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IUIn der Standardtheorie gibt es 27 fundamentale Konstanten, die experimentell bestimmt werden müssen:

􏰉drei Kopplungskonstanten,

􏰉sechs Massen der Leptonen,

􏰉sechs Massen der Quarks,

􏰉vier Mischungsparameter der Quarks,

􏰉sechs Mischungsparameter der Leptonen,

􏰉Masse des W-Bosons,

􏰉Masse des Higgs-Bosons.

 

Das Gravitationsfeld wird von der Allgemeinen Relativitätstheorie als klassisches dynamisches Feld behandelt, repräsentiert durch die (pseudo-)Riemannsche Metrik der Raumzeit. Dynamische Felder besitzen jedoch gemäss der Quantenmechanik Quanteneigenschaften

 

Und auch für die GPS-Positionierung lässt sich zwischen der raumzeitlichen Einordnung, welche die Allgemeine Relativitätstheorie voraussetzt, und dem Funktionieren der Atomuhren, für dessen Verständnis die Quantenmechanik erforderlich ist, gut trennen.

 

und was bei einer eventuellen vollständigen Zerstrahlung schwarzer Löcher pas- siert. 

 

In allen diesen Problempunkten ist eine Theorie erforderlich, die hinsichtlich der Beschreibung des Ereignishorizontes eines schwarzen Loches über klassische und quasi-klassische Ansätze hinausgeht.

 

Keine empirischen Daten !

Quantengeometrie

Hätte man es mit Unschärfen der Raumzeit oder mit Superpositionen von Raumzeiten zu tun, mit Quantenfluktuationen der Metrik oder der gesamten raumzeitlichen Geometrie, vielleicht sogar der Topologie der Raumzeit?

 

 

Für eine solche diskrete Substratstruktur sprechen vielleicht auch schon die in der Allgemeinen Relativitätstheorie auftretenden (und deren modelltheoretischen, differentialgeometrischen Apparat transzendierenden) Singularitäten, ebenso wie die Divergenzen, die für kleine Abstände bzw. hohe Energien in den Quantenfeldtheorien auftreten

 

Die Strategie, zu einer Theorie der Quantengravitation durch eine (direkte) Quantisierung der All- gemeinen Relativitätstheorie zu gelangen, wird heute von vielen Physikern als die naheliegendste Option angesehen.47 

Quantisierungsmethode

 

Vielmehr gehen Quantenmechanik und Quantenfeldtheorie von einer grundsätzlich undynamischen Hintergrundraumzeit aus und stehen damit in deutlichem Konflikt zur Allgemeinen Relativitäts- theorie.

Wie steht es um Quantenfluktuationen der Raumzeit, die ebenso aus den bisherigen Erfahrungen mit der Quantisierung klassischer Theorien zu erwarten wären?155 Betreffen sie nur die Metrik oder betreffen diese Fluktuationen auch die Topologie der Raumzeit, wie dies etwa Wheeler mit seiner Idee des Spacetime foam einmal nahegelegt hat?156 

 

 

 

Eine theoretische Berechnung dieser Konstanten ist bis heute unmöglich. Deshalb wird angenommen, dass die Standardtheorie nicht die korrekte Theorie der Teilchen- physik ist, sondern nur eine erste Näherung

 

Viel versprechende Ansätze und erste Erfolge bei Teilaspekten beleben seit einigen Jahren die Hoffnung auf einen Durchbruch

 

Sollte dem so sein, legt das eine einfachere Lösung des Rätsels der Quantengravitation nahe: Die Raumkrümmungen müssten dann nicht mehr auf die Quantenebene heruntergebrochen werden, weil der Raum selbst aus einem grundlegenden Quantenphänomen hervorgeht. Susskind vermutet, das ist der Grund, warum es so schwierig war, eine Theorie der Quantengravitation zu finden.

Sollte die Stringtheorie richtig liegen, dann bestehen der Raum und eventuell auch die Zeit aus Quantenverschränkungen

 

Durch das Trennen vieler Teilchenpaare würden enorme Energiemengen erzeugt. "Der Ereignishorizont wäre buchstäblich ein Ring aus Feuer, in dem jeder verbrennt, der hindurchfällt", sagt er.

