantengravitation. Wobei Carlo Rovelli klar ist: Grosse Fragen bleiben offen. Was zum Beispiel ist die Zeit? Und warum ist sie unumkehrbar?

Carlo Rovelli: Sieben kurze Lektionen über Physik, Rowohlt 2015, 90 S., Fr. 14.90

Carlo Rovelli: Sieben kurze Lektionen über Physik, Rowohlt 2015, 90 S., Fr. 14.90