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Schwerkraft und Schwarze Löcher

Georgi Dvali erhält ERC Advanced Grant

München, 09.10.2013

Der theoretische Physiker Professor Georgi Dvali wird gemeinsam mit Professor Cesar Gomez (Instituto de Física Teórica, Madrid) vom Europäischen Forschungsrat (ERC) mit einem mit rund 1,2 Millionen Euro dotierten Advanced Investigator Grant ausgezeichnet. Mit ERC Advanced Grants werden europäische Forscher geehrt, die bereits herausragende Leistungen erbracht haben und für neue hoch innovative Forschungsvorhaben die nötigen Freiheiten erhalten sollen.

Professor Georgi DvaliGeorgi Dvali ist ein weltweit anerkannter Experte auf dem Gebiet der Fundamentalphysik und erforscht die Struktur von Raum und Zeit sowie die Natur der Gravitation, also der Schwerkraft. Gemeinsam mit Cesar Gomez untersucht er in dem vom ERC geförderten Projekt zwei fundamentale Fragestellungen auf dem Gebiet der Gravitation: Zum einen erforschen die Wissenschaftler das Verhalten der Schwerkraft auf sehr kleinen Skalen, wo die beteiligten Teilchen sehr energiereich sind. Zum anderen geht es um die quantenphysikalischen Eigenschaften großer schwarzer Löcher.

Dvali und Gomez verfolgen dabei einen neuen Ansatz, der die beiden auf den ersten Blick voneinander unabhängigen Fragestellungen zusammenführen soll: Bisher wird in der Wissenschaft weithin angenommen, dass die Quantentheorie nur für die mikroskopisch kleine Welt der Elementarteilchen relevant ist, während große makroskopische Objekte – wie etwa Menschen, Planeten oder Galaxien oder auch Schwarze Löcher - den klassischen physikalischen Gesetzen der allgemeinen Relativitätstheorie unterliegen, die die Schwerkraft als die fundamentale Kraft im Universum beschreibt.

Der Ansatz von Dvali und Gomez bricht mit diesem Stereotyp: Die Wissenschaftler postulieren, dass Schwarze Löcher unabhängig von ihrer Größe als Quantenobjekte betrachtet werden müssen, die mit den klassischen physikalischen Gesetzen nur ungenügend beschrieben werden können. Sie betrachten Schwarze Löcher als Bose-Einstein-Kondensate, also als Systeme aus ununterscheidbaren Teilchen, hier sogenannten Gravitonen. Gravitonen sind hypothetische Quantenteilchen, die die Schwerkraft vermitteln sollen. Bose-Einstein-Kondensate verhalten sich wie ein einziges Quantenobjekt, weil alle Teilchen quasi „im Gleichschritt“ marschieren und sich überwiegend im selben quantenmechanischen Zustand befinden – und zwar an einem kritischen Punkt des Übergangs zwischen verschiedenen Quantenphasen. Dies impliziert, dass das makroskopische System des Schwarzen Lochs sehr empfindlich auf Energieschwankungen - sogenannte Quantenfluktuationen – reagiert und nicht mit den klassischen Gesetzen der Physik beschrieben werden kann.

„Schwarze Löcher besitzen einige mysteriöse oder sogar paradoxe Eigenschaften, wenn man sie mit den klassischen Gesetzen der Physik analysiert. Unsere Theorie könnte der Schlüssel zu ihrem besseren Verständnis sein”, sagt Dvali. „Wenn man die Physik der Schwarzen Löcher unter quantenphysikalischen Gesichtspunkten betrachtet, lassen sich unserer Überzeugung nach alle vorhandenen Mysterien und Paradoxien des Schwarzen Lochs erklären – und fundamentale Fragen in Physik und Kosmologie beantworten“.

Dvali wurde in Tiflis in Georgien geboren und verbrachte dort seine Studien- und Promotionszeit. Nach Stationen am „International Center for Theoretical Physics“ in Triest, am Kernforschungszentrum CERN in Genf und der Universität Pisa wechselte er 1998 an die Universität New York, wo er seit 2006 einen Silver Lehrstuhl für Physik inne hat. Im Jahr 2000 wurde Dvali mit dem New York City Mayor's Award for Excellence in Science and Technology geehrt. 2008 wurde Dvali mit einer Alexander-von-Humboldt-Professur ausgezeichnet und übernahm den Lehrstuhl für Theoretische Elementarteilchenphysik am Arnold-Sommerfeld-Zentrum für Theoretische Physik an der LMU. Zudem ist Dvali Direktor am Max-Planck-Institut für Physik.
göd

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