 

Schwarze Löcher Informationen können nach Quantentheorie nicht verloren gehen bei Relativitätstheorie schon

 

Verschränkte Teilchen Schwarzes Loch

 

Diese postuliert eine Verbindung von verschränkten Quantenteilchen, den EPR-Paaren, durch spezielle Wurmlöcher, auch Einstein-Rosen-Brückengenannt

Nachdem Ping Gao, Daniel Louis Jafferis und Aron C. Wall 2016 durchquerbare Wurmlöcher und deren äquivalente Beschreibung als Quantenteleportationvorschlugen,[12] führte dies auch zu einem neuen Lösungsansatz für das Informationsparadoxon Schwarzer Löcher als Variante der alten Hypothese der Black Hole Complementarityvon Susskind

 

Im Jahr 2016 zeigten Ping Gao und Daniel Jafferis von der Harvard University in Boston und Aron Wall von der Stanford University in Kalifornien in einem Fachaufsatz,dass passierbare Wurmlöcher ohne exotische Materie möglich sind: Die nötige abstoßende negative Energie an den Mündungen eines Wurmlochs kann von außen durch spezielle Quantenverbindungen zwischen den beiden Schwarzen Löchern, die das Wurmloch bilden, erzeugt werden. Wenn die beiden Schwarzen Löcher auf eine bestimmte Art und Weise verbunden sind, dann taumelt ein Objekt, das in eines der Schwarzen Löcher hineinfällt, durch das Wurmloch hindurch und kann – durch bestimmte Ereignisse im äußeren Universum – aus dem zweiten Schwarzen Loch wieder austreten. Gao, Jafferis und Wall bemerkten zu ihrer Überraschung, dass dieses Szenario mathematisch äquivalent ist zu einer Quantenteleportation – einem Phänomen, das in zahlreichen Experimenten nachgewiesen und der Schlüssel zur Quantenkryptografie ist.

 

 

sondern zu einer vollkommen neuen Theorie, die erklären könnte, wie sich die Raumzeit bei sehr kleinen Abständen auflöst. Die Einsteinsche Theorie wäre somit lediglich Grenzfall einer umfassenderen Theorie und nur bei Abständen oberhalb der Planck-Skala gültig. Heutzutage sind Superstring- und Supermembrantheorie, sowie die supersymmetrische Matrixtheorie die aussichtsreichsten Kandidaten für diese Forschungsrichtung

 

Uhren werden die Vereinigung der allgemeinen Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik vorantreiben, sobald sie empfindlich ge- nug werden, um die Einflüsse der ge- krümmten Raumzeit auf die Wellen- funktion von Quantenobjekten zu regist- rieren.« 

 

Ludlow hält es für möglich, die Atomuhrin Zukunft so kompakt zu bauen, dass sie in Satelliten zum Einsatz kommt. Mit ihrer Präzision könnte sie Wissenschaftler bei der Erforschung von Einsteins Zeitdehnung, der Dunklen Materie und anderen physikalischen Grundfragen unterstützen

 

 

Tatsächlich scheint die nun erreichte Präzision nicht mehr weit ent- fernt davon zu sein, die Schwerkraft ent- lang des Wirkungsbereichs eines einzel- nen Teilchens zu Das von den Massen reflektierte Licht erlaubt es, die Schwingung extrem genau zu vermessen – und damit auch jegliche Kraft, die zwischen den Pendeln wirkt. Doch die Laser haben noch einen anderen Effekt, wie Hosten erklärt: "Wie alle Quantenobjekte sind auch die elektromagnetischen Felder des Lasers unscharf. Daher schwankt die Kraft, mit der das Licht die Massen andreht. Das hinterlässt eine Unschärfe in der Position des Pendels."

"Sind diese Fluktuationen groß genug, haben wir das Pendel in den Quantenbereich gebracht", benennt Hosten das Ziel. Denn nun könnten die Fachleute im Prinzip feststellen, ob die Schwerkraft zusätzliche Schwankungen von einem Pendel auf das andere überträgt – und sich damit quantenmechanisch verhält oder nicht. Doch bisher scheiterten Versuche, die Pendel in die Quantenwelt eintauchen zu lassen: Andere Schwankungen, etwa aufgrund der Temperatur, überdeckten Quanteneffekte.

