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Wo Einstein scheiterte

Die Suche nach der Einheitlichen Feldtheorie

Beobachtungen und theoretische Überlegungen legen nahe, dass es mindestens vier Grundkräfte im Universum gibt. Aber warum eigentlich? Könnten sie nicht genauso gut vier verschiedene Manifestationen einer einzigen, fundamentalen Urkraft sein?

Der Theorie nach gehen alle vier Grundkräfte auf eine "Urkraft" zurück, die direkt nach dem Urknall existierte. © scinexx

Urkraft am Uranfang

Tatsächlich geht das gängige Weltbild der Physik davon aus, dass alle vier Grundkräfte ursprünglich vereint waren – unmittelbar nach dem Urknall. Damals, in den allersten Sekundenbruchteilen unseres Universums, war alle Materie und Energie auf einen unvorstellbar winzigen Punkt konzentriert. Unter diesen Extrembedingungen, bevor es überhaupt Teilchen gab, könnten auch alle Kräfte in einer Art „Urkraft“ vereint gewesen sein. Auch alle Trägerteilchen waren damals noch gleich.

Doch noch vor Beginn der kosmischen Inflation zerfiel diese Urkraft – so die Annahme. Die Gravitation spaltete sich als erste ab, dann folgte die starke Kernkraft. Übrig blieb eine Kombination von schwacher Kernkraft und Elektromagnetismus: die elektroschwache Wechselwirkung. In der Zeit zwischen einer Billionstel und einer Millionstel Sekunde nach dem Urknall jedoch zerfiel auch sie und die restlichen beiden Grundkräfte entstanden. So weit die Theorie.

Eine Gleichung für alle

Doch wenn einst wirklich alle Grundkräfte vereint waren, dann müssten sie sich noch heute zumindest mathematisch-physikalisch auf einen Nenner bringen lassen. Anders ausgedrückt: Es müsste eine Gleichung geben, die alle Grundkräfte unter einen Hut bringt und das dahinterstehende, gemeinsame Konzept beschreibt. Die Idee einer solchen „Weltformel“ ist faszinierend – und deshalb so etwas wie ein Gral der Physik.

Albert Einstein suchte gut 30 Jahre lang nach einer einheitlichen Feldtheorie für Gravitation und Elektromagnetismus – vergeblich. © Ferdinand Schmutzer/ historisch

Schon Albert Einstein fahndete nach dieser „Einheitlichen Feldtheorie“ – obwohl zu seiner Zeit erst zwei der vier Grundkräfte bekannt waren: Gravitation und Elektromagnetismus. Dennoch versuchte er mehr als 30 Jahre lang, diese beiden mittels Feldgleichungen miteinander zu vereinen. „Der Geist, der nach einer integrierten Theorie sucht, kann nicht damit zufrieden sein, das es zwei getrennte Felder gibt, die in ihrer Natur völlig voneinander unabhängig sind“, sagte er 1926 in seiner Nobelpreisrede.

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Doch so genial der Physiker auch war: An der Einheitlichen Feldtheorie biss er sich die Zähne aus. Einer der Gründe dafür war sein mangelndes Verständnis für die Quantenwelt, wie der Physiker Brian Greene erklärt: „Einstein wusste einfach nicht genügend über die fundamentalen Prozesse und Prinzipien in der Welt der mikroskopisch kleinen Teilchen, um den nächsten Schritt zu schaffen.“

Aber auch seither halten sich die Fortschritte in Grenzen…

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Nadja Podbregar
Stand: 28.07.2017

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Die großen Vier
Den Grundkräften der Physik auf der Spur

Die Macht der "Viererbande"
Kräfte und Grundkräfte

Im Reich der Bosonen
Jeder Kraft sein Teilchen - theoretisch

Problemfall Gravitation
Warum die Schwerkraft nicht ins Schema passt

Wo Einstein scheiterte
Die Suche nach der Einheitlichen Feldtheorie

Gibt es die "Weltformel"?
Große Hoffnung und viele Fehlschläge

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