Carlo Rovellis » Schleifen-Quantengravitations-Theorie «
Die Theorie der Schleifenquantengravitation ist die am weitesten entwickelte Alternative zur Stringtheorie. Bereits Anfang der 1970er Jahre schlug Roger Penrose Spin-Netzwerke für eine Theorie der Quantengravitation vor. Seine Idee wurde Anfang der 1990er Jahre neu aufgegriffen und erfolgreich fortentwickelt von Lee Smolin und Carlo Rovelli (mit dem Ziel, Rovellis eigene Idee zur Quantisierung des Raumes präzisieren zu können).Carlo Rovellis Schleifenquantengravitation (englisch: Loop Quantum Gravity, kurz LQG) ist einer der vielversprechendsten Ansätze, um zwei der großen Säulen der modernen Physik zu vereinen: Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantenmechanik. Beide Theorien sind für sich genommen extrem erfolgreich – die Relativitätstheorie beschreibt die Schwerkraft und die Struktur von Raum und Zeit auf großen Skalen (wie Planeten, Galaxien oder das Universum als Ganzes), während die Quantenmechanik die Welt besonders kleiner Teilchen (Atome, Elektronen, Quarks bis hin zu garantiert unteilbaren Portionen von Energie) zu erklären versucht. Leider aber versagen diese Theorien, wenn man sie auf extrem kleine Räume oder extrem hohe Energien anzuwenden versucht – etwa im Inneren eines Schwarzen Lochs oder beim Urknall: Die Gleichungen werden dort unsinnig, da mit "Singularitäten" im mathematischen Sinne behaftet.
Schleifenquantengravitation dient der Auflösung dieser Sigularitäten. Rovelli und andere Physiker haben sich gefragt: Was passiert, wenn wir den Raum selbst quantisieren – also in winzige, unteilbare "Portionen" zerlegen, so wie die Quantenmechanik es mit Energie oder Materie tut?
1. Nur klassische Physik (und auch Einsteins Relativitätstheorie) stellen sich den Raum als ein glattes, kontinuierliches Etwas vor, in dem sich Dinge bewegen wie auf einem unendlich teilbaren Blatt Papier. Rovellis Theorie der Schleifenquantengravitation aber sagt: Nein! Zerlegbar ist Raum nur bis hinunter zur sog. Planck-Länge, so dass er letztlich aus winzigen, nicht weiter zerlegbaren diskreten "Körnchen" nicht leeren Volumens besteht Diese Körnchen sind nicht in einem Raum eingebettet – sie sind der Raum selbst. Stell dir vor, du zoomst immer weiter in ein Bild auf deinem Bildschirm hinein. Irgendwann siehst du die einzelnen Pixel – die kleinsten Einheiten, aus denen das Bild besteht. Ähnlich könnte der Raum auf kleinsten Skalen aus "Raum-Pixeln" bestehen, die man nicht weiter teilen kann (anders als offene, aber beliebig kleine Mengen eines metrischen Raumes).
2. Schleifen und Netzwerke: Wie aber sieht die Struktur des Raumes dann aber aus? Rovelli und seine Kollegen beschreiben sie mit mathematischen Objekten, welche sie nach Penrose Spin-Netzwerke nennen. Diese Netzwerke bestehen aus Knoten (den "Raum-Körnchen") und Verbindungen dazwischen, die wie Fäden oder Schleifen aussehen – daher der Name Schleifen-Quantengravitation.
Jeder dieser Knoten repräsentiert eine winzige Volumen-Einheit des Raums mit positivem Durchmesser, Verbindungen (die Schleifen) repräsentieren Flächen, welche diese Volumina – die Körnchen des Raumes – gegen einander abgrenzen. Diese Netzwerke sind dynamisch: Sie können sich per Quantenfluktuation umbauen ähnlich wie die Schaum in einem Glas Bier, der aus Blasen besteht, von denen ständig welche platzen oder neu entstehen.
Wichtig: Diese Schleifen sind keine Objekte im Raum, sondern sie bilden den Raum selbst. Es gibt keinen "Hintergrundraum", in dem sie schweben – das Netzwerk als solches ist der Raum.
3. Zeit als fundamentale Größe gibt es nicht: Einstein hat uns gezeigt, dass Zeit relativ ist – sie vergeht für verschiedene Beobachter unterschiedlich schnell. Die Schleifenquantengravitation geht noch einen Schritt weiter: Zeit existiert nur indirekt als Wahrnehmung des ständigen Umbaus der den Raum darstellenden Spin-Netzwerke. Genauer: Die "Zeit", die wir erleben, ist einfach nur eine Art Illusion, die entsteht, da wir die Veränderungen dieser Netzwerke aus unserer makroskopischen Perspektive wahrnehmen.
Stell dir vor, du hast nur eine Reihe von Fotos (welche nach einander entstehende "Zustände" des Raumes beschreiben). Die Illusion von Zeit entsteht, wenn du diese Fotos schnell hintereinander abspielst – wie bei einem Daumenkino. Streng genommen gibt es nur die Folge der einzelnen Bilder, aber nichts, was man "die Zeit dazwischen" nennen könnte.
