Zuerst müssen wir dazu die Frage klären, warum die Gravitation in Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie immer anziehend wirkt: Vereinfacht gesagt übernimmt die Energie für die Gravitation eine ähnliche Rolle wie die elektrische Ladung für den Elektromagnetismus. Das Gravitationsfeld besitzt jedoch andere mathematische Eigenschaften als das elektromagnetische Feld. Konkret bedeutet das: Während sich beim Elektromagnetismus gleiche Ladungen abstoßen und ungleiche Ladungen anziehen, verhält es sich bei der Gravitation genau umgekehrt. Gleichartige Quellen ziehen sich an, ungleichartige stoßen sich ab. Da es allerdings nur positive Massen und positive Energien im Universum gibt, wirkt die Gravitation letztlich immer anziehend.
Laut dem Physiker Pablo Saldanha von der Bundesuniversität Minas Gerais in Brasilien und zwei Kollegen von der University of Oxford bietet die Quantenmechanik jedoch ein Schlupfloch. In einer Publikation auf dem Pre-Print-Server ArXiv beschreiben sie, wie sich zwei anziehende Gravitationswirkungen unter den richtigen Bedingungen zu einer effektiven Abstoßung kombinieren können.
Ist die Gravitation quantenmechanisch?
Zu ihrem erstaunlichen Ergebnis kamen die Forschenden, während sie eigentlich einer ganz anderen Frage nachgingen: Wie lässt sich feststellen, ob die Gravitation selbst quantenmechanisch ist? Hierbei handelt es sich um eines der größten ungelösten Probleme der Physik. Wir haben die Quantenmechanik, die Atome und Elementarteilchen mithilfe von Quantenfeldern beschreibt. Und wir haben die Allgemeine Relativitätstheorie, die Gravitation als Krümmung der Raumzeit beschreibt. Beide Theorien funktionieren für sich genommen außerordentlich gut. Doch leider passen sie nicht zusammen. Es ist, als gäbe es zwei separate Bedienungsanleitungen für das Universum: In der einen steht „Mit Schrauben zusammenbauen“, in der anderen „Es gibt keine Schrauben“.
Lange Zeit nahm man an, Quantengravitation lasse sich nur bei absurd hohen Energien testen, wie sie im Inneren Schwarzer Löcher oder beim Urknall herrschen. In den vergangenen Jahren haben Physiker jedoch erkannt, dass entsprechende Tests auch im Labor möglich sein könnten. Die derzeit meistdiskutierte Idee nutzt einen sogenannten „Verschränkungszeugen“: Zwei Systeme sollen dabei allein durch ihre gravitative Wechselwirkung quantenmechanisch verschränkt werden. Wenn das gelänge, spräche es dafür, dass auch die Gravitation Quanteneigenschaften besitzt.
Der Test ist schwierig, weil dafür massereiche Objekte in eine Quantensuperposition versetzt werden müssen. Einerseits müssen sie schwer genug sein, damit ihre gravitative Wechselwirkung einen messbaren Effekt erzeugt. Andererseits verlieren massereiche Objekte ihre Quanteneigenschaften sehr schnell. Deshalb konnte ein solches Experiment bislang nicht erfolgreich durchgeführt werden.
