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Theoretische Physik: Eine neue Mathematik der Zeit

Den Gesetzen der Physik zufolge ist der Lauf der Zeit eine Illusion. Um diesen scheinbaren Widerspruch zu umgehen, muss man das mathematische Konzept der Unendlichkeit überdenken.
Einige Forscher hinterfragen, ob die Zeit wirklich von der Vergangenheit in die Zukunft fließt.

Das Konzept der Zeit ist eines der größten Rätsel der Wissenschaft: Wir scheinen uns auf einer hauchdünnen Grenzschicht zwischen Vergangenheit und Zukunft fortzubewegen, doch diese Gegenwart erscheint seltsamerweise in keinem der bestehenden physikalischen Gesetze. Was treibt den immerwährenden Verlauf an? Entwickelt sich die Zeit stets in eine Richtung, so wie wir es bisher erlebt haben? Diese und ähnliche Fragen plagen Physiker schon seit Jahrhunderten.

Und auch die zwei fundamentalen und extrem gut getesteten physikalischen Theorien konnten bisher keine Abhilfe schaffen. Auf der einen Seite gibt es die allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein, die unser Verständnis von Raum und Zeit auf den Kopf gestellt hat, und auf der anderen die Quantenphysik, die das Verhalten kleinster Teilchen erstaunlich gut beschreibt.

Schon lange versuchen Experten, beide miteinander zu vereinen, um extreme Phänomene wie den Urknall oder Schwarze Löcher, die sowohl quantenmechanische als auch relativistische Aspekte enthalten, zu verstehen …

Von »Spektrum der Wissenschaft« übersetzte und bearbeitete Fassung des Artikels »Does Time Really Flow? New Clues Come From a Century-Old Approach to Math.« aus »Quanta Magazine«, einem inhaltlich unabhängigen Magazin der Simons Foundation, die sich die Verbreitung von Forschungsergebnissen aus Mathematik und den Naturwissenschaften zum Ziel gesetzt hat.

Kennen Sie schon …

Spektrum - Die Woche – Von der Entropie zur Quantengravitation

Die Verbindung von Schwerkraft und Quanten ist ein zentrales Rätsel der Physik. Die Informationstheorie liefert Antworten – und vielleicht den Schlüssel zur Quantengravitation. Außerdem: Eine Revolution des Bauens? Carbonbeton benötigt im Vergleich zu Stahlbeton nur einen Bruchteil des Materials.

Sterne und Weltraum – Raumzeit: Experimente zur Quantennatur

Die Relativitätstheorie Albert Einsteins ist das Meisterwerk zur Beschreibung der Schwerkraft. Seit Jahrzehnten steht aber die Frage im Raum, ob die Gravitation auf submikroskopischen Längenskalen modifiziert werden muss. Gibt es quantenhafte Austauschteilchen, die Gravitonen? In unserem Titelbeitrag stellen wir Überlegungen vor, wie man experimentell eine Quantennatur der Raumzeit testen könnte. Im zweiten Teil unseres Artikels zur Urknalltheorie beleuchten wir alternative Ansätze zur Dunklen Energie: das Local-Void- und das Timescape-Modell. Außerdem: Teil zwei unserer Praxistipps für die Astrofotografie mit dem Smartphone – Mond und Planeten im Fokus, die Ordnung im Chaos des Dreikörperproblems und woher stammen erdnahe Asteroiden?

Spektrum der Wissenschaft – Eine Theorie von allem: Lassen sich Quantenphysik und Schwerkraft vereinen?

Lassen sich Quantenphysik und Schwerkraft vereinen? In der aktuellen Ausgabe der PMT haben wir Beiträge für Sie zusammengestellt, in denen Forscherinnen und Forscher über die Ergebnisse ihrer Suche nach einer fundamentalen Theorie unserer Welt berichten. Entstanden ist eine erkenntnisreiche Sammlung an Beiträgen über die Quantennatur der Raumzeit, denkbaren Experimenten zum Nachweis von Gravitonen, Schwarzen Löchern, der Theorie der Quantengravitation, teleparalleler Gravitation und vielem mehr. Lesen Sie, welche Fortschritte es in den letzten Jahren gab, die Gesetze der Quantenwelt mit den geometrischen Konzepten von Raum und Zeit zu vereinigen, und welche Hürden dabei noch zu überwinden sind.

  • Quellen

Gisin, N.: Mathematical languages shape our understanding of time in physics. Nature Physics 16, 2020

Gisin, N., Del Santo, F.: Physics without determinism: Alternative interpretations of classical physics. Physical Review A 100, 2019

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