Als der Molekularbiologe Francis Crick 1953 auf der psychedelischen Droge LSD stolperte, fasste sein Geist bekanntermaßen alle seine früheren Forschungen zur menschlichen DNA zusammen, um sich das Bild einer Doppelhelix auszudenken. Mehr als sieben Jahrzehnte später glaubt der Mathematiker Robert Monjo, eine ähnlich bedeutsame Doppelhelix entdeckt zu haben – diesmal jedoch nicht als Struktur der menschlichen DNA, sondern als Struktur der Raumzeit selbst.
„Unsere Studie vervollständigt die Arbeit von Albert Einstein bei seinem Versuch, Schwerkraft und elektromagnetische Kräfte in derselben geometrischen Theorie in Beziehung zu setzen“, sagte Monjo, Professor für Mathematik an der Saint Louis University in Spanien, gegenüber Salon. Während es wie ein seltsamer Zufall erscheinen mag, dass die Raumzeit einem analogen technischen Bauplan folgt wie der menschliche Körper, argumentiert Monjo, dass dies vollkommen logisch sei.
„Der eigentliche Zusammenhang zwischen Physik und Molekularbiologie besteht darin, dass Krümmung und Torsion die wahrscheinlichsten Lösungen (minimale Energie bei wirkenden Kräften) für Teilchenpfade und für den Entwurf stabiler Strukturen sind“, sagte Monjo. „Der Vergleich mit der DNA ist eher eine Metapher, aber in gewisser Weise besteht die erwähnte Verbindung zur Lösung von Pfaden.“
In Zusammenarbeit mit Dr. Rutwig Campoamor-Stursberg und seinem Mathematikkollegen Álvaro Rodríguez Abella führte Monjo umfangreiche algebraische und andere mathematische Berechnungen durch – viele davon stützten sich auf vorhandene Forschungen zur theoretischen Physik –, um zu ihren Schlussfolgerungen zu gelangen. Ihre Studie wurde im Oktober in der Zeitschrift General Relativity and Gravitation veröffentlicht.
„Wir können Bewegungstransformationen durchführen, sodass Schwerkraft und Elektromagnetismus aus derselben Raumzeitgleichung abgeleitet werden können.“
Monjos Theorie trägt dazu bei, wissenschaftliche Konzepte der Newtonschen Schwerkraft mit unserem Wissen über Elektromagnetismus zu vereinen. Einstein war überzeugt, dass eine solche einheitliche Theorie existiert, und zeigte zu seinen Lebzeiten, dass seine Relativitätstheorie auf die Newtonsche Mechanik sowie auf andere wichtige Konzepte anwendbar ist, die Elektromagnetismus, Optik, elektrische und magnetische Schaltkreise umfassen.
„Das war bereits eine erste Vereinheitlichung der Transformationen der Mechanik, da die Physik bis dahin als zwei verschiedene Welten betrachtet wurde“, erklärte Monjo und verglich die physikalischen Konzepte des Physikers Isaac Newton mit denen eines ähnlich grundlegenden Physikers, James Clerk Maxwell. „Einstein verallgemeinerte dann seine Idee auf die Relativitätstheorie der Gravitationskraft (Allgemeine Relativitätstheorie, 1915-1916) und arbeitete mehr als ein Jahrzehnt daran, sie zu verbessern, aber er konnte die Arbeit für die elektromagnetische Kraft nicht abschließen.“ Unsere Arbeit geht genau an diesem Punkt an: Wir können Bewegungstransformationen durchführen, sodass aus derselben Raumzeitgleichung Schwerkraft und Elektromagnetismus abgeleitet werden können.“
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Dr. Djordje Minic, Professor für Physik sowie Teilchen- und Stringtheorie an der University of Texas in Austin, ist sich dieser Schlussfolgerungen nicht so sicher. Er stellte fest, dass die teleparallele Schwerkraft – die von Einstein vorgestellte konzeptionelle einheitliche Theorie – „verschiedene Probleme“ hat, beginnend mit der lokalen Lorentz-Symmetrie oder der Theorie, dass in der Physik die Gesetze für alle Beobachter, die sich relativ zueinander bewegen, gleich sind.
