00:00:08:

00:00:34: Wir kommen bei Rietzel der Wissenschaft im Standard-Podcast über die großen Fragen der Menschheit.

00:00:40: Ich bin David Renert

00:00:41: und ich bin Tanja Traxler, wir beschäftigen uns jeden zweiten

00:00:45: Mittwoch

00:00:45: mit den ganz

00:00:46: Großen

00:00:47: und ganz kleinen Mysterien in unserem Universum.

00:00:50: Heute geht es um eine Frage an der Physikerinnen und Physiker seit Jahrzehnten arbeiten, die zu den größten ungelösten Rätseln der Wissenschaft gehört.

00:01:01: Wie lassen sich die Relativitätstheorie und die Quantenphysik zusammenführen?

00:01:06: Die Quantenfysik- und Relativitätstheorie gelten ja als die beiden großen Säulen der modernen Physik.

00:01:14: Beide dieser Theorien sind vielfach experimentell bestätigt Und dennoch gibt es ein Problem, sie passen nämlich nicht zusammen.

00:01:22: Die Quantenphysik beschreibt vor allem das Verhalten kleinster Teilchen.

00:01:27: Das gilt nicht immer, teilweise geht's auch um sehr große Distanzen aber meistens gehts um sehr kleine Skalen und dort gelten Regeln die unseren Alltagserfahrungen immer wieder widersprechen.

00:01:40: Teilchen können mehrere Zustände gleichzeitig einnehmen und Ereignisse lassen sich nur mit Wahrscheinlichkeiten vorhersagen.

00:01:49: Nicht mit absoluten Gewissheiten, wir haben darüber schon in früheren Folgen

00:01:54: gesprochen.".

00:01:55: Die Relativitätstheorie wiederum hat völlig andere Skalen im Blick – sie erklärt warum Planeten ihre Bahnen ziehen und wie Raum und Zeit miteinander verknüpft sind?

00:02:06: Will man diese beiden Theorien nun zusammenführen, ergeben sich einige Schwierigkeiten.

00:02:11: Zum Beispiel liegt ihnen ein völlig anderes Verständnis von Raum und Zeit zugrunde.

00:02:17: In der Quantenphysik spielt außerdem der Zufall eine sehr große Rolle aber auch unschärfen Überlagerungszustände

00:02:24: usw.,

00:02:26: Und in der Relativitätstheorie tritt all das nicht zu Tage.

00:02:29: Wie passt es also zusammen?

00:02:32: Seit hundert Jahren wird an dieser Frage gearbeitet und an unterschiedlichen Theorien, wie man das zusammenführen könnte.

00:02:40: Und es gibt inzwischen mehrere theoretische Ansätze zum Beispiel die String-Theorie oder die Quantenschleifengravitation.

00:02:47: Bislang fehlen aber belastbare experimentelle Daten um da einen entscheidenden Durchbruch zu erzielen und sagen zu können ja dass ist die Theorie beides vereint was wir da beobachten können.

00:03:00: Genau da kommt die Forschung von Markus Aspelmeier ins

00:03:03: Spiel.

00:03:04: Markus Aspelmeier ist Professor für Quantenphysik an der Universität Wien.

00:03:09: und wissenschaftlicher Direktor des Instituts für Quantenoptik- und Quanteninformation der Akademie der Wissenschaften in Wien.

00:03:16: Und Ziel seiner Forschung ist es, Experimente zu entwickeln die erstmals zeigen könnten wie sich Gravitation und Quantenfysik nun tatsächlich zueinander verhalten also was wir über diese Theorien tatsächlich mit Experimenten aussagen können.

00:03:35: Die Forschenden untersuchen dabei, wie klein eine Masse sein kann, deren Gravitationsfeld noch messbar ist und gleichzeitig, wie groß Objekte sich nach den Gesetzen der Quantenphysik verhalten können.

00:03:51: In hochspezialisierten Laboren werden zum Beispiel Glasteilchen von der Größe eines Sandkorns im Vakuum mit Licht, also mit Laserstrahlen kontrolliert und in Quantenzustände versetzt.

00:04:06: Langfristig sollen diese Experimente dann zeigen ob auch die Gravitation den Gesetzen der Quantenphysik folgt Und dafür hat Markus Aspelmeier vergangene Woche eine wichtige Unterstützung erfahren.

