Das Standardmodell der Physik ist eine Quantenfeldtheorie. Nur bei der Schwerkraft versagt die Theorie. Wie nun die großen Rätsel des Urknalls und der Schwarzen Löcher lösen? Vielleicht hilft es, einfach die Disziplin zu wechseln?
Das Standardmodell der Physik ist eine Quantenfeldtheorie: Forscherinnen und Forscher arbeiten damit seit Jahrzehnten sehr erfolgreich. Von Kernkräften und Elektromagnetismus bis hin zu Quarks und Elektronen, lassen sich praktisch alle Grundkräfte und Elementarteilchen damit erklären. So wurde beispielsweise das Higgs-Boson („Gottesteilchen“) bereits mit dieser Quantenfeldtheorie vorhergesagt, Jahrzehnte bevor man es in riesigen Teilchenbeschleunigern nachweisen konnte.
Doch ein großes Manko bleibt: Bei der Schwerkraft versagt das Standardmodell. Seit mehr als 50 Jahren versuchen Physikerinnen und Physiker, die Schwerkraft mit der Quantentheorie in Einklang zu bringen – bislang ohne Erfolg. Die Suche nach einer Quantengravitation, also einer Theorie, die Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie und die Quantentheorie zusammenführt, geht also weiter.
Auch aus mathematischer Sicht gibt es einige Probleme mit der Quantenfeldtheorie. Der theoretische Unterbau unserer Welt ist teilweise so kompliziert, dass Physikerinnen und Physiker nicht ohne große Vereinfachungen damit arbeiten können. Aus Sicht der Mathematik ergeben sich dadurch aber Ungenauigkeiten und Fehler. Nun soll ein mathematischer Blick auf die Physik-Formeln helfen.
Mathematiker gehen das Ganze ein bisschen rigoroser an und auch formal richtiger. Also, man versucht, keine Vereinfachungen zu treffen, sondern die Quantenfeldtheorien so auszudrücken, dass sie keine Probleme darstellen.
Manon Bischoff
Indem man solche Fragen klärt, könnte man vielleicht die hartnäckigsten Rätsel der Physik lösen, sagt Manon Bischoff von Spektrum der Wissenschaft. Dabei geht es um die Geheimnisse des Urknalls oder das Innere von Schwarzen Löchern. Im Gespräch mit detektor.fm-Moderator Marc Zimmer erklärt Bischoff zunächst, was Quanten und Quantenfelder sind, und wie die Forschung die Quantenfeldtheorie durch einen eher mathematischen Ansatz vielversprechend erweitern könnte.