Die induzierte Schwerkraft wurde 1967 von Andrei Sacharow vorgestellt. Er meinte mit seiner Theorie, dass es auf einem klassischen Hintergrund nur Materiefelder gäbe und dass der Raum flach und nicht gekrümmt sei. Was wir als gekrümmten Raum und Schwerkraft betrachten, sind der Theorie zufolge nur Nebeneffekte der Wechselwirkung der Materie.
"Die Idee ist noch neu und erfordert viele Annahmen in den Berechnungen, damit sie funktioniert. Im Laufe der Jahre waren die experimentellen Ergebnisse gemischt.
Im Jahr 2009 schlug der theoretische Physiker Erik Verlinde eine radikale Neuformulierung der Schwerkraft vor. In seiner Theorie ist die Schwerkraft keine fundamentale Kraft, sondern vielmehr eine Manifestation tiefer verborgener Prozesse. Aber in den 15 Jahren seitdem gab es nicht viel experimentelle Unterstützung für die Idee. Wohin gehen wir also als nächstes?
Emergenz ist in der gesamten Physik weit verbreitet. Die Temperatureigenschaft ist beispielsweise keine intrinsische Eigenschaft von Gasen. Stattdessen ist es das entstehende Ergebnis unzähliger mikroskopischer Kollisionen. Wir verfügen über die Werkzeuge, um diese mikroskopischen Kollisionen der Temperatur zuzuordnen. Tatsächlich gibt es einen ganzen Zweig der Physik, die sogenannte statistische Mechanik, der diese Zusammenhänge aufzeigt.
In anderen Bereichen sind die Zusammenhänge zwischen mikroskopischem Verhalten und entstehenden Eigenschaften nicht so klar. Während wir beispielsweise die einfachen Mechanismen hinter der Supraleitung verstehen, wissen wir nicht, wie mikroskopische Wechselwirkungen zur Entstehung von Hochtemperatur-Supraleitern führen.
Verlindes Theorie basiert auf den Beobachtungen von Stephen Hawking und Jacob Bekenstein in den 1970er Jahren: Viele Eigenschaften von Schwarzen Löchern können durch die Gesetze der Thermodynamik ausgedrückt werden. Die Gesetze der Thermodynamik ergeben sich jedoch selbst aus mikroskopischen Prozessen. Für Verlinde war dies mehr als nur ein Zufall und deutete darauf hin, dass das, was wir als Schwerkraft wahrnehmen, möglicherweise aus einem tieferen physikalischen Prozess hervorgeht.
2009 veröffentlichte er die erste Version seiner Theorie. Entscheidend ist, dass wir nicht wissen müssen, um welche tieferen Prozesse es sich handelt, da wir bereits über den Werkzeugkasten – die statistische Mechanik – zur Beschreibung entstehender Eigenschaften verfügen. Also wandte Verlinde diese Techniken auf die Schwerkraft an und gelangte zu einer alternativen Formulierung der Schwerkraft. Und da die Schwerkraft auch mit unseren Vorstellungen von Bewegung, Trägheit, Raum und Zeit verknüpft ist, bedeutet dies, dass auch unser gesamtes Universum aus denselben tieferen Prozessen hervorgeht.
Daraus wurde zunächst nicht viel; Das Umschreiben eines bekannten Gesetzes der Physik ist zwar interessant, liefert aber nicht unbedingt tiefere Einblicke. Doch 2016 erweiterte Verlinde seine Theorie, indem er entdeckte, dass ein Universum, das dunkle Energie enthält, auf natürliche Weise zu einer neuen entstehenden Eigenschaft des Raums führt und es ihm so ermöglicht, in Regionen mit geringer Dichte nach innen zu dringen.
Diese Entdeckung löste große Aufregung aus, da sie eine alternative Erklärung für Dunkle Materie lieferte. Derzeit glauben Astronomen, dass Dunkle Materie eine mysteriöse, unsichtbare Substanz ist, die den Großteil der Masse jeder Galaxie ausmacht. Während diese Hypothese eine Vielzahl von Beobachtungen erklären konnte, von den Rotationsraten von Sternen in Galaxien bis hin zur Entwicklung der größten Strukturen im Kosmos, müssen wir aber das mysteriöse Teilchen noch identifizieren.
In Verlindes Bild der entstehenden Schwerkraft verhält sich die Schwerkraft anders, als wir es von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie erwarten würden, sobald man Regionen mit geringer Dichte betritt – im Grunde alles außerhalb des Sonnensystems. Auf großen Skalen gibt es eine natürliche Anziehungskraft nach innen, die die Materie dazu zwingt, sich stärker zu verklumpen, als dies sonst der Fall wäre.
Diese Idee war aufregend, weil sie es den Astronomen ermöglichte, einen Weg zu finden, diese neue Theorie zu testen. Beobachter könnten diese neue Gravitationstheorie in Modelle der Galaxienstruktur und -entwicklung einbauen, um Unterschiede zwischen ihr und Modellen der Dunklen Materie zu finden.
Im Laufe der Jahre waren die experimentellen Ergebnisse jedoch gemischt. Einige frühe Tests bevorzugten die entstehende Schwerkraft gegenüber der Dunklen Materie, wenn es um die Rotationsraten von Sternen ging. Neuere Beobachtungen haben jedoch keinen Vorteil festgestellt. Und dunkle Materie kann auch viel mehr als nur die Rotationsraten von Galaxien erklären; Tests innerhalb von Galaxienhaufen haben ergeben, dass die entstehende Schwerkraft zu kurz kommt.
Dies bedeutet nicht das Ende der aufkommenden Schwerkraft. Die Idee ist noch neu und erfordert viele Annahmen in den Berechnungen, damit sie funktioniert. Ohne eine vollständig verwirklichte Theorie ist es schwer zu sagen, ob die Vorhersagen, die sie für das Verhalten von Galaxien und Haufen macht, genau das widerspiegeln, was uns die entstehende Schwerkraft sagen würde. Und Astronomen versuchen immer noch, strengere Tests zu entwickeln, beispielsweise mithilfe von Daten aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund, um die Theorie wirklich auf Herz und Nieren zu prüfen.
Die entstehende Schwerkraft bleibt eine faszinierende Idee. Wenn es richtig ist, müssten wir unser Verständnis der natürlichen Welt radikal umgestalten und Schwerkraft und Bewegung – und noch grundlegendere Konzepte wie Zeit und Raum – durch die Linse des Entstehens aus tieferen, komplizierteren Wechselwirkungen betrachten. Aber im Moment bleibt es einfach eine faszinierende Idee. Nur die Zeit und umfangreiche Beobachtungstests werden uns zeigen, ob das ein richtiger Weg sind."