00:04:18: Er wurde nämlich mit dem diesjährigen Wittgensteinpreis ausgezeichnet, der als wichtigster Wissenschaftspreis Österreichs gilt.

00:04:26: Wir haben mit Markus Asbelmeier darüber gesprochen warum ausgerechnet jetzt ein historisches Zeitfenster anbrechen könnte wo ein entscheidender Durchbruch in dieser schon seit sehr langen bestehenden Frage gelingen könnte.

00:04:41: Das ist eine gute Frage.

00:04:42: Die meisten Fortschritte, die man gesehen hat in den letzten Jahrzehnten waren im Bereich der Theorie weil trotz vieler Aussagen dass es unmöglich ist Quantenphysikongravitation zusammenzubringen das stimmt ja nicht.

00:04:56: also wir haben ja Theorien der Quantengravitation also de facto können wir das hinschreiben.

00:05:03: Das Problem ist noch, wir wissen nicht ob sich die Natur so verhält.

00:05:06: Also das ist die Tatsache, dass man sieht, was man auf dem Papier schreiben kann – die Theorie heißt nur lange etwas, die die Natur daran halten muss.

00:05:15: und es war eine lange Zeit hat man geglaubt, dass diese Phänomene so klein sind, dass sie experimentell nicht zugänglich sind.

00:05:24: Dasselbe galt übrigens auch für Graviationswelten.

00:05:26: also das war ungefähr dieselbe Zeit.

00:05:28: So einen Ende der Fünfziger da haben sich die Leute erstmals Gedanken über die Phänomenologie der Gravitation im Bezug auf Gravationswellen, aber auch in Bezug Fandtengravitation gemacht.

00:05:42: Und damals war die vorherrschende Einheitliche Meinung.

00:05:47: Unisono hieß es, das sind alles interessante Effekte.

00:05:51: Die sind aber so klein, dass es zum einen momentan keine Experimente gibt und wir werden niemals Experimentes bekommen!

00:05:59: Bei den Gravationswellen wüsst man, seit Jahrzehnten, es stimmt nicht.

00:06:02: Wir können mittlerweile Gravionswellen messen fast schon täglich, mittlerweile so gut sind wir mittlerweile.

00:06:08: und tatsächlich was eben auch passiert ist, dass die Experimente, Quantenexperimente mit großen Objekten, also makroskopische Quantenphysik ist so der Schlagwort das sich da in den letzten Jahrzehn wahnsinnig viel getan hat.

00:06:24: Also wir haben jetzt immer mal einen.

00:06:27: Lieblingsbeispiele sind natürlich die Experimente von meinem Kollegen Markus Arndt mit diesen Molekulinterferenzen.

00:06:33: Also du siehst Quantenphänomene bei Objekten, mit der Zehntausenden und Hunderttausendern von Atomen.

00:06:40: Wir haben in den letzten zwanzig Jahren viel Zeit investiert um Festkörperobjekte.

00:06:45: also das sind wirklich so wie kleine Sprungbretter wenn ihr hier innert.

00:06:48: Haben wir vor zwanziger Jahren schon gezeigt dass wir Methoden der Laserkühlung anwenden können um diese kleinen Sprungbetter ins Quantenregime zu treiben.

00:06:55: Und da ist das Potenzial.

00:06:57: Ja, weil diese Objekte haben Masse und jetzt haben wir erstmals eigentlich die Methoden in der Hand mit der man die Masse von Quantenobjekten groß machen kann.

00:07:08: Das hat man aus den Sechzig-Siebzig Jahren noch nicht und dann hat man auch gar nicht gedacht.

00:07:12: Also das waren so Denkmöglichkeiten, dass diese experimentellen Fähigkeiten irgendwann mal da sind.

00:07:18: Da sind wir jetzt.

00:07:19: deswegen... Jetzt ist die Zeit.

00:07:21: Die Forschungsgruppe von Markus Aspelmeier ist klarerweise nicht das einzige Team, dass daran arbeitet bei dieser entscheidenden Frage einen Durchbruch zu erzielen.

00:07:30: Es könnte ja immerhin ein Nobelpreis winken!