„Zu sagen, dass Materiewechselwirkungen alle aus der Metrik der klassischen Raumzeit stammen, bedeutet zumindest naiv, dass die Quantenraumzeit – was auch immer das empirisch bedeutet – keine wirkliche Rolle spielt oder dass die grundlegenden Fragen der Quantentheorie in der Quantentheorie einfach irrelevant sind.“ Schwerkraft und Materie“, sagte Minic. Materie ist Quanten, wie wir wissen, und wenn Materie aus der Raumzeitmetrik stammt, was passiert dann mit der beobachteten Unterscheidung zwischen Quanten- und klassischen Korrelationen – zum Beispiel interferieren Quantenwahrscheinlichkeiten, klassische nicht.“
„Die Autoren sagen nun, dass Raumzeitkoordinaten Matrizen sind, aber was bedeutet das für das experimentell getestete Standardmodell, dessen Quantenfelder in der klassischen Raumzeit leben?“ Minic fuhr fort. „Welche Konsequenzen hat dieser Ansatz für die beobachtete Vakuumenergie (kosmologische Konstante) und die beobachteten Massen der Elementarteilchen?“ Der Begriff „Vakuumenergie“ bezieht sich auf den Energiehintergrund, der das gesamte Universum innerhalb oder außerhalb eines Vakuums durchdringt. Eine kosmologische Konstante ist ein berühmter Teil von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie und bezieht sich auf eine beliebige Konstante, die in allen zugehörigen Feldgleichungen vorhanden ist. Elementarteilchen schließlich sind Protonen, Elektronen, Neutronen und alle anderen Teilchen, die kleiner als ein Atom sind.
Während die Autoren argumentieren, dass Raumzeitkoordinaten Matrizen seien, sagte Minic: „Ich sehe keine tiefgreifenden Konsequenzen aus dieser Aussage!“ Was passiert mit Quantenkorrelationen in dieser Matrix-Wert-Raumzeit? Erfüllen sie die Quanten-Bell-Grenze? Wie wird die Quantenwahrscheinlichkeit berechnet? Ist die Born-Regel noch gültig? Gibt es neue überprüfbare Vorhersagen?“
Das Bell-Theorem bezieht sich darauf, wie die Quantenmechanik verschränkte Elektronen vorhersagt, wodurch sie nichtlokal werden – was oft als „spukhafte Fernwirkung“ bezeichnet wird. Die Born-Regel verbindet die Mathematik der Quantentheorie mit den Ergebnissen von Experimenten, was das Fachgebiet überhaupt zu einer legitimen wissenschaftlichen Disziplin macht. Es scheint, dass diese neue Theorie des Universums noch viel zu erklären hat. Minic argumentierte stattdessen, dass die Quantentheorie hinter Einsteins Gravitations- und Standardmodell für Materie die gravitisierte Quantentheorie sei.
„Bei diesem Ansatz wird die derzeit festgelegte Geometrie der Quantentheorie, die an die Born-Regel für Quantenwahrscheinlichkeiten gebunden ist, dynamisch, in Analogie zur dynamischen Raumzeitmetrik der Allgemeinen Relativitätstheorie“, sagte Minic. „Dies hängt letztendlich mit der Metastringtheorie zusammen, einer intrinsisch nichtkommutativen und phasenraumähnlichen Formulierung der Stringtheorie.“ Ihr Ansatz versucht, eine kosmologische Konstante sowie die Eigenschaften von Leptonen und Quarks zu beleuchten.
„Es gibt eine neue Vorhersage, die mit intrinsischer Quanteninterferenz dreifacher (und höherer Ordnung) und einer dynamischen Born-Regel zu tun hat, die experimentell getestet werden kann“, sagte Minic. „Generell brauchen wir Experimente zur Quantengravitation, nicht nur Theorien. Mit Experimenten werden wir echte Wissenschaft haben, und genau das wollen wir alle in unserem Bestreben, das Universum ein bisschen besser und vollständiger zu verstehen.“
Im Gegensatz zu Minic lobte Dr. Avi Loeb, Professor für theoretische Physik an der Harvard University, das Papier als „hochtechnisch und bietet eine neuartige mathematische Möglichkeit, Wechselwirkungen zwischen Teilchen auf einheitliche geometrische Weise zu beschreiben, einschließlich Schwerkraft und Elektromagnetismus.“ Loeb fügte hinzu, dass seine Ergebnisse zur Schaffung eines neuen Vereinigungsschemas von Quantenmechanik und Schwerkraft verwendet werden könnten, und sagte, die tiefere Bedeutung der Doppelhelixstruktur bestehe darin, dass es sich „einfach um ein mathematisches Ergebnis handelt, das nichts mit Biologie zu tun hat“. Dass es hier und in der menschlichen DNA vorkommt, ist ein bemerkenswerter Zufall.“
