Physiker verknüpfen Gravitation und Quanteninformation bei der Herleitung der Einstein-Gleichung

Einsteins Theorie der allgemeinen Relativitätstheorie beschreibt Gravitation als Krümmung von Raum und Zeit, die durch Materie und Energie verursacht wird. Die Quantentheorie beschreibt die mikroskopische Welt. Eine am 12. Oktober 2026 von Phys.org berichtete Forschungsarbeit zeigt, dass Gravitation und Quanteninformation tief miteinander verbunden sind und dass die Form der Raumzeit auf die Art und Weise zurückgeführt werden kann, wie Information in Quantenfeldern gespeichert ist.

Im Jahr 1995 zeigte der Physiker Ted Jacobson, dass Einsteins Gleichungen aus der Thermodynamik, der Physik von Wärme und Entropie, hergeleitet werden können, ähnlich wie die Gesetze, die ein Gas bestimmen, aus der Bewegung seiner Moleküle hervorgehen. Laut Phys.org legte dies nahe, dass Gravitation nicht fundamental sein könnte, sondern aus etwas Tieferem hervorgehen könnte. Die neue, in Physical Review Letters veröffentlichte Studie rekonstruiert diese Herleitung mit mathematischen Methoden, die Quanteninformation mit der Geometrie der Raumzeit verbinden.

Die Autoren verwenden die relative Quantenentropie statt des klassischen Entropiebegriffs. Laut Phys.org misst die relative Entropie, wie gut zwei Quantenzustände auseinandergehalten werden können, ähnlich wie man eine vorbeiziehende Welle vom ständigen Wellenspiel des Meeres unterscheidet. Dr. Albert Much, Assistenzprofessor für Quantenfeldtheorie und allgemeine Relativitätstheorie und Mitautor der Studie, sagte: „Wir zeigen, dass diese Größe, ausgewertet an einem Horizont – einer Grenze in der Raumzeit, jenseits derer keine Information empfangen werden kann –, gleich der Energie ist, die über diesen Horizont fließt.“

Much sagte, die Beziehung zwischen Entropie und der Fläche von Horizonten, die Bekenstein und Hawking veranschaulicht hätten, sei gut etabliert. Er sagte, ihre Kombination mit dem Ergebnis zur relativen Entropie führe direkt zu den Gleichungen, die beschreiben, wie Quantenmaterie die Raumzeit krümmt. Die Autoren sagten, die Bedeutung ihrer Ergebnisse beruhe auf der echten Neuheit ihres Beweises. Sie räumten ein, dass die grundlegenden Bestandteile der Verbindung zwischen Information und Gravitation bereits bekannt waren, und sagten, die Beziehung sei oft eher durch physikalische Intuition und Argumente, die etwas nahelegen, als durch strenge mathematische Beweise dargestellt worden.

Phys.org berichtete, dass die Arbeit und ausführliche Gespräche mit den Autoren nahelegen, die Forschung könne neue Hinweise auf den Ursprung der Gravitation liefern – eine vorläufige Schlussfolgerung, die auf ihrer Verwendung der relativen Quantenentropie beruht. Dem Bericht zufolge stützte sich die Verbindung zwischen Entropie und Gravitation jahrzehntelang auf Analogien zur klassischen Thermodynamik. Die Autoren sagten, die Arbeit sei ein bedeutender Schritt zum Verständnis der Quantengravitation, des offenen Problems, die allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantentheorie zu vereinen.