Strings und Schleifen für eine neue Theorie der Physik

In diesem Punkt ist eine Alternative zur Stringtheorie, die Schleifenquantengravitation, klar im Vorteil: Sie geht von dynamischen Werten von Raum und Zeit aus.

Schleifenquantengravitation oder Loop-Quantengravitation

Die bestentwickeltste Alternative zur Stringtheorie ist die sog. Loop- oder Schleifenquantengravitation. Sie wird seit Mitte der 1980er Jahre von Physikern wie Lee Smolin etc. entwickelt.

Im Gegensatz zur Stringtheorie geht die Schleifenquantengravitation von der Allgemeinen Relativitätstheorie als Ausgangspunkt aus und nimmt ebenfalls wie diese drei Raumdimensionen als gegeben an und geht auch von sich entwickelnden statt festen und nicht absoluten Größen für Raum und Zeit aus.
Anders als die Stringtheorie hat die Schleifenquantengravitation jedoch nicht den Anspruch, die Allgemeine Relativitätstheorie mit dem Standard-Modell zu vereinigen.

Gemäß Schleifenquantengravitation ist der Raum aus diskreten Einheiten aufgebaut, wobei ein kleinstmögliches Volumen und eine kleinstmögliche Fläche existieren, beide in der Größenordnung der Planck-Länge (entweder hoch drei oder zum Quadrat). Sog. Quantenschleifen, daher der Name der Theorie, bilden die mikroskopischen Grundbausteine des Raums. Diese „Schleifen“, deren Form sich an das Bild der geschlossenen elektromagnetischen Feldlinien anlehnt, bilden sog. Spin-Netzwerke, Ensembles einer großen Zahl von Schleifen, die sich an zahlreichen Orten oder Knotenpunkten schneiden.

Ein Spin-Netzwerk ist ein Graph, dessen Ecken durch ganze Zahlen bezeichnet werden. Diese ganzen Zahlen leiten sich aus den Werten ab, die für den sog. Spin eines Teilchens in der Quantentheorie erlaubt sind. Jedes Spin-Netzwerk gibt einen möglichen Quantenzustand für die Geometrie des Raums an.
Auch die Raumzeit kann in der Schleifenquantengravitation beschrieben werden. Die Raumzeit auf Planck-Skala-Niveau besitzt diskreten Charakter und wird durch eine Struktur beschrieben, die „Spin foam“ (Spin Schaum) genannt wird.

Bahnbrechende Vorstöße

Die Suche nach einer Theorie der Quantengravitation berührt auch ganz fundamentale Fragen unsere Existenz betreffend.
Die Stringtheorie und die Schleifenquantengravitation haben beide signifikante Auswirkungen auf unser Weltbild, wenn man den Beginn unserer Welt betrachtet. Nach allgemein verbreiteter Vorstellung hat der Kosmos, wie wir ihn kennen, im Urknall vor rund 13.7 Milliarden Jahren seinen Ursprung gefunden.
Doch viele Physiker sehen das mittlerweile anders.
Gemäß Schleifenquantengravitation z. B. könnte unser Universum schon immer existiert haben. Es hätte sich demnach lediglich vor 13.7 Milliarden Jahren zur Zeit des Urknalls kontrahiert, um dann erneut zu expandieren.

Wir dürfen gespannt sein, zu welchen Erkenntnissen die Forscher noch kommen werden und welcher der Ansätze für eine Theorie der Quantengravitation sich letztlich durchsetzt, ob die einzelnen Ansätze sich wiederum vereinigen lassen oder ob es sogar eine gänzlich andere neue Theorie sein wird, die zu einer vereinheitlichten Theorie der Physik führt.