Quantengravitation
Die Quantengravitation ist die Theorie, die die zwei großen physikalischen Theorien des 20. Jahrhunderts, die Quantentheorie und die allgemeine Relativitätstheorie, vereinigen soll. Die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt eine der 4 Elementarkräfte unseres Universums, die Gravitation. Die Quantentheorie beschreibt die anderen 3 Elementarkräfte (elektromagnetische Wechselwirkung, schwache Wechselwirkung und starke Wechselwirkung).Die Vereinigung dieser beiden Theorien ist notwendig, da es Überschneidungen gibt. Im Allgemeinen beschreibt die allgemeine Relativitätstheorie den Aufbau des Universums im Großen und ist bei großen Massen und Geschwindigkeiten praktikabel. Die Quantentheorie hingegen beschreibt die Wechselwirkung zwischen kleinsten Teilchen und in begrenztem Raumgebiet. Obwohl die Gravitation die schwächste der Elementarkräfte ist, bestimmt sie unser Weltbild, denn sie ist die einzige der vier Kräfte, die ausschließlich anziehend wirkt, da es nur eine Gravitationsladung (die Masse) gibt, und sich somit nicht im Großen aufheben kann. Die anderen Kräfte hingegen sind nur für mikroskopische Prozesse von Bedeutung, dort aber nicht wegzudenken. Überschneidungen beider Theorien treten nun in einigen Extremfällen auf:
- der Urknall stellt im Modell der allgemeinen Relativitätstheorie ein Problem dar, da hier die Krümmung der Raum-Zeit unendlich wird, und Dichte, sowie Temperatur extreme Werte annehmen und die Gesetze der allgemeinen Relativitätstheorie außer Kraft setzen.
- bei schwarzen Löchern, deren enorme Masse die Raumzeit dermaßen krümmt, dass nicht einmal Licht ihnen entkommen kann und die eine Singularität in der allgemeinen Relativitätstheorie darstellen, sodass sie in ihr nicht berechenbar sind.
Bisher allerdings widersetzt sich die Gravitation beharrlich den Versuchen der Physiker, sie in das Quantenmodell einzufügen, welches darauf beruht, dass alle Kräfte in Elementarportionen aufgeteilt werden, in die Quanten. Die so zerlegten Kräfte lassen sich in der Quantentheorie und nur dort exakt berechnen und erklären. Die Gravitation allerdings lässt sich nicht so einfach zerlegen und so werden heute Theorien aufgestellt, die dies ermöglichen sollen. Erster Anwärter für die Quantengravitation ist die Stringtheorie, in der alle Elementarteilchen durch eindimensionale Strings repräsentiert werden. Allerdings ist diese Theorie nur in einem 10- oder höherdimensionalen Universum möglich. Die Alternative ist die Loop-Quantengravitation, in welcher auch Raum und Zeit gequantelt sind und wir uns nicht stetig, sondern in kleinen Schritten bewegen. Dies sind allerdings nur die meistvertretenen Theorien, daneben gibt es noch eine ganze Reihe anderer Erklärungsmodelle, die allerdings zu zahlreich sind um sie hier aufzulisten.