 

Um das gefundene Epilepsieareal in einem 3-D-Bild des Gehirns zu verorten, kombinieren die Ärzte des Erlanger Epilepsiezentrums die MEG mit den Schichtbildern der Magnetresonanztomografie (MRT). So erhalten sie eine dreidimensionale „Landkarte“ des Gehirns mit genau markierter Epilepsieregion.

 

Je kleiner die Massen sind, desto schwieriger lassen sich die zwischen ihnen wirkenden Kräfte messen. Doch nun stellten Physiker mit zwei leichtgewichtigen Goldkügelchen einen neuen Rekord auf: Mit einer speziellen Gravitationswaage konnten sie die extrem schwache Schwerkraft zwischen den beiden Kugeln messen. 

 

We present the development of a high-

Q

monolithic silica pendulum weighing 7 milligram. The measured

Q

value for the pendulum mode at 2.2 Hz was

2.0

×

10

6

. To the best of our knowledge this is the lowest dissipative milligram-scale mechanical oscillator to date. By employing this suspension system, the optomechanical displacement sensor for gravity measurements we recently reported in Matsumoto et al.[Phys. Rev. Lett. 122, 071101 (2019)] can be improved to realize quantum-noise-limited sensing at several hundred hertz. In combination with the optical spring effect, the amount of intrinsic dissipation measured in the pendulum mode is enough to satisfy requirements for measurement-based quantum control of a massive pendulum confined in an optical potential. This paves the way for not only testing dark matter via quantum-limited force sensors, but also Newtonian interaction in quantum regimes, namely, between two milligram-scale oscillators in quantum states, as well as improving the sensitivity of gravitational-wave detectors.

 

Der aktuelle Stand der Technik sollte eine Proof-of-Concept-Demonstration für Objekte im Millimeter- und Zehntel-Milligramm-Bereich ermöglichen, was die derzeitige Grenze für die Erfassung des Gravitationsfeldes einer kleinen Quellmasse bereits um drei Größenordnungen verbessert ," Sie sagen.

 

Physiker versuchen deshalb, die Anziehung immer kleinerer Massen zu untersuchen – und so schließlich in Bereiche vorzudringen, in denen Quanteneffekte eine Rolle spielen. Dort hoffen sie auf bislang unbekannte Phänomene zu stoßen, die schließlich zu einer einheitlichen Theorie sämtlicher Naturkräfte führen könnten. 

 

Die in ihr enthaltene Energie 

markiert die Energieskala, ab der Effekte einer Quantisierung der Gravitation (Quantengravitation) wirksam werden sollten.

 

In an early speculation, Stephen Hawkingconjectured that a black holewould not form with a mass below about 10−8 kg (roughly the Planck mass).[2] 

 

 

Welche Materieformen ab einer Tiefe vorliegen, bei der die Dichte auf das Fünf- bis Zehnfache[31] der von Atomkernen steigt, ist unbekannt, da sich derartige Dichten bisher auch bei Kollisionen von Atomkernen in irdischen Teilchenbeschleunigernnicht erzeugen und damit auch nicht studieren lassen.

 

Bose-Einstein-Kondensat

-ununterscheidbarer Teilchen

quantenmechanischenZustand

Bosonen

 

Der Zustand kann daher durch eine einzige Wellenfunktion beschrieben werden.

supraleitenden Flüssigkeit, einem so genannten Bose-Einstein-Kondensat, das sich in der Nähe des absoluten Temperaturnullpunkts befindet

 

Die Wellenfunktion des bereits erwähnten masselosen Skalarfeldes kann zudem in zwei Anteile zerlegt werden, wobei der erste Teil in den Außenraum und der zweite Anteil in den Innenraum des Schwarzen Loches gestreut wird. Der zweite Teil ist also in der fernen Zukunft kausal vom Außenraum des Schwarzen Loches getrennt.[11]

 

,Quarkstern

Da Quarksterne dichter und damit kleiner sind, sollten sie rascher rotieren können als reine Neutronensterne. Ein Pulsar mit einer Rotationsperiode unter 0,5 ms wäre bereits ein Hinweis 

 

könnte: dem Quark-Gluon-Plasma.  