00:07:33: Das wäre glaube ich ziemlich sicher wenn es gelingt.

00:07:36: Worin sieht AspelMeier aber das Alleinstellungsmerkmal seiner Forschungskruppe im internationalen Kontext?

00:07:42: Ich glaub wir sind für uns darin Vermessung von kleinsten Gravitationsfeldern, also wirklich Präzisionsmessungen im Gravitrationsbereich verbinden damit Quanten Objekte immer massiver zu machen bis hin dann in einem Bereich, indem wir hoffentlich irgendwann deren Graviolationsfeld messen können.

00:08:05: Also das ist so diese Kombination dass man beides hat die Phänomologie auf der Graviolation Seite und auf der Quantenseite und giedern zusammen bei.

00:08:13: ich glaube Das macht unsere Forschung einzigartig anstatt sich auf eines jetzt in dem Fall zu fokussieren und zu versuchen zum Beispiel nur die Quantenphysik voranzubringen oder nur die Gravationsphysika heranzubringen.

00:08:27: Schauen wir, dass wir an beiden Fronten neue Weltrekorde aufstellen und dann schauen das man sich zusammenbringen

00:08:33: kann.

00:08:34: Beim Aufstellen neuer wissenschaftlicher Weltrekorder kann natürlich auch der Wittgensteinpreis helfen.

00:08:40: er ist mit zwei Millionen Euro dotiert und wird vom Wissenschaftsfonds FWF vergeben.

00:08:46: Das Preiscelt ist dabei zweckgebunden für die Forschung Und Aspelmeyer muss nicht sehr lange darüber nachdenken, was er damit machen möchte.

00:08:55: Wir werden definitiv das Team aufstocken.

00:08:58: Das ist einmal derzeit das Wichtigste, weil es eine Auszeichnung für das Team ist.

00:09:05: Also wir freuen uns alle wahnsinnig und das ist auch für unsere Forschung das Wesentlichste.

00:09:12: Das Team macht's!

00:09:13: Die besten Leute zu bekommen – das ist die Herausforderung.

00:09:17: Und es ist oft auch eine Frage des Timings, dass man in dem Moment, an dem man eine gute Bewerberin beispielsweise hat für eine Stelle dann auch zuschlagen kann und ein Angebot machen kann.

00:09:32: Da spielt jetzt unter anderem... Das Preisgeld des Wittgensteinkreises ist eine große Rolle, diese Flexibilität zu haben auf dem großen internationalen Markt jetzt die besten abschöpfen zu können.

00:09:44: Es ist natürlich eine Frage der Verfügbarkeit der Ressourcen aber auch das Timing.

00:09:48: Gerade wenn es um die Grundlagenforschung geht sind Prognosen in Zukunft immer schwierig.

00:09:53: Markus Aspelmeier hat dennoch noch eine sehr klare Timeline vor Augen und dies durchaus überraschend.

00:10:00: Die Timeline ist siebzehn Jahre, das hängt mit dem Europäischen Forschungssystem zusammen, weil bei uns gibt es ja das System der Zwangspensionierung.

00:10:09: Also das für Wissenschaftler ist es so und bei mir wird's in zwanzig Jahren soweit sein und deswegen als Experimentalphysiker gibt man jetzt immer einen Puffer von drei Jahren und deswegen in siebzehn Jahren wird das Experiment fertig sein.

00:10:24: Das schauen wir meine amerikanischen Kollegen immer so verständnislos an die verstehen den Witz nicht dabei!

00:10:29: Ja, Zwangspensionen für Uniprofessoren Das kennt man in den USA natürlich nicht, da wird das etwas anders gehandhabt als in Europa.

00:10:38: Allerdings ein ganz anderes Feld mit dem US-Forschende viel mehr anfangen können ist der Einsatz von KI in der Wissenschaft.

00:10:46: Künstliche Intelligenz revolutioniert ja viele Bereiche der Wissenschaft – wie sie bei Quantengravitationsexperimenten von Nutzen sein kann, ist aber noch nicht so ganz entschieden!

00:10:57: Es ist tatsächlich doch offen.

00:11:00: wir verwenden es schon lange für einfache Dinge wie Koden, also bei Programmierung von kleiner Maschinerie innerhalb der Experimente.

