Forscher haben eine mögliche Brücke zwischen allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenmechanik entdeckt - zwei herausragende physikalische Theorien - und dies könnte Physiker dazu veranlassen, die Natur von Raum und Zeit zu überdenken.
Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie beschreibt die Schwerkraft als eine geometrische Eigenschaft von Raum und Zeit. Je massiver das Objekt ist, desto stärker ist seine Raum-Zeit-Verzerrung und diese Verzerrung wird als Schwerkraft empfunden.
In den 1970er Jahren stellten die Physiker Stephen Hawking und Jacob Beckenstein die Beziehung zwischen der Oberfläche von Schwarzen Löchern und ihrer mikroskopischen Quantenstruktur fest, die ihre Entropie bestimmt. Dies bedeutete die erste Erkenntnis, dass es einen Zusammenhang zwischen allgemeiner Relativitätstheorie und Quantenmechanik gibt, berichtet vnauke.in.ua
Weniger als drei Jahrzehnte später beobachtete der theoretische Physiker Juan Maldacena einen weiteren Zusammenhang zwischen der Schwerkraft und der Quantenwelt. Diese Beziehung hat zur Schaffung eines Modells geführt, das darauf hinweist, dass die Raumzeit durch Variieren des Ausmaßes der Verschränkung zwischen verschiedenen Oberflächenbereichen eines Objekts erzeugt oder zerstört werden kann.
Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Raumzeit selbst, zumindest wie in Modellen definiert, ein Produkt der Verflechtung zwischen Objekten ist.
Um diesen Gedankengang weiter zu untersuchen, haben Chungjun Cao und Sean Carroll vom California Institute of Technology (CalTech) beschlossen, die dynamischen Eigenschaften der Schwerkraft (wie aus der allgemeinen Relativitätstheorie bekannt) mithilfe einer Struktur abzuleiten, in der die Raumzeit aus dem Quanten hervorgeht Verstrickung. Ihre Forschung wurde kürzlich in arXiv veröffentlicht.
Mit einem abstrakten mathematischen Konzept namens Hilbert-Raum konnten Cao und Carroll Ähnlichkeiten zwischen den Gleichungen, die die Quantenverschränkung steuern, und Einsteins Gleichungen der allgemeinen Relativitätstheorie finden. Dies bestätigt die Idee, dass Raumzeit und Schwerkraft durch Verschränkung entstehen.
"Eine der naheliegendsten ist es, zu testen, ob die Relativitätssymmetrien in dieser Struktur wiederhergestellt sind, insbesondere die Vorstellung, dass die Gesetze der Physik unabhängig davon sind, wie schnell Sie sich durch den Raum bewegen", sagte Carroll.
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Die Theorie von allem
Heute kann fast alles, was wir über die physikalischen Aspekte unseres Universums wissen, entweder durch allgemeine Relativitätstheorie oder durch Quantenmechanik erklärt werden. Ersteres erklärt hervorragend Aktivitäten auf sehr großen Skalen wie Planeten oder Galaxien, während letzteres uns hilft, sehr kleine Skalen wie Atome und subatomare Teilchen zu verstehen.
Die beiden Theorien scheinen jedoch nicht miteinander vereinbar zu sein. Dies veranlasste die Physiker, nach einer schwer fassbaren "Theorie von allem" zu suchen - einer einzigen Struktur, die alles erklären würde, einschließlich der Natur von Raum und Zeit.
Da Schwerkraft und Raumzeit ein wichtiger Bestandteil von "allem" sind, glaubt Carroll, dass die von ihm und Cao durchgeführten Forschungen dazu beitragen könnten, eine Theorie zu finden, die allgemeine Relativitätstheorie und Quantenmechanik in Einklang bringt.
"Unsere Forschung spricht noch nicht von anderen Naturkräften, daher sind wir noch weit davon entfernt, eine Theorie von allem zu erstellen", sagte er.
Wenn wir jedoch eine solche Theorie finden könnten, könnte dies uns helfen, einige der größten Fragen zu beantworten, mit denen Wissenschaftler heute konfrontiert sind. Wir können endlich die wahre Natur der Dunklen Materie, der Dunklen Energie, der Schwarzen Löcher und anderer mysteriöser Weltraumobjekte verstehen.
Forscher erhalten bereits Einblicke in die Fähigkeit der Quantenwelt, unsere Computersysteme radikal zu verbessern, und eine Theorie von allem könnte den Prozess möglicherweise beschleunigen, indem sie neue Perspektiven auf eine noch weitgehend verwirrte Welt aufzeigt.
