Hochzeit mit Scherben

Es könnte alles so schön sein. Mit der allgemeinen Relativitätstheorie sind wir in der Lage, die Vorgänge in den großen und massereichen Bereichen des Universums zu erklären. Wenn wir dagegen auf den Tunneleffekt oder auf andere Phänomene in der Mikrowelt stoßen, wenden wir uns an die Quantenmechanik. Somit können wir alle Ereignisse im Universum, im Großen wie im Kleinen, vollständig beschreiben. Aber leider ist es nicht so schön, denn etwas dunkles zieht auf, und je näher es kommt, desto mehr geraten die beiden Pfeiler der modernen Physik ins Wanken. In unseren Überlegungen, wann wir welche Theorie anwenden, haben wir etwas entscheidendes vergessen: Wer kümmert sich um Bereiche, die zwar mikroskopisch klein, aber dennoch sehr schwer sind? Ein schwarzes Loch etwa erfüllt diese Eigenschaften glänzend. Seine gigantische Masse ist zugleich Grund für seine winzige Größe: Die Gravitationskraft eines schwarzen Lochs ist so enorm, dass es sich selbst zusammenpresst, es kollabiert unter seinem eigenen Gewicht. Was übrig bleibt, ist ein mikroskopisch kleines Gebilde – mit enormer Masse.

Was, wenn wir nun wissen wollten, was im Innern eines solchen schwarzen Lochs vor sich geht? Welche Theorie ist die richtige? Die Quantentheorie wegen der mikroskopischen Größe oder die allgemeine Relativitätstheorie wegen der großen Masse? Man bräuchte beide Theorien, gleichzeitig. Beide müssten sie auf ein und das selbe Objekt angewendet werden. Und was in solchen Fällen passieren kann – nun ja, die Antwort darauf liegt in viele kleine Trümmer zerstreut auf der Marsoberfläche. Kurz: Es geht nicht. Auch in der Physik gibt es einen großen Crash, wenn man versucht, die Quantentheorie mit der allgemeinen Relativitätstheorie zu vereinen. Crash ist sogar noch untertrieben, tatsächlich handelt es sich bei dem Versuch, diese Theorien miteinander in Einklang zu bringen, um eines der größten, wenn nicht um das größte Problem der Physik des 20. und 21. Jahrhunderts.

Was geht da schief?

Massen krümmen den Raum, so die allgemeine Relativitätstheorie. Keine Masse, keine Raumkrümmung. Der Raum dürfte also ohne die Anwesenheit von Massen keine Wölbungen, Verzerrungen oder gar Risse aufweisen. Aber genau das tut er. Auf mikroskopisch kleiner Ebene, in Größenordnungen, die in etwa der Plancklänge entsprechen, ist der Raum alles andere als ein glattes, seelenruhiges Gebilde. Er ist ständig in Bewegung, wird gedehnt, gedreht, und ist von Rissen durchzogen. Und das ist er immer, egal ob sich in seiner Umgebung nun etwas befindet oder nicht. Auf dieser Ebene versagt also die allgemeine Relativitätstheorie. Weil sich diese Verwerfungen aber in einem solch unvorstellbar kleinen Maßstab abspielen, hat das für die größeren Verhältnisse keine relevanten Auswirkungen. Die allgemeine Relativitätstheorie ist dort nach wie vor und ohne Einschränkungen gültig. Ein weiteres Problem bei der Vereinigung: In der Quantentheorie rechnet man viel mit Wahrscheinlichkeiten, welche Werte zwischen 0 und 1 annehmen können. Dabei bedeutet eine Wahrscheinlichkeit von 1 „sicher“, und eine von Null steht entsprechend für „unmöglich“. Versucht man nun, die allgemeine Relativitätstheorie in die Quantenmechanik mit einzubeziehen, führt das in Berechnungen meist zu höchst unsinnigen Ergebnissen. Diese reichen von negativen, bis hin zu unendlichen Wahrscheinlichkeiten. Also Ergebnisse, die keinerlei vernünftige Aussagen liefern.

Kurze Geschichte
der Physik

Seite 1: Einführung
Seite 2: Relativitätstheorie
Seite 3: Quanten I
Seite 4: Quanten II
Seite 5: Die Vereinigung
Seite 6: Stringtheorie

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