00:11:13: Da beschleunigt es schlichtweg die Hände in den Alltag und ansonsten muss man sich das jetzt anschauen.

00:11:19: wir diskutieren definitiv innerhalb der Gruppe sehr stark wie wir die Möglichkeiten vom KI nutzen können um unsere Forschung qualitativ noch stärker zu machen.

00:11:32: Ich glaube, das ist die Kunst.

00:11:34: Dass man es nicht einfach verwendet um mehr zu produzieren sondern dass man die Möglichkeiten durch KI sinnvoll nutzt um qualitativ noch besser zu werden.

00:11:45: Das ist Work in Progress.

00:11:46: wir werden sehen!

00:11:59: Sehr klar scheint dagegen die Bedeutung von philosophischen Überlegungen für die Grundlagenforschung gerade in diesem Bereich.

00:12:07: Historisch hat die Philosophie ja eine wichtige Rolle gespielt, sowohl bei der Entwicklung der Relativitätstheorie durch Albert Einstein aber auch bei der Entwicklung der Quantenphysik.

00:12:19: Auch für Markus Aspelmeier, der Philosophi und Physik studiert hat haben philosophische Überlegung einer sehr wichtigen Bedeitung.

00:12:28: Im konkreten Alltag ist der Einfluss von Philosophie zum Drehen des Schraubenzieher im Labor natürlich nicht relevant.

00:12:36: Aber tatsächlich ist es so, dass die Motivation hinter der Forschung natürlich getrieben ist durch die Neugier und dieses Bedürfnis bestehendes Wissen in Frage zu stellen, dahinter zu schauen noch mehr dahinter.

00:12:57: Und genau diese Art des kritischen Hinterfragens ist eigentlich so sind die Grundwerkzeuge, die dir das Philosophie-Studium mit auf den Weg gibt.

00:13:11: Ich sehe mich als ein durchumwendigen neugiergetriebener jungen Mann der schlichtweg einfach nur Neues lernen möchte.

00:13:21: Unsere Experimente sind für mich eine intellektuelle Herausforderung.

00:13:25: Das ist eigentlich die Aufgabe der Grundlagen Forschern, also bestehen das in Frage zu stellen und ich denke es ist ein genuines philosophischer Zugang.

00:13:35: Die Verbindung von Philosophie und Physik geht in beide Richtungen und die wissenschaftlichen Erkenntnisse beeinflussen nämlich eben auch umgekehrt die Philosophien.

00:13:45: Es ist schon So, dass diese Fragestellung, die wir jetzt dran sehen.

00:13:48: Diese Schnittstelle zwischen Quantenphysik und Gravitation natürlich auch vom philosophischen Aspekt her wahnsinnig spannend ist weil wir haben hier zwei funktionierende physikalische Theorien Die auf Weltbildern beruhen, die sich gegenseitig ausschließen.

00:14:05: Das ist eine Grundsatzfrage.

00:14:07: Kann so was geben in der Natur?

00:14:09: Ich glaube nicht.

00:14:10: Also ich denke schon unsere Aufgabe als Physikerinnen und Physiker ist es, diese Widersprüche in den Weltbildern aufzudecken und dann nachzubohren.

00:14:20: Also insofern ist gerade diese Schnittstelle, Quantmusik und Kavidation irrsinnig durch Philosophie motiviert und getrieben.

00:14:28: Dabei wird es physikalisch noch viele spannende Fragen zu Beackern geben die wir teilweise auch schon in früheren Episoden verhandelt haben.

00:14:37: etwa was ist Raum?

00:14:38: Was ist Zeit oder was ist das Wesen der Realität?

00:14:51: Der wichtigste Wissenschaftspreis des Landes ist nach dem Philosophen Ludwig Wittgenstein benannt.

00:14:57: Das ist übrigens kein österreichisches Unikum.

00:14:59: mit dem Spinoser-Preis oder dem Leibniz-Preiss, sind auch zum Beispiel in den Niederlanden und in Deutschland Philosophem-Dinamensgeber für die wichtigsten Wissenschaftsprise.

00:15:09: Aber bleiben wir noch beim philosophischen Werk von Ludwig Witgenstein der bekanntermaßen wichtige Beiträge zur Sprachphilosophie geleistet hat Und interessanterweise gibt es dabei durchaus enge Bezüge zum Forschungsfeld von diesem jährigen Wittgensteinpreisträger.

