Teleparallele Gravitation: Eine neue Raumzeit für eine Weltformel
Materie könnte die Raumzeit nicht nur krümmen, sondern auch verdrehen oder verzerren. Die Theorie der teleparallelen Gravitation revolutioniert unser Verständnis von Raum und Zeit.
von Manuel Hohmann


https://www.spektrum.de/news/teleparalle...ox-newtab-de-de

Zitate

Ein oft herangezogenes anschauliches Bild ist ein Gummituch. Man stellt sich die vierdimensionale Raumzeit als flexible zweidimensionale Fläche vor. Eine schwere Kugel, die auf dem Tuch liegt, krümmt dieses und beeinflusst dadurch die Bewegung anderer Kugeln darauf – so wie Sterne im Universum etwa die Planetenbahnen erzeugen.

So schön das Modell auch sein mag: Es hinkt. Was wir hier als Krümmung des Gummituchs sehen, ist nur ein Spezialfall, nämlich die Krümmung einer zweidimensionalen Fläche im dreidimensionalen Raum. Einsteins Theorie bezieht sich dagegen auf die vierdimensionale Raumzeit an sich, ohne höherdimensionale Umgebung.



Besonders viel versprechend schien dabei, dass die Einstein-Cartan-Theorie eine so genannte Eichtheorie ist. So nennen Physiker Theorien, in denen sich die Symmetrien unserer Welt auch lokal betrachten lassen, also in kleinen Bereichen. Das heißt, man muss Symmetrietransformationen wie Verschiebungen, Rotationen oder Geschwindigkeitsänderungen nicht über den gesamten Raum vornehmen, sondern kann diese nur auf kleine Regionen wirken lassen, etwa für jeden Beobachter einzeln. Der Grund, warum Eichtheorien so wichtig sind, ist, dass alle drei übrigen Grundkräfte – die starke und die schwache Kernkraft sowie der Elektromagnetismus – inzwischen als Eichtheorien formuliert wurden; und genau dieser Eichformalismus erlaubt es, sie als Quantentheorien zu formulieren.





Was ist Krümmung?

Um zu beurteilen, ob ein Objekt gekrümmt ist, betrachtet man dessen Oberfläche meist von außen. Vom All aus lässt sich beispielsweise sofort erkennen, dass die Erdoberfläche wie eine Kugel geformt ist. Tatsächlich allerdings muss man aus mathematischer Sicht kein Objekt von außen anschauen, um eine Krümmung zu erkennen. Für Physiker ist das ein Glücksfall, andernfalls müsste man sich fragen, was außerhalb des Universums liegt.


Auf große Hoffnungen folgte schnell Ernüchterung. Obgleich es Ähnlichkeiten zwischen den Eichtheorien der Gravitation und der Teilchenphysik gab, zeigten sich grundlegende Unterschiede. Während beispielsweise die Eichsymmetrien in der Teilchenphysik nur den Wert der Felder an jedem Punkt der Raumzeit ändern, verschieben die Symmetrien der teleparallelen Theorie auch den Punkt selbst. Das erschwert ihre Beschreibung. Hinzu kam ein weiteres Problem. Wie sich in den 1980er Jahren herausstellte, sagt die neue allgemeine Relativitätstheorie nicht eindeutig, wie sich ein Vielbein zeitlich entwickelt; es gibt dafür folglich mehrere Möglichkeiten. Eine eindeutig bestimmte Zeitentwicklung ist aber eine wichtige Eigenschaft einer physikalischen Theorie. Zwar liefert auch die Quantentheorie nur Wahrscheinlichkeiten, doch damit lässt sich immerhin arbeiten. Gar keine Aussagen über einzelne Komponenten des Vielbeins zu liefern, ist dagegen ein größeres Problem. Und so fristeten die teleparallelen Theorien ein weiteres Mal ein Nischendasein.


Neuen Wind bekamen die alternativen Gravitationstheorien Ende der 1990er Jahre mit einer bahnbrechenden Entdeckung, die nach Erklärungen verlangte: Die Ausdehnung des Universums beschleunigt sich. Neben bekannten Ideen wie der kosmologischen Konstante, die bereits Einstein zur allgemeinen Relativitätstheorie hinzugefügt und später wieder verworfen hatte, rief die Entdeckung auch neue Theorien auf den Plan.


Grund dafür ist, dass die Materie im Universum nicht gleichmäßig verteilt ist und die Bildung von Strukturen und ihrer Wechselwirkung komplizierten Gleichungen folgt. Sie lassen sich nicht exakt lösen, weshalb man auf Näherungsverfahren angewiesen ist. Eine beliebte Möglichkeit bietet die Störungstheorie, bei der man zunächst den Idealfall eines homogenen und isotropen Universums beschreibt, in dem die Materie gleichförmig verteilt ist. Dann lässt man langsam kleinere Störungen zu und untersucht, wie sich das Ergebnis dadurch verändert.




Glücklicherweise sind Theoretiker mit dieser Aufgabe nicht ganz auf sich gestellt. Vielleicht bekommen sie schon bald Hilfe aus der Experimentalphysik. Zu den wichtigsten Beobachtungen der Gegenwart gehört die Messung von Gravitationswellen. Diese ermöglichen einen direkten Einblick in das Wirken der Gravitation. Künftige Detektoren sollen neben Schwarzen Löchern weitere Quellen in den Blick nehmen, darunter Neutronensterne, supermassereiche Schwarze Löcher und Prozesse im frühen Universum.


Einen anderen Einblick in die Gravitation in der Nähe von Schwarzen Löchern liefern Beobachtungen von Sternen nahe dem galaktischen Zentrum sowie Schwarzen Löchern mit Radiointerferometrie. Damit lassen sich Rückschlüsse auf das Gravitationsfeld dieser Objekte ziehen, was Gravitationstheorien weiter einschränkt. Letztendlich muss sich die teleparallele Gravitation, wie andere Theorien, an solchen Beobachtungen messen lassen.


Quelle: Spektrum.de

Anmerkung

Tetrade (allgemeine Relativitätstheorie)
(Weitergeleitet von Vielbein)

https://de.wikipedia.org/wiki/Tetrade_(a...%C3%A4tstheorie)



Schluss: Zuviel auf einmal, ich werde bei Urknall, Weltall und das Leben versuchen mehr zu erfahren.
https://www.youtube.com/@UrknallWeltallLeben