Copernicus-Symposium 2023

Die Quanten-Einstein-Gleichungen und die Physik auf der Planck-Skala

Vortrag von Prof. Dr. Kristina Giesel

Die Einstein-Gleichungen erlauben im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) die dynamische Wechselwirkung zwischen Gravitation und (klassischer) Materie zu beschreiben. Dies findet beispielsweise Anwendung in der Kosmologie und erlaubt, die ART auf diesen makroskopischen Skalen, die in der Kosmologie relevant sind, experimentell zu bestätigen.

Die Quantenfeldtheorien im Rahmen des Standardmodells der Teilchenphysik haben uns allerdings gelehrt, dass Materie fundamental, also auf mikroskopischen Skalen, quantisiert ist und somit nicht mehr im Rahmen der klassischen Physik beschrieben werden kann. Daher stoßen sowohl die ART als auch die Quantenfeldtheorien an ihre Grenzen, wenn man die fundamentale Wechselwirkung von Gravitation und Elementarteilchen auf dem mikroskopischen Level erforschen möchte. Man benötigt hier also eine neue fundamentalere Theorie, welche in der Lage ist, Physik auch in diesen extremen Bereichen, der sogenannten Planck-Skala, zu beschreiben. Ein Kandidat für solch eine Theorie ist die Quantengravitation, für deren Formulierung verschiedene Ansätze verfolgt wurden. Im Rahmen der Loop-Quantengravitation besteht das Ziel darin, die klassischen Einstein-Gleichungen in die Quantentheorie zu überführen und die physikalischen Eigenschaften und Konsequenzen solch einer Theorie zu erforschen. Dies stellt eine große Herausforderung dar. Berücksichtigt man allerdings, in welchem Maße schon die ART unser Verständnis von Raum und Zeit revolutioniert hat, bleibt mit Spannung zu erwarten, welche neuen Erkenntnisse eine Quantengravitationstheorie hier liefern kann.