⚛️ Eine unbekannte Naturkraft könnte der Schwerkraft entgegenwirken
Einerseits sind sie auf der Suche nach einer fünften fundamentalen Kraft, die Phänomene wie dunkle Energie und dunkle Materie erklären könnte. Andererseits versuchen sie, die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik zu vereinigen, zwei Theorien, die sich kategorisch weigern, übereinzustimmen. Doch diese beiden Bestrebungen sind nun auf überraschende Weise zusammengelaufen.
Ein Team des italienischen Nationalinstituts für Astrophysik (INAF) hat einen Rahmen der Quantengravitation namens „asymptotische Sicherheit“ verwendet. Dieser Ansatz postuliert, dass die Stärke der Schwerkraft bei sehr hohen Energien stabil wird. Die Forscher untersuchten dann, was diese Idee für eine mögliche fünfte Kraft bedeutet, die für diese Stabilisierung verantwortlich sein könnte.
Künstlerische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Quantengravitation und möglichen Abweichungen vom Newtonschen Gesetz.
Bildnachweis: INAF
Ihre Berechnungen zeigen, dass die Eigenschaften dieser hypothetischen Kraft – ihre Reichweite und Stärke – nicht beliebige Werte annehmen können. Ein ganzer Bereich dieser Parameter wird von der Theorie selbst ausgeschlossen. Mit anderen Worten, einige potenzielle Kräfte würden nicht durch Experimente, sondern durch die grundlegenden Gesetze der Physik ungültig gemacht.
Dieses Ergebnis eröffnet eine interessante Perspektive: Es könnte beobachtbare Konsequenzen in der realen Welt geben.
Wenn diese fünfte Kraft existierte, würde sie sich als winzige Abweichung vom Newtonschen Gesetz auf sehr kurzen Distanzen manifestieren: Sie würde die Art und Weise verändern, wie sich Objekte auf sehr kurzen Distanzen anziehen. Das Newtonsche Gesetz sagt eine Kraft proportional zu 1/r² voraus. Eine zusätzliche Kraft würde einen Term hinzufügen, der von der Entfernung und der Stärke der neuen Wechselwirkung abhängt.
Techniken wie Atominterferometrie, Quantensensoren oder die Mondlaserentfernung könnten diese Abweichung nachweisen.
Asymptotische Sicherheit
Diese Idee besagt, dass die Schwerkraft wie andere Kräfte ihre Stärke bei sehr hohen Energien stabilisiert. In der Quantenphysik ändern sich Kräfte mit der Energie: Die elektromagnetische Kraft nimmt zu, während die starke Kraft abnimmt.
Die asymptotische Sicherheit geht davon aus, dass sich die Schwerkraft wie die starke Kraft verhält: Sie wird oberhalb einer bestimmten Schwelle konstant. Dies ermöglicht den Aufbau einer konsistenten Theorie der Quantengravitation, ohne neue Teilchen oder zusätzliche Dimensionen einführen zu müssen.
Es ist ein vielversprechender Ansatz, um die Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik zu vereinigen.