Universum fein gehackt

Was bitte ist Quantenschaum?

Viele Physiker träumen von einer großen „Theorie von Allem“, die alle physikalischen Vorgänge des Universums beschreibt. Eine solche Theorie müsste alle vier uns bekannten Kräfte vereinen ...

… Die elektromagnetische Kraft, …

… die starke Kraft, welche die Bestandteile von Atomkernen zusammenhält, …

… die schwache Kraft, die bestimmte radioaktive Zerfälle verursacht, …

… und die Gravitation.

Die ersten drei Kräfte kann man bereits in einer großen Theorie zusammenfassen. Aber die Gravitation ist anders.

Gravitation entsteht dadurch, dass Objekte den Raum - und sogar die Zeit - krümmen. Ein Stern beispielsweise krümmt durch seine Masse den Raum zu einer Kuhle. Kommt ein Planet in die Nähe der Kuhle wird er von seiner geraden Bahn abgelenkt. Man sagt dann, dass Stern und Planet sich durch die Gravitationskraft anziehen.

Während die ersten drei Kräfte in einem unveränderlichen Raum wirken, entsteht Gravitation erst dadurch, dass sich der Raum verändert. Im ersten Fall ist die Bühne des Geschehens also unveränderlich, im zweiten Fall reagiert das Bühnenbild auf die Schauspieler und verändert sich ständig.

Ist er also aus der Traum von der großen „Theorie von Allem“? Oder können wir uns irgendwie eine Bühne bauen, die für alle Kräfte passt?

Vielleicht gibt es doch noch eine Lösung. Manche Physiker glauben, dass die so genannte Stringtheorie das Unmögliche möglich machen kann. Andere sind von einer alternativen Lösung überzeugt. Sie trägt den beeindruckenden Namen Schleifenquantengravitation. Die Schleifen, die der Theorie ihren Namen geben, sind sehr abstrakte Gebilde, die für unsere kleine Geschichte keine Rolle spielen.

Wichtig ist, dass diese Theorie den Raum in winzig kleine Würfel unterteilt. Diese sind so klein, dass man sie mit keinem Mikroskop der Welt jemals sehen könnte, nämlich etwa 10^-35 Meter. Zum Vergleich: ein Atom ist etwa 10^-10 Meter groß.

Einen solchen Würfel kann man auch durch einen Knoten mit sechs Strahlen darstellen.

Wenn man ganz genau hinschaut, ist der Raum ist also nicht glatt, sondern zusammengesetzt aus winzig kleinen Raumstückchen, die sich durch ein Netz aus Punkten und Linien darstellen lassen. Diese Unterteilung des Raumes bezeichnen die Physiker als Quantisierung des Raumes.

Aber nicht nur der Raum ist in kleine Stückchen unterteilt, sondern auch die Zeit. In einem Kinofilm gibt es etwa 24 Bilder pro Sekunde. Der Kinofilm unseres Lebens und unseres Universums hingegen läuft mit 10^43 Bildern pro Sekunde ab. Das heißt, das Universum springt in sehr kurzen Zeitschritten von einem zum nächsten Zustand.

Und jetzt kommt der Clou: Wenn sich das Netz, das die Zerstückelung des Raumes beschreibt, sich durch die Zeit bewegt, dann entsteht eine schaumartige Struktur – der Quantenschaum.

Mit Hilfe des Quantenschaums kommt der Physiker doch noch zu seiner „Theorie von Allem“. Die Bühne des Universums verändert sich zwar mit der Zeit, aber für jedes einzelne Bild – wenn man den Film kurz stoppt - ist sie fest und der Physiker kann seine Gleichungen lösen.