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Forschungsgruppe | Quantum-Gravity Phenomenology, General and Special Relativity

Ein Beobachter auf der Erde (im Raum-Zeit-Diagramm durch eine durchgezogene vertikale Linie repräsentiert) sendet ein Lichtsignal (gestrichelte gerade Linie) am Raum-Zeitpunkt p0 zu einem Satelliten (durchgezogene gekrümmte Kurve), wo es am Raum-Zeitpunkt p1 ankommt und zurück zur Erde reflektiert wird und dort am Raum- Zeitpunkt p2 wieder empfangen wird. Auf seiner Hin- und Rückreise erleidet es drei Änderungen: je eine auf sei- nem Weg zum und vom Satelliten als Folge einer zeitveränderlichen Geometrie der Raum-Zeit und eine als Folge der Reflektion. Entsprechend kann man den Quotienten aus empfangener (ω2) zu abgesandter (ω0) Frequenz in drei Anteile zerlegen, die wir für einige relevante Modelle einer gekrümmten Raum-Zeit berechnet haben. Abbildung: D. Giulini

Nach der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Gravitation eine Folge der geometrischen Struktur der Raum-Zeit. Letztere formt und entwickelt sich gemäß den Einstein‘schen Gleichungen in einer Weise, die direkt mit der Verteilung von Energie und Impuls der Materie zusammenhängt. Andererseits werden aber bisher alle nicht-gravitativen Wechselwirkungen durch Strukturen beschrieben, die eine feste Geometrie der Raum-Zeit zugrunde legen und keinerlei dynamische Rückwirkungen auf diese erlauben. Man läuft also unausweichlich in das Dilemma, erklären zu müssen, wie der offensichtliche Widerspruch aufzuklären ist, der in der gleichzeitigen Verwendung zweier so unterschiedlicher Raum-Zeit-Modelle liegt. Insbesondere muss dabei auch das Verhältnis von Allgemeiner Relativitätstheorie und Quantentheorie eine Klärung erfahren, werden doch alle nicht-gravitativen Wechselwirkungen im Rahmen der Letzteren beschrieben.

Das Augenmerk dieser Arbeitsgruppe liegt auf dem Erwerb eines physikalischen Verständnisses und Leitfadens für die Wege, auf denen eine solche Vereinigung versucht und erreicht werden kann. Dabei untersuchen wir konkrete Probleme, wie zum Beispiel den Einfluss einer variablen Raum-Zeit-Geometrie auf die Ausbreitung von Signalen, deren Relevanz von der Satellitennavigation bis hin zu möglichen Signaturen einer eigentlichen Theorie der Quantengravitation reicht, Letzteres aufgrund der vorhergesagten charakteristischen Änderungen der Dispersionsrelationen für ultra-hochenergetische Photonen. Weiterhin beschäftigt sich die Arbeitsgruppe mit dem Einfluss der Krümmung und der kosmologischen Expansion auf die Bewegung und Stabilität quasi-lokalisierter ausgedehnter Objekte, angefangen von einzelnen Sternen bis hin zu Galaxienhaufen. Auf viel kleineren Skalen werden mögliche Effekte untersucht, die die Gravitation auf die Ausbreitung und das Zerfließen von Materiewellenpaketen in der Quantenmechanik besitzt und die einigen Modellrechnungen zufolge durchaus in Reichweite atominterferometrischer Messungen in naher Zukunft liegen können.