Die Physik hat eine gespaltene Persönlichkeit. Die Allgemeine Relativitätstheorie beherrscht die großen Dinge, die Schwerkraft, die die Raumzeit in weiten Bögen krümmt. Die Quantenmechanik steuert die winzigen Dinge, die Teilchen, die in Wahrscheinlichkeiten umherspritzen.
Die beiden verweigern den Händedruck.
Seit über einem Jahrhundert stecken wir fest. Wie bringt man die sanfte Krümmung des Universums mit der blockigen, digitalen Natur der Quantengesetze in Einklang? Wir haben Dutzende Theorien, die versuchen, die Gewerkschaft zu erzwingen. Quantengravitation, Stringtheorie, Schleifenquantengravitation. Die meisten von ihnen versuchen dasselbe: Nehmen Sie die Raumzeit selbst und zerlegen Sie sie in Teile. Machen Sie Raum-Zeit-Quantum.
Jonathan Oppenheim ist anderer Meinung.
Oppenheim, ein Physiker am University College London, schlägt einen Weg vor, an dem niemand sonst interessiert zu sein scheint. Er nennt es Post-Quantengravitation.
Die Zeit läuft nicht glatt
Die Kernidee ist kontraintuitiv. Vielleicht besteht die Raumzeit überhaupt nicht aus winzigen Blöcken. Vielleicht ist es kontinuierlich. Glatt. Grundlegend. Keine Quanten für die Struktur des Universums.
Aber hier ist der Clou. Wenn man die Rechnung unter dieser Annahme durchführt – wenn man die glatte Raumzeit mit Quantenteilchen, Feldern und Kräften interagieren lässt, die definitiv quantisiert sind –, tritt etwas Seltsames auf.
Zufälligkeit.
Konkret wackelige Zeit.
Denken Sie an die Zeit, während Sie sie erleben. Es fließt vorwärts. Eine Sekunde hier. Eine Minute da. Regulär. Vorhersehbar. Oppenheims Gleichungen besagen, dass diese Sekunden im mikroskopischen Maßstab schwanken. Die Ticks der Weltuhr sind nicht synchron. Sie schwanken. Es ist subtil. Wir spüren es nicht. Aber die Zeit vergeht unvorhersehbar. Es wird wackelig.
„Es würde in zu kleinen Maßstäben geschehen, als dass wir es bemerken könnten, aber die Zeit wäre ‚wackelig‘.“
Warum? Oppenheim weiß es nicht.
Die Gleichungen verlangen es, aber sie weisen nicht auf eine physikalische Ursache hin. Ein verstecktes Teilchen? Ein Dimensionsshunt? Er hat die Zufälligkeit noch nicht mit einem bestimmten Mechanismus verknüpft. Das ist sicher ein Problem. Aber Oppenheim argumentiert, dass es auch ein Merkmal ist. Diese Schwankungen erklären, warum die Quantenwelt für uns wie Quanten aussieht.
Sie erklären das Messproblem. Diese bizarre Quantenregel, nach der ein System in mehreren Zuständen existiert, bis man es betrachtet und dann in einen bestimmten Zustand übergeht. Schrödingers Katze. Tot und lebendig. Bis Sie die Schachtel öffnen. Die zufälligen Schwankungen der Raumzeit könnten der eigentliche Grund dafür sein, dass die Katze sich für ein Schicksal entscheiden muss.
Oppenheim gibt zu, dass die wissenschaftliche Gemeinschaft die Idee gerne hasst. Er ist wahrscheinlich der Einzige, der glaubt, dass es tatsächlich wahr sein könnte.
Können wir es beweisen?
Gute Nachrichten für Skeptiker: Sie können es testen.
Das ist selten. Viele Gravitationstheorien sind elegante mathematische Stücke, die über dem Experimentieren schweben. Sie sind schön, aber unantastbar. Die Post-Quanten-Schwerkraft sinkt tief genug, um den Schmutz zu berühren.
Giuseppe Fabiano vom Lawrence Berkeley National Laboratory sagt, dass diese Überprüfbarkeit wichtiger ist als die Theorie selbst. „Solange es Vorhersagen liefert, die ich in einem Labor testen kann, ist es nützlich.“
Die Tests sind grob. Man nimmt zwei Massen. Sie messen die Anziehungskraft zwischen ihnen mit wahnsinniger Präzision. Die Allgemeine Relativitätstheorie verknüpft Raum und Zeit mit der Schwerkraft. Wenn der Zeitteil dieser Gleichung wackelt, sollte auch die Schwerkraft schwanken.
„Wir werden diese Unvorhersehbarkeit sehen, wenn wir die Schwerkraft messen.“
Wir sind noch nicht da.
Der Bau der Sensoren für diese Präzision ist ein jahrzehntelanges Projekt. Wir haben gerade erst bestätigt, dass diese Experimente sogar theoretisch möglich sind. Die technischen Hürden sind enorm. Aber die Forscher sind sich einig, dass es einen Versuch wert ist.
Warum? Denn wenn Oppenheim Recht hat, ändert sich alles. Die Schwerkraft ist schon das Ungewöhnliche. Es ist schwächer als die anderen Kräfte. Es passt nicht in das Standardmodell. Aber eine Post-Quanten-Realität legt nahe, dass es nicht nur schwach oder unterschiedlich im Grad ist, sondern auch in der Art. Radikal deutlich.
Wir würden die Geschichte des Universums neu schreiben. Die Lösung des Relativitäts-Quanten-Konflikts wäre schön, aber sie ist zweitrangig gegenüber dem Schock. Ein Universum, in dem die Zeit am Rande der Wahrnehmung stottert? Wo die Realität keinen festen Boden hat?
Die Mathematik funktioniert. Die Experimente sind in Planung. Die einzige Variable, die noch übrig bleibt, ist, ob wir bereit sind für eine Antwort, die nicht ordentlich verpackt daherkommt.
Wir müssen möglicherweise lange darauf warten, herauszufinden, ob die Zeit tatsächlich solide ist.
