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Relativitätstheorie: Einstein im Quantentest

Mit ausgefeilten quantenphysikalischen Tests überprüfen Physiker einen Grundpfeiler der allgemeinen Relativitätstheorie, das einsteinsche Äquivalenzprinzip. Der Streit darüber, wie sich ihre Ergebnisse interpretieren lassen, berührt fundamentale Fragen, etwa: Wie funktioniert Gravitation auf atomarer Ebene?
Wirkung von Massen auf die vierdimensionale Raumzeit

Um die Natur zu beschreiben, brauchen Wissenschaftler Theorien. Diese sollen es erlauben, ihre Beobachtungen mit möglichst wenigen, einfachen Prinzipien zu erklären. Dabei darf eine Theorie grundsätzlich nie endgültig "richtig" genannt werden. Denn zukünftige Beobachtungen könnten ihren Voraussagen auch einmal widersprechen. Außerdem gilt eine Übereinstimmung sowieso immer nur im Rahmen der unvermeidlichen Messfehler. Deshalb ist es hilfreich, wenn es sich um eine gut formulierte Theorie handelt – das heißt, wenn die Ausgangsannahmen möglichst vollständig und klar dargelegt sind und zwischen ihnen und den Voraussagen eine Kette logischer Folgerungen liegt. Nur dann kann man hoffen, aus einem beobachteten Widerspruch auch wertvolle Schlüsse ziehen zu können, welche der Annahmen falsch waren. Dies ist aber meist nicht eindeutig möglich, so dass es oft zu lebhaftem Streit zwischen den Forschern kommt, die an unterschiedlichen Grundsätzen festhalten wollen. Ganz verschiedene Ansätze können oft lange nebeneinander existieren, bis genauere Experimente eine Entscheidung herbeiführen.

Trotzdem gelten heute einige physikalische Theorien als fundamental. Das bedeutet: Sie beschreiben (im Rahmen der Messgenauigkeit) eine große Zahl verschiedener Phänomene, sind möglichst allgemein anwendbar und natürlich in ihren Konsequenzen widerspruchsfrei. Dazu gehören vor allem Einsteins allgemeine Relativitätstheorie und die Quantentheorie. Beide hielten bislang unzähligen experimentellen Überprüfungen stand. ...

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Spektrum - Die Woche – Eine Waage für das Vakuum

Nirgends ist der Unterschied zwischen Theorie und Praxis so groß wie bei der Energiedichte des Vakuums. Nun soll das Nichts seine Geheimnisse preisgeben. Außerdem ist letzte Woche die Weltklimakonferenz zu Ende gegangen. Das Ergebnis war mager – was bedeutet das für die Zukunft der Konferenzen?

Spektrum der Wissenschaft – Schwarzen Löchern entkommen

»Schwarzen Löchern entkommen« erklärt, wie man womöglich durch Wurmlöcher das Informationsparadoxon lösen kann. Außerdem: Ernährung: Wie lässt sie sich nachhaltig gestalten?, Materialwissenschaft: Das ideale Glase, Vererbung: Warum manche Lurche riesige Genome besitzen.

Spektrum der Wissenschaft – Neue Fronten der Quantenphysik

Von der Raumzeit bis zur Datenübertragung - Quantengravitation: Die kleinsten Bausteine der Realität - Experimente: Eine Waage für das Vakuum - Nichtlokalität: Kommunikation mit Verschränkung

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  • Quellen

Lan, S.-Y. et al.: A Clock Directly Linking Time to a Particle's Mass. In: Science 339, S. 554 - 557, 2013

Müller, H. et al.: A Precision Measurement of the Gravitational Redshift by the Interference of Matter Waves. In: Nature 463, S. 926 - 930, 2010

Peters, A. et al.: Measurement of Gravitational Acceleration by Dropping Atoms. In: Nature 400, S. 849 - 852, 1999