00:15:28: Ich glaube, das wesentliche Element tatsächlich zum Verständnis der Bedeutung und Relevanz der Quantentheorie führt über die Sprache.

00:15:37: Weil letztlich ist es die Begrenzung der Sprache.

00:15:40: apropos Wittgernstein – die Grenzen meiner Sprache sind die Grenze meiner Welt!

00:15:44: Es ist ein Zitat vom Wittkernstein.

00:15:48: hält uns die Quantenphysik eigentlich vor als Spiegel.

00:15:50: Wir sind in einer Situation, in der wir die Natur nicht mehr mittels unserer Sprache, unserer eigenen Sprache beschreiben können und diese Grenzen zeigen sich in diesem völlig kontraintuitiven Verhalt.

00:16:06: Die Sprachphilosophie ist also durchaus relevant für die Quantenfysiker.

00:16:10: Gleichzeitig liefert die Quantensphysiker aber auch Erkenntnisse, die die Vorzeichen für Wittgenstein's Philosophie verändern.

00:16:17: Die Welt ist alles, was der Fall ist.

00:16:19: Erster Satz sind Traktatus und im Prinzip auch hier könnte man, wenn man jetzt versucht... Was würde Wittgenstein heute sagen?

00:16:28: Würde Wittkenstein die Quanten für sich so sehen.

00:16:30: wie sie heute sehen, würde der Traktatus anders beginnen mit den Worten.

00:16:36: Die Welt isst alles, das möglicherweise der Fall sein könnte.

00:16:40: Wenn wir also endlich doch mal eine Zeitmaschine haben, wäre das doch ein wirklich interessanter Anwendungsbereich Wittgenstein mit den Erkenntnissen der modernen Quantenphysik zu konfrontieren und so schauen was dabei herauskommt.

00:16:54: Ja wie nahtlos sich der Bogen bis du Witt gen Stein spannen lässt zeigt aber auch welche lange Traditiones speziell in Wien gibt es sich mit solchen Fragen zu beschäftigen?

00:17:03: Das ist Insbesondere durch die Nazi-Herrschaft.

00:17:06: Je unterbrochen worden diese Tradition, aber in den letzten Jahren ist sie wieder verstärkt in den Vordergrund gerückt und es ist gelungen an frühere Denktraditionen anzuschließen.

00:17:16: auch Markus Aspelmeier schätzt dieser Wiener Tradition.

00:17:20: Wir haben natürlich beginnend mit Schrödinger eine Irrsinnstradition was die Quantenmusik angeht.

00:17:28: Auch das gilt jetzt für den Gesamtstandort Österreich bis hin dann zum Weltpreis von Zeilingern.

00:17:34: Also ich denke, Wien bietet als Forschungsstandort eine Kombination von so vielen tollen Dingen.

00:17:41: Weil letztlich macht schon was aus.

00:17:44: Forschung ist aus meiner Sicht wie Kunst.

00:17:46: Das ist ein Gesamtentwurf und ein Gesamtkonzept.

00:17:50: Und da muss alles stimmen!

00:17:51: Da müssen die Randbedingungen stimmen und Wien Bietet alles.

00:17:54: Ja das ist sehr einzigartig.

00:17:56: Das muss man schätzen und ich denke da lohnt es sich weiter zu investieren sowohl Intellektuell, also materiell.

00:18:05: Und dem haben wir jetzt eigentlich auch nichts mehr hinzuzufügen außer dass wir natürlich sehr gespannt sind was bei den nächsten Experimenten so herauskommt!

00:18:14: Für heute sagen wir danke fürs Zuhören

00:18:17: und wir freuen uns wenn ihr beim nächsten Mal wieder dabei seid bei Ritzel der Wissenschaft.

00:18:22: Wir verabschieden uns jetzt in die Sommerpause und sind ab Anfang Oktober wieder zurück.

00:18:27: Jeden zweiten Mittwoch überall wo es Podcast gibt.

00:18:30: Ich bin David Remert.

00:18:33: Diese Folge wurde von Daniel Rechitz-Ecker produziert.

00:18:36: Bis zum nächsten Mal, bis zum Herbst!