Loop-Quantengravitation

Die Loop-Quantengravitation (LQG) ist neben der Stringtheorie der wichtigste Kandidat für eine Theorie der Quantengravitation. Sie wurde ab Mitte der 1980er Jahre von Abhay Ashtekar, Lee Smolin und Carlo Rovelli entwickelt. Der Kerngedanke: Die Raumzeit ist nicht glatt und kontinuierlich, sondern besteht auf kleinster Ebene aus diskreten Einheiten, sogenannten Spin-Netzwerken.

Diese Spin-Netzwerke bilden ein gewobenes Netz aus Schleifen (loops), wobei jeder Knoten ein Quantum des Raums repräsentiert. Die kleinstmögliche Fläche beträgt etwa 10⁻⁶⁹ Quadratmeter, das kleinstmögliche Volumen etwa 10⁻⁹⁹ Kubikmeter. Unterhalb dieser Planck-Skala existiert kein Raum im herkömmlichen Sinn.

Ein zentrales Ergebnis der LQG ist die Auflösung der Urknall-Singularität. Wo die klassische allgemeine Relativitätstheorie eine unendliche Dichte vorhersagt, zeigt die LQG einen Quanten-Bounce: Das Universum kollabiert nicht zu einem Punkt, sondern prallt bei extrem hoher, aber endlicher Dichte zurück. Dieses Modell wird als Loop-Quantenkosmologie bezeichnet und legt nahe, dass vor unserem Urknall ein vorheriges Universum existiert haben könnte.

Anders als die Stringtheorie benötigt die LQG keine zusätzlichen Raumdimensionen und keine Supersymmetrie. Dafür hat sie Schwierigkeiten, die anderen Grundkräfte (elektromagnetische, starke und schwache Kernkraft) in ihren Formalismus einzubeziehen. Beide Ansätze leiden unter dem Problem, dass direkte experimentelle Tests bei den relevanten Energieskalen derzeit unmöglich sind.

In der Science-Fiction wird die Körnigkeit der Raumzeit gelegentlich aufgegriffen. Greg Egans Schild (Dichronauts) erkundet Universen mit anderer Raumzeit-Signatur, und in Stephen Baxters Xeelee-Zyklus spielt die Struktur der Raumzeit auf Quantenebene eine handlungstragende Rolle.