Effekte der Quantengravitation beobachtet?

[tomS]

Hallo zusammen,

es ist ja jetzt genau ein Jahr her, dass ich über spektakuläre Effekte der Quantengravitation auf kosmischen Längenskalen berichtet habe.

Ich habe erst heute zwei Artikel entdeckt, deren Veröffentlichung bereits einige Zeit zurückliegt.

Indeterminacy of Holographic Quantum Geometry
Hier wird vermutet, dass im Experiment GEO600 (eigentlich zum Nachweis von Gravitationswellen) bereits Effekte der Quantengravitation sichtbar werden. Die Idee beruht auf dem holographischen Prinzip, das besagt, dass die Information, die in einem bestimmten Volumen gespeichert werden kann, nicht vom Volumen selbst sondern von der Oberfläche dieses Volumens abhängt. Dies bedeutet, dass die im Volumen vorliegenden Freiheitsgrade eigentlich nur Abbilder der Freiheitsgrade auf der Oberläche sind - eben ein Hologramm. Dieses Prinzip wird z.B. auf die Berechnung der Entropie von Schwarzen Löchern angewandt und klingt relativ überzeugend. Angewandt auf das gesamte Universum führt dies zur Schlussfolgerung, dass im Universum weniger Freiheitsgrade möglich sind, als man aufgrund des Volumens erwartet. Üblicherweise setzt man einen Freiheitsgrad in der Quantengravitation mit dem Volumen Plancklänge^3 gleich. Über das holographische Prinzip würde ein elementarer Freiheitsgrad nun aber ein deutlich größeres Volumen einnehmen.

Nun zum GEO600 Experiment: Hier wird ja ein hochauflösendes Interferometer zum Nachweis von Gravitationswellen benutzt. Jetzt wird argmentiert, dass Spiegel und Strahlteiler des Interferometers sich diskontunierlich mit der diskreten Strukturen der Raumzeit bewegen, was zu einer Art Rauschen in den Interferenzmustern führt. Normalerweise sollte dieses Rauschen nicht beobachtbar sein. Wenn nun aber die diskreten Raumzeitstrukturen nicht mehr von der Größe der Plancklänge, sondern von der Größe eines Protons sind, dann würde dieses Rauschen tatsächlich sichtbar werden.

In dem zitierten Papier wird dies nun so hergeleitet - und tatsächlich hatte man bereits vorher am GEO600 ein derariges (unerklärliches) Rauschen beobachtet!!!

Level of holographic noise in interferometry
Offensichtlich ist dies aber doch nicht so einfach; hier wird nämlich argumentiert, dass nichtlinieare Effekte die Skala, auf der das Rauschen auftritt, wieder deutlich verringern sollten, so dass letztlich kein sichtbarer Effekt auftritt.

Gravitationswellendetektor bei Hannover testet holographisches Universum
Eine Zusammenfassung der Diskussion findet ihr auch hier. Darin wird auch argumentiert dass bauartbedingt das GEO600 Experiment das einzieg Gravitationswellenexperiment ist, das (zufälligerweise) für derartige Effekte empfindlich ist.

Es wäre interessant zu wissen, ob ähnliche Effekte auch in anderen Theorien der Quantengravitation auftreten können, oder ob das holographische Prinzip hier eindeutige bestätigt (bzw. widerlegt) werden kann. Die Argumentation, dass aufgrund des holographischen Prinzips die Körnigkeit der Raumzeit viele Größenordnungen oberhalb der Plancklänge auftritt, ist wohl sehr spezifisch für diese Theorie (andere Theorien würden dies nicht unbedingt ausschließen, es gäbe jedoch keinen zwingenden Grund dafür)

Jedenfalls scheinen Effekte, die sich auf der Größenordnung der Plancklänge selbst abspielen, hier deutlich unterhalb der Nachweisgrenze zu liegen. Im Rahmen der LQG wurde ja argumentiert, dass Lichstrahelne selbst an den diskreten Strukturen der Raumzeit streuen, was eine frequenzabhängigen Dispersionsrelation sowie eine Korrektur der Beziehung E² = p² + m² erzeugt. Dadurch sollten über astronomische Entfernungen hinweg die Lichtlaufzeiten für unterschiedliche Frequenzen deutlich abweichen, was z.B. dazu führt, dass bei einem Gamma-Ray-Burst die Photonen unterschiedlicher Energie zu unterschiedlichen Zeiten bei uns ankommen. Im Rahmen der LQG kann jedoch die Längenskala der diskreten Strukturen nicht exakt vorhergesagt werden, da immer noch der Wert des sogenannten Immirzi-Parameter (ein freier Parameter, der im Rahmen der Quantisierung entsteht) nicht exakt bestimmt werden kann. Man geht heute jedoch davon aus, dass dieser Parameter von der Größenordnung 1 - 10 ist, dass also die diskreten Strukturen von der Größenordnung der Plancklänge bleiben. Damit wären derartige Effekte am GEO600 aber wohl nciht beobachtbar.

[tomS]

ist kein Aprilscherz - ehrlich!

[gravi]

Kann ich auch bestätigen, ist schon länger bekannt...

Gruß
gravi

[wilfried]

Tag zusammen

ja das mit diesem holographischen Universum klingt schon interessant. jedoch auch die Anmerkungen der Kollegen, die sich Sorge um das Rauschen und dessen Interpretation nachfagen sind sehr sehr ernst zu nehmen.

Messungen, die höchst präzise sein müssen verlangen nicht nur ein extremst ausgefeiltes Messequipment, sie verlangen viel viel Erfahrung und deshalb sind gerade in solchen Fällen Irrtümer an der Tagesordnung. Vieleicht sage ich statt Irrtümer besser:
die Lernkurve muß erst durchschritten werden. Man muß über die Ergebnisse und der Methodik des Zustandekommens dieser Daten sehr tief nachdenken.

Das alles muß in einen Konsens mit den Theoretikern gebracht werden, so daß sich Theorie und Messung schliesslich zu einem festen Gebilde vereinen.

Da ist noch ein langer langer Weg zu gehen und der ist sehr spannend.

Netten Gruß

Wilfried