Ist ein "lang ersehntes Bindeglied" zwischen Quantenmechanik und Relativitätstheorie endlich gefunden? Mit solch großen Worten beschreibt zumindest der "Physics arXiv Blog" eine aktuelle Arbeit des 32-jährigen Physikers David Edward Bruschi. Bruschi – derzeit Postdoc an der Hebrew University of Jerusalem in Israel – habe als Erster gezeigt, dass ein "exotischer Quanteneffekt namens Verschränkung" einen messbaren Einfluss auf die Gravitation haben könnte, heißt es in dem Beitrag. Keimt – 100 Jahre nachdem Einstein seine allgemeine Relativitätstheorie erstmals öffentlich präsentiert hat – Hoffnung für die Vereinigung der beiden wohl wichtigsten physikalischen Entdeckungen des vergangenen Jahrhunderts auf?

Die Idee klingt einfach: Bruschi bringt in seinem Aufsatz die Formeln der allgemeinen Relativitätstheorie und der Quantenmechanik zusammen. Er berechnet, wie die Verschränkung zweier quantenmechanischer Zustände Einfluss auf die Gravitation nimmt – und findet tatsächlich eine Wechselwirkung. Bruschi bezeichnet diese Wechselwirkung als "Gewicht der Verschränkung". Die Arbeit trägt denn auch den Titel "On the weight of entanglement". Der Effekt sei zwar klein, aber "im Prinzip messbar".

Dazu beschreibt Bruschi die Gravitation auf der einen Seite seiner Gleichungen mit den (klassischen) Gesetzen aus Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie. Für die Verschränkung auf der anderen Seite bedient er sich der mathematischen Sprache der quantenmechanischen Wellenfunktionen und Operatoren. "Klassisch" nennt man in diesem Zusammenhang Formeln, die nicht den Regeln der Quantenmechanik folgen. Verschränkt nennt man Objekte, deren physikalisches Schicksal quantenmechanisch aneinandergebunden ist. Dieser Ansatz wird auch als "semiklassische" Gravitation bezeichnet. "Wenn man das akzeptiert, kann man ausrechnen, wie die Gravitation von der Verschränkung abhängt – und dann das Ergebnis durchaus plakativ als 'Gewicht der Verschränkung' interpretieren", sagt Hermann Nicolai, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam, auch bekannt als Albert-Einstein-Institut (AEI).

Gravitation und Teilchen
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Ein exotischer quantenmechanischer Effekt – die Verschränkung – könnte sich in einer gravitativen Veränderung niederschlagen. Sollten derartige Wechselwirkungen tatsächlich existieren, ließe sich die Vereinheitlichung von Relativitätstheorie und Quantenmechanik experimentell untersuchen.

Doch die Physikergemeinde zeigt sich weit weniger begeistert von Bruschis Arbeit als der (anonyme) Autor des Beitrags im "Physics arXiv Blog". Allen voran Sabine Hossenfelder vom Nordic Institute of Theoretical Physics in Stockholm. Das Paper sei größtenteils falsch – und was nicht falsch sei, sei nicht neu, schreibt sie in ihrem Blog "BackReaction". Dort zerlegt sie Bruschis Aufsatz in seine Einzelteile.

Bruschis "semiklassischer" Ansatz sorgt für Kritik

Das größte Problem sei der semiklassische Ansatz, den Bruschi verwende. Dieser versage nicht nur in Fällen starker Gravitation, sondern auch bei großen "Quantenunbestimmtheiten" der Energiewerte. Dieser Ansatz sei deshalb alles andere als allgemein gültig, was Bruschi aber behaupte, ohne sich dieser Probleme überhaupt bewusst zu sein. Dabei kenne man die Schwierigkeiten seit gut 30 Jahren, schreibt Hossenfelder. Erklären kann sie sich diesen Mangel nur durch Unerfahrenheit des Autors.