 

Gemäß der Relativitätstheorie wird Materie, die auf ein unendlich kleinen Raum ist eine Singularität eine unendliche Krümmung verursachen

Das geschieht ab der Plank Masse

Was sagt die Quantentheorie darüber, dass sich Materie unendlich verdichtet, welche Teilchenformen entstehen 

Ein einzelnes Atom mit wenig Masse krümmt den Raum so gut wie gar nicht ,6&je mehr Masse auf winzigen Raum vorhanden ist, desto stärker die Krümmung

D.h. ab einer bestimmten Dichte wird die Krümmung gemäß der Relativitätstheorie unendlich Singularität

 

In noch kleinerem Maßstab dominieren Quantenfluktuationen so stark, dass die klassische Geometrie völlig zusammenbricht. 

 

Hingegen beschreibt die Quantentheorie die physikalischen Gesetze im atomaren und subatomaren Maßstab, wobei sie Gravitationseffekte völlig ignoriert.

 

Vermutlich wird die endgültige Theorie der Quantengravitation zudem Effekte hervorbringen, die sich der heutigen Vorstellungskraft noch entziehen.

 

beobachteten Anisotropien ihren Ursprung in Quantenfluktuationen im frühen Universum. Da hierbei auch Quantenfluktuationen der Metrik eingehen, spielt die Quantengravitation eine Rolle.

 

 

Ob nun Quantenfluktuationen die Raumzeit krümmen ist eine der spannendsten Fragen der Physik überhaupt - und man heute keine wirkliche Antwort darauf. Zunächst mal kann man sagen "offensichtlich nein", denn im Vakuum herrscht ja bei Abwesendheit weiterer Massen keine Raumkrümmung. Oder andersherum: die Raumkrümmung im Weltraum ergibt sich ausschließlich durch die in der Nähe befindlichen Massen (Sonne, Erde, ...) und ohne weitere Einbeziehung von Quantenfluktuationen. 

 

Nun versucht man heute, die kosmologische Konstante, die für die beschleunigte Expansion des Weltalls verantwortlich ist, durch Quantenfluktuationen bzw.einer daraus resultierenden negativen Krümmung, d.h. einer "intrinsischen Abstoßung" zu erklären. Das ist aber nicht unumstritten, denn man kann diese Größe auf zweierlei Weisen interpretieren: entweder ordnet man sie der Geometrie der Raumzeit zu, dann ist es eben einfach eine Konstante; oder man ordnet sie einem Quantenfluktuationseffekt zu,dann wäre sie letztlich ein Ergebnis der Dynamik von Materie, Strahlung usw. Ein Versuch, letzteres im Rahmen von Supegravitationstheorien zu berechnen, führt aber auf einen Wert, der einen Faktor von ca. 10^120 vom tatsächlich gemessenen Wert abweicht. 

 

 

Often only the usefulor extractable energy is measured, which is to say that inaccessible energy (such as rest massenergy) is ignored.[1] In cosmologicaland other general relativisticcontexts, however, the energy densities considered are those that correspond to the elements of the stress-energy tensorand therefore do include mass energy as well as energy densities associated with pressure

 

unmittelbarer Nähe des Ereignishorizonts sei die Energiedichte des Gravitationsfeldes vielmehr so groß, dass sich Teilchenpaare bilden

 

Der Phasenschub durch die Gravitationsenergie hängt von der Masse des Atoms und dem Planckschen Wirkungsquantum ab und kann nie null oder positiv sein

 

Ob diese Verschränkung gelingt und wie lange sie erhalten bleibt, könnte verraten, ob die Raumzeit gequantelt ist.

 

dem Ausmaß der Raumzeit-Fluktuationen und der Zeit, die zwei verschränkte Objekte an verschiedenen Orten in quantenphysikalischer Überlagerung bleiben können“,