Entropische Gravitation

Entropische Gravitation ist eine physikalische Theorie, die die Gravitation als entropische Kraft beschreibt. Das bedeutet, dass sie nicht als fundamentale Wechselwirkung verstanden wird, die über Austauschteilchen wirkt. Vielmehr versucht ein masse-enthaltender Raumbereich nach dem Zweiten Hauptsatz der Thermodynamik einen Zustand höherer Entropie zu erreichen, was zu einer entropischen Kraft ${\displaystyle F=T\nabla S}$ führt. Die Theorie hat ihre Wurzeln in der Stringtheorie, der Thermodynamik schwarzer Löcher und der Theorie der Quanteninformation.

Die Theorie stimmt über viele Größenordnungen mit den makroskopischen Beobachtungen von Newtons Gravitation und von Albert Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie überein, insbesondere der von letzterer beschriebenen Raumzeitkrümmung. Sie ist auf kleinen Längenskalen Quantenfluktuationen unterworfen, was dazu führt, dass die Gravitation in Bereichen verschwindend kleiner Gravitationsbeschleunigung (kleiner als ein Schwellenwert von ungefähr ${\displaystyle 1{,}2\cdot 10^{-10}\,\mathrm {m/s^{2}} \ }$^[1]) nicht mit ${\displaystyle 1/r^{2}}$ abnimmt, sondern mit ${\displaystyle 1/r}$ (linear-invers statt quadratisch-invers). Sie ist daher eine der möglichen Erklärungen der Modifizierten Newtonschen Dynamik (MOND) und kann ohne Dunkle Materie erklären, warum die Rotationskurve von Galaxien von dem Profil abweicht, das durch die sichtbare Materie erwartet wird.

Ein Postulat der entropischen Gravitation ist somit, dass das, was als nicht beobachtbare Dunkle Materie interpretiert wurde, vielmehr ein Resultat von Quanteneffekten ist, also eine positive Dunkle Energie, die die Nullpunktsenergie der Raumzeit über die ihres Grundzustands verschiebt. Die Beiträge der Dunklen Energie zur Entropie wachsen proportional zum Volumen an, während im Anti-de-Sitter-Raum ein Flächengesetz erwartet wird. Es ist eine der Aussagen der Theorie, dass erstere Beiträge gerade am kosmologischen Horizont stärker werden als letztere.^[2]

Die Theorie wird unter Physikern kontrovers diskutiert und hat zu zahlreichen Forschungsideen und Experimenten angeregt, die ihre Gültigkeit testen sollen.

1. ↑ Der Schwellenwert von ${\displaystyle 1{,}2\cdot 10^{-10}\,\mathrm {m/s^{2}} }$ zum linear-inversen Verhalten der entropischen Gravitation ist sehr klein: Er beträgt 12 Billionstel der Schwerebeschleunigung an der Erdoberfläche. Auch an der Stelle, an der Voyager 1 die Heliopause zum interstellaren Raum überschritten hat, ist das Gravitationsfeld der Sonne noch 3.000 mal so stark.
2. ↑ Erik P. Verlinde: Emergent Gravity and the Dark Universe. In: SciPost Physics. Band 2, Nr. 3, 16. Mai 2017, S. 16, doi:10.21468/SciPostPhys.2.3.016, arxiv:1611.02269.