Auch andere Physiker äußern Kritik, wenn auch nicht so harsch wie Hossenfelder. Hermann Nicolai vom AEI bezweifelt, dass die Arbeit wichtige neue Einsichten liefern kann. Caslav Brukner vom Vienna Center for Quantum Science and Technology (VCQ) glaubt, dass Bruschis Berechnungen korrekt sind, die Ergebnisse seien aber nicht überraschend: "Ich glaube nicht, dass 'Gewicht' eine korrekte Beschreibung des Phänomens ist, mit dem sich Bruschi befasst." Er beschreibe die Gravitation, die durch eine Verschränkung entsteht, nicht das Gewicht der Verschränkung in einem externen Gravitationsfeld.

Bruschi dankt am Ende seines Aufsatzes zwei renommierten Physikern – Jacob Bekenstein, ebenfalls von der Hebrew University of Jerusalem, und Bei-Lok Hu von der University of Maryland – für nützliche Diskussionen und besonders Bekenstein für "sehr aufschlussreiche Kommentare und Vorschläge". Bekenstein antwortet auf die Anfrage von "Spektrum.de", er habe noch nie eine Arbeit über Verschränkung veröffentlicht, auch wenn "der Begriff einmal in einer meiner Veröffentlichungen aufgetaucht sein mag". Hu sagt, er kenne das Paper von Bruschi nicht und habe nicht gewusst, dass er in den Danksagungen erwähnt werde. "Weder habe ich zu dieser Arbeit von David beigetragen, noch hat er je ein Gespräch mit mir darüber gesucht."

Sabine Hossenfelder sagt, sie habe an dem Thema zwar nie direkt gearbeitet (ihr Gebiet ist die "Phänomenologie der Quantengravitation"), finde es aber sehr interessant. Dass sie trotzdem so schonungslose Kritik in der Öffentlichkeit vorträgt, begründet sie mit der Sorge um den guten Namen der theoretischen Physik: "Ich hatte die Befürchtung, dass dieses Paper in der Presse die Runde macht als irgendeine Art von 'neuem Durchbruch'. Ich muss mir das leider ständig ansehen. In der Presse wird jede Menge Mist über mein Forschungsgebiet breitgetreten. Leider schädigt das seinen Ruf." Sie habe lange Zeit versucht, dieses Problem mit sehr zurückhaltenden und fachlichen Kommentaren anzugehen, das funktioniere aber einfach nicht.

"Ich weiß nicht, ob ihr bewusst ist, dass wir keine Gegner oder Popstars sind" (David Bruschi)

David Bruschi ist alles andere als entzückt über den Rüffel von Hossenfelder. "Ich habe von dem Kommentar gehört, ihn aber nicht gelesen. Mir wurde erzählt, welchen Ton er anschlägt", sagt er. Es interessiere ihn nicht, was Hossenfelder in ihrem Blog schreibt. Sie habe ihn nicht direkt kontaktiert, wie er das von einem Kollegen erwarten würde. Es gebe in der Wissenschaft akzeptierte Wege, in der Community zu diskutieren, entweder persönlich oder mittels einer Veröffentlichung. Nur auf diesem Weg werde er Hossenfelders Kommentare zur Kenntnis nehmen. "Ich weiß nicht, ob ihr bewusst ist, dass wir keine Gegner oder Popstars sind, wenn sie sich auf diese Weise äußert."

Öffentliche Diskussion um öffentliche Studien?

Es kommt immer häufiger vor, dass Wissenschaftler ihre Arbeiten nicht nur in Fachjournalen veröffentlichen, sondern auch frei zugänglich ins Netz stellen. Sei es im eigenen Blog oder – was noch viel häufiger der Fall ist – als Vorabversion auf so genannten Preprint-Servern wie arXiv.org. Dort werden einer Veröffentlichung kaum Hürden entgegengesetzt, und alle Beiträge sind sofort für jeden einsehbar.

Doch mit dieser einfachen und kostenfreien Verbreitung setzt auch eine neue Art der Begutachtung ein. Wo früher ein anonymes Peer-Review-Verfahren der wichtigste Standard für die Veröffentlichung eines Artikels war, sehen sich heute zusehends bloggende Wissenschaftler, aber auch eigens zu diesem Zweck aufgesetzte Websites in der Verantwortung, auf vermeintlich mangelhafte Forschung hinzuweisen. Als Schlagworte kursieren "Open (Peer) Review" oder "Post-Publication Peer Review".

