Finnische Forscher der Universität Aalto haben einen frischen Blick auf eines der hartnäckigsten Rätsel der Physik vorgeschlagen – die Quantentheorie der Gravitation. Ihr Ansatz stützt sich auf Eichfelder und vier besondere Symmetrien, die es ermöglichen, Gravitation ebenso zu beschreiben wie die elektromagnetische, schwache und starke Wechselwirkung im Standardmodell.
Die gewöhnliche allgemeine Relativitätstheorie bewältigt große Maßstäbe hervorragend, versagt jedoch dort, wo Gravitation auf Quanteneffekte trifft – am Ereignishorizont Schwarzer Löcher oder in den ersten Augenblicken nach dem Urknall. Die neue Arbeit zeigt, dass Gravitation nicht als Krümmung der Raumzeit, sondern als Eichfeld dargestellt werden kann, ähnlich den Feldern, die Physikern bereits bekannt sind.
Im Zentrum der Theorie stehen die U(1)-Symmetrien – dieselben, die dem Elektromagnetismus zugrunde liegen und für die Erhaltung der elektrischen Ladung verantwortlich sind. Die Wissenschaftler führten ein zusätzliches Konzept ein – ein Feld der Dimension der Raumzeit, das hilft, vierdimensionale Objekte aus komplexeren achtdimensionalen Strukturen, sogenannten Spinoren, ‚herauszuschneiden‘.
Durch die Konstruktion einer Lagrange-Funktion mit einer Acht-Spinor-Darstellung leiteten die Forscher die Feynman-Regeln ab und prüften, ob die Theorie renormierbar ist. In erster Ordnung konvergieren die Berechnungen, und die Unendlichkeiten lassen sich mit bekannten Methoden beseitigen. Dies ist ein wichtiges Zeichen mathematischer Stabilität, obwohl eine vollständige Überprüfung aller Ordnungen noch aussteht.
Wenn die Theorie weitere Prüfungen besteht, öffnet sie den Weg zu einem einheitlichen Bild aller fundamentalen Kräfte. Dann werden Berechnungen von Prozessen unter extremen Bedingungen möglich – vom Kollaps von Sternen bis zu den frühesten Phasen der Evolution des Universums.
Die Arbeit ist vorerst zur Diskussion in der wissenschaftlichen Gemeinschaft veröffentlicht. Ihre Autoren betonen: Dies ist keine endgültige Theorie von allem, sondern ein wichtiger Schritt, der zeigt, dass Gravitation tatsächlich gleichberechtigt mit anderen Kräften in eine quantenfeldtheoretische Beschreibung integriert werden kann.
