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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 RaumzeitLaden...

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. ...
Oktober 2013

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Oktober 2013

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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