So konnten schon etliche Fehler aufgedeckt werden, die es teilweise sogar durch den Peer-Review-Prozess bekannter Journals geschafft hatten. Eine Arbeit über Bakterien, die sich von Arsen ernähren, wurde beispielsweise in "Science" publiziert und hatte der NASA 2010 einen Anlass für großes Medien-Tamtam gegeben. Doch die vermeintliche Hoffnung auf fremdartiges Leben im All wurde bereits zwei Tage später von der Wissenschaftlerin Rosie Redfield in ihrem Blog angezweifelt. Zurückgezogen wurde die Arbeit zwar nicht. "Science" hat aber Kommentare veröffentlicht, die auf die Debatte um die Arbeit hinweisen.

Noch wesentlich unglücklicher endete unlängst die spektakuläre japanische Studie zur Erzeugung pluripotenter Stammzellen vermittels eines Säurebads. Nur wenige Tage nach der Publikation in "Nature" hatte ein öffentliches Gutachten auf den Seiten des Forschernetzwerks "ResearchGate" den Stein ins Rollen gebracht. Die wissenschaftliche Community stürzte sich in einen Überprüfungsprozess, an dessen Ende die Ergebnisse als nicht reproduzierbar zurückgewiesen wurden; "Nature" zog die Veröffentlichung zurück. Der enorme Wirbel in Öffentlichkeit und Fachwelt veranlasste einen der leitenden Wissenschaftler sogar dazu, sich im Labor das Leben zu nehmen.

Angst und bange vor dem Blogger-Urteil

Sabine Hossenfelder hatte ihren Kommentar zu Bruschis Arbeit über ihre Social-Media-Kanäle verbreitet, an etwa 2000 Follower auf Twitter und 200 auf Facebook. Dort wurde ihr strenger Kommentar mit Genugtuung aufgenommen. Ein Kommentator schrieb: "Gut gemacht, Sabine! Ich schätze, jetzt haben die meisten von uns mehr Angst vor einem Gutachten auf dem 'BackReaction-Blog' als vor dem Referee-Bericht!! ;-)" Diesen erhalten Autoren, die eine Veröffentlichung im Peer-Review-Verfahren anstreben.

Hossenfelder beeilt sich klarzustellen, dass sie niemandem Angst machen wolle und es ihr allein um die Qualität der Wissenschaft und eine akkurate Berichterstattung ohne Hypes geht. Doch in dem ironischen Kommentar unter Hossenfelders Facebook-Post steckt wohl auch ein Fünkchen Wahrheit. Die Meinungen und Gefühle der Forscher-Community zur neuen Debattenkultur sind jedenfalls gemischt.

Claus Kiefer von der Universität zu Köln arbeitet selbst an den Grundlagen der Quantengravitation. Er hat die Arbeit von Bruschi nicht gelesen. Im Prinzip finde er den Ansatz hilfreich, wissenschaftliche Aufsätze öffentlich zu begutachten und Schwächen oder Fehler aufzuzeigen. Das erspare anderen Forschern die Lektüre überflüssiger Literatur. "Allerdings muss die Person, die sich so kritisch äußert, glaubwürdig sein, was bei Frau Hossenfelder der Fall ist, bei manch anderem aber nicht." Die Polemik in den Posts mancher Blogger sei unerträglich.

Hossenfelder versteht Bruschis Reaktion nicht. "Wenn man ein Paper öffentlich macht, sei das auf arXiv.org oder sonst wo, dann muss man sich eben damit abfinden, dass andere es auch öffentlich kommentieren können." Normalerweise kontaktiere sie Autoren von Papers, die sie auf ihrem Blog bespricht. "Aber niemand hat jemals einen Fehler eingestanden." Dass man in der theoretischen Physik grundsätzlich keine Fehler zugibt, sei leider eine sehr weit verbreitete Krankheit.

Was an der Arbeit von Bruschi wirklich neu ist, wird sich als Nächstes nach althergebrachter Sitte erweisen müssen. Er hat sie bei den "Physical Review Letters" zur Veröffentlichung eingereicht. Vielleicht finden die Gutachter dort interessante physikalische Erkenntnisse – es muss ja nicht gleich das "lang ersehnte Bindeglied" zwischen Quantenmechanik und Gravitation sein.