Am 5. März 2025 wurde bekannt, dass Dr. Wolfgang Wieland von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) eine Förderung von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Heisenberg-Programms erhält. Ziel seiner Forschung ist die Entwicklung eines Ansatzes zur Vereinigung der Quanten- und Relativitätstheorie, insbesondere in Bereichen, in denen diese Theorien aufeinanderprallen. Wielands aktuelle Studienergebnisse sind jüngst in der Fachzeitschrift „Classical and Quantum Gravity“ veröffentlicht worden.

Die fundamentalen Kraefte im Universum sind Gravitation, elektromagnetische Wechselwirkung, schwache Wechselwirkung und starke Wechselwirkung. Während die allgemeine Relativitätstheorie die Gravitation beschreibt, behandelt die Quantentheorie die anderen drei Kräfte. Allerdings gibt es ein grundlegendes Problem: Diese beiden Theorien passen seit den 1930er Jahren nicht zu einander. Während die allgemeine Relativitätstheorie das Verhalten großer Massen beschreibt, wird die Quantentheorie auf die kleinsten Teilchen angewendet.

Herausfordernde Überschneidungen

Daher ist die Notwendigkeit eines Modells, das beide Konzepte vereint, dringend, um Phänomene wie den Urknall und schwarze Löcher zu verstehen. In schwarzen Löchern wird Materie laut Relativitätstheorie auf einen Punkt vereint, was ein neues Verständnis der Gravitation im Mikrokosmos erfordert. Die Quantengravitation könnte sogar die Vorstellung von Kausalität unter extremen Bedingungen verändern, da Begriffe wie „vorher“ und „nachher“ in diesen Fällen an Bedeutung verlieren.

Die Forschung zur Entwicklung einer Theorie der Quantengravitation ist ein jahrzehntelanges Unterfangen. Ein zentrales Problem besteht darin, dass Gravitation nicht einfach in Quanten zerlegt werden kann, weil sie aus der Krümmung der Raumzeit resultiert. Wielands Ansatz sieht vor, dass Raum und Zeit nicht kontinuierlich sind, sondern aus kleinen, diskreten Portionen bestehen. In seiner gequantelten Raumzeit gibt es feste Schritte für Bewegungen und Zeitverläufe.

Die Rolle der Planck-Einheiten

Die Planck-Einheiten sind hierbei von entscheidender Bedeutung. Wieland argumentiert, dass die Planck-Leistung—eine berechenbare Konstante—eine obere Schranke für die Leistung im Universum darstellt. Aktuell wird angenommen, dass Leistung theoretisch unendlich groß werden kann, was zu unlösbaren mathematischen Teilgleichungen führen kann. Seine Ergebnisse legen jedoch nahe, dass in einer gequantelten Raumzeit eine solche obere Schranke existiert (Planck-Leistung: 1053 Watt).

Wenn sich Wielands Hypothesen als korrekt erweisen, könnte dies bedeuten, dass die Leistung von Gravitationswellen in Quanten zerlegt werden kann. Das Heisenberg-Projekt umfasst auch die Untersuchung, wie Gravitation die kausale Struktur der Welt beeinflusst. Dies ist ein spannendes Feld, das weitreichende Implikationen für unser Verständnis des Universums hat.

Die Fusion der Quantenmechanik mit der allgemeinen Relativitätstheorie wird als ein dringend notwendiger Schritt angesehen, um nicht nur theoretische, sondern auch praktische Aspekte der Physik zu beleuchten. Die unterschiedlichen Herangehensweisen der beiden Theorien offenbaren nicht nur wissenschaftliche Herausforderungen, sondern auch philosophische Fragestellungen über die Natur der Realität selbst. Vielfältige Ansätze wie die Stringtheorie, Schleifenquantengravitation und asymptotische Sicherheit sind bereits in der Entwicklung, um diesen komplexen Herausforderungen zu begegnen.

Insgesamt zeigt die Arbeit von Dr. Wolfgang Wieland, wie vielschichtig und gleichzeitig herausfordernd die Wissenschaft der Physik ist und welche Fortschritte möglich sind, wenn wir die Grenzen der gegenwärtigen Theorien hinterfragen. Mehr dazu finden Sie in diesem Bericht von FAU, sowie in weiteren Materialien hier und in der Wiki-Seite zur Quantengravitation.