4. Schwarze Löcher und der Urknall: Eines der größten Probleme der klassischen Relativitätstheorie ist, dass sie bei Schwarzen Löchern und dem Urknall "Singularitäten" vorhersagt – Punkte, an denen die Dichte unendlich wird und die Physik zusammenbricht. Die Schleifenquantengravitation befreit uns von diesen singulären Stellen.
Statt eines unendlichen tiefen Trichters im Zentrum jeden Schwarzen Lochs gibt es dort nur jeweils eine extrem dichte, aber doch nur endlich dichte Region bestehend aus besonders energiereichen Raumkörnchen: Die Quantisierung des Raums verhindert das Entstehen echter Singularität im mathematischen Sinne.
5. Experimentelle Hinweise: Gibt es Beweise? Die Schleifenquantengravitation ist eine mathematisch elegante Theorie, aber sie ist extrem schwer direkt zu testen – es geht da ja schließlich geht es um Raumkörnchen, die um viele Größenordnungen kleiner sind als ein Atom! Dennoch gibt es einige Ansätze, indirekte Hinweise zu finden:
Gammastrahlenausbrüche: Wenn Licht von fernen Explosionen zu uns kommt, könnte es auf seinem Weg durch den "gequantelten" Raum winzige Veränderungen erfahren. Einige Experimente suchen nach solchen Effekten.
Schwarze Löcher: Die LQG sagt voraus, dass Schwarze Löcher nicht für immer stabil sind, sondern langsam "verdampfen" – ähnlich wie bei der Hawking-Strahlung, aber mit anderen Details. Gravitationswellen: Vielleicht tragen Gravitationswellen (Kräuselungen der Raumzeit) Spuren der Quantisierung des Raums in sich.
Bisher gibt es keine eindeutigen Beweise, aber die Forschung ist im Gange und wird zeigen, ob sich Rovellis Modell bewährt.
Warum ist das alles wichtig? Die Schleifenquantengravitation ist radikaler Versuch, unser Verständnis von Raum, Zeit und Materie frei von Singularitäten zu machen. Sollte dieser Ansatz sich bewähren, wüssten wir, dass Raum und Zeit nicht starres Bühnenbild sein können, vor dem das Universum sich abspielt, sondern dynamische, quantisierte Entitäten, die selbst Teil des physikalischen Geschehens sind.
Das hätte tiefgreifende philosophische Konsequenzen: Es gäbe dann nämlich keine einzelnen "Dinge an sich", die sich in Raum und Zeit gegen einander bewegen, sondern stattdessen ein unendlich weites, nirgendwo aufhörendes, komplexes Geflecht von Wechselwirkungen (recht ähnlich dem, wie es uns ja auch die Grundidee der Quantenfeldtheorie nahelegt).
Fazit: Rovellis Theorie sagt: Der Raum ist nicht unendlich teilbar. Er ist lebendiges, sich ständig im Detail umbauendes Netzwerk, und Zeit ist nur eine Geschichte, die wir uns erzählen, diese Veränderungen zu verstehen.
Quelle: Chat Mistral AI, Okt 2025 (leicht editiert)
|
Besteht das Hauptanliegen von Carlo Rovellis Loop Quantum Gravity darin, ein Weltmodell frei von Singularitäten zu haben?
KI antwortet:
Ja, Carlo Rovellis Loop-Quantengravitation (LQG) hat tatsächlich ein zentrales Anliegen: die Entwicklung einer Theorie der Quantengravitation, die ohne Singularitäten auskommt – also ohne die unendlichen Dichten und Krümmungen, die in der Allgemeinen Relativitätstheorie an Orten wie dem Urknall oder im Inneren Schwarzer Löcher auftreten.
Kernpunkte von Carlo Rovellis Loop Quantum Gravity (LQG) sind:
Raumzeit als Quantennetzwerk: Die LQG beschreibt die Raumzeit nicht als kontinuierliches Gewebe, sondern als ein dynamisches Netzwerk von „Schleifen“ (Loops) oder Spin-Netzwerken, die diskrete Quanteneinheiten der Raumzeit darstellen.
Durch diese Quantisierung der Raumzeit können Singularitäten vermieden werden, da die Theorie eine minimale „Granularität“ der Raumzeit vorsieht — Es gibt also keine unendlich kleinen Punkte mehr.
Loop Quantum Gravity (LQG) ist hintergrundunabhängig, setzt also keine gegebene Raumzeit voraus, sondern versucht, sie aus den fundamentalen Quanteneinheiten zu rekonstruieren.
Zusammengefasst gilt:
Zentrales Motiv der Schleifen-Quantengravitation ist ein singularitäten-freies Weltmodell.Zudem suchen Rovelli und andere Forscher nach einer Vereinheitlichung von Quantenmechanik und Allgemeiner Relativitätstheorie, die neue physikalische Phänomene vorhersagt und hierin experimentell überprüfbar ist.
Man lese auch: Kritik an Rovellis Meinung zu sog. "weißen" Löchern.
spw/Schleifenquantengravitation.htm — Quantengravitation . LQG . Rovelli — News?
Mehr + B G E + S H A + More
Chemi-Lexikon zu: Schleifenquantengravitation
AstroNews zu: Loop Gravity
Rovellis Theorie der Loop Quantum Gravity
Carlo Rovelli über Weiße Löcher