16. Juli 2026

Foto: UHH/ Banerjee

Professor Robi Banerjee ist schon lange fasziniert von dem Zahlenwert der Feinstrukturkonstante: Wie kommt es zu der krummen Zahl von ungefähr 1/137?

1/137 — diese schlichte und zugleich bedeutende Zahl hat Generationen von Physikern und Physikerinnen fasziniert und frustriert zugleich. Robi Banerjee, Professor an der Sternwarte und dem Exzellenzcluster Quantum Universe an der Universität Hamburg geht der Herkunft der Feinstrukturkonstante auf den Grund.

Die Feinstrukturkonstante — in Formeln meist mit dem griechischen Buchstaben α (Alpha) abgekürzt — ist eine dimensionslose Zahl mit dem Wert von ungefähr 1/137. Sie beschreibt, wie stark Elektronen und Photonen miteinander wechselwirken. Damit taucht sie überall dort auf, wo Licht auf Materie trifft: in der Berechnung von Spektrallinien, im Aufbau von Atomen und in den Grundlagen der Quantenmechanik. Wäre ihr Wert auch nur geringfügig anders, könnten Atome nicht stabil existieren und Leben, wie wir es kennen, wäre unmöglich.

Seit ihrer Einführung durch Arnold Sommerfeld im Jahr 1916 hat die krumme Zahl der Feinstrukturkonstante die größten Köpfe der Physik beschäftigt. Paul Dirac nannte es das „elementarste, ungelöste Problem der Physik". Richard Feynman bezeichnete die Konstante als „eines der größten verfluchten Geheimnisse der Physik — eine magische Zahl, die uns ohne Erklärung begegnet." Die Frage, warum diese Zahl genau diesen Wert hat, ist bis heute unbeantwortet.

Ein neuer Zugang zu einem alten Rätsel

Robi Banerjee kommt nun mit einem neuen Ansatz, der die Zahl nochmal neu beschreibt. Dieser Ansatz ist elegant in seiner Einfachheit: Die Physik braucht zur Beschreibung der Welt nur drei fundamentale Dimensionen: Länge, Zeit und Masse. Gleichzeitig gibt es vier fundamentale Naturkonstanten: die Lichtgeschwindigkeit, die Elementarladung von Elektronen, die Planck-Konstante für die Beschreibung von Energie und Frequenz eines Photons – und die Gravitationskonstante für die Stärke der Gravitation zwischen zwei Massen.

Versucht man, diese vier Konstanten auf drei zu reduzieren, ergibt sich mathematisch zwingend eine einzige dimensionslose Kombination — und das ist genau die Feinstrukturkonstante. Ihre Form folgt also aus der Grundstruktur der Physik selbst.

„Auch wenn ich den Zahlenwert der Feinstrukturkonstante nicht aufschlüsseln konnte, ist die Herkunft ihrer Form nun deutlicher geworden", sagt Banerjee. „Es fasziniert mich, in wie vielen Bereichen die Gravitation nicht in die quantenmechanischen Rechnungen passt. Sobald wir verstehen, wie Gravitation mit den anderen Kräften auf kleinster Ebene zusammenpasst, finden wir vielleicht auch neue Erkenntnisse zur Feinstrukturkonstante. Ich hoffe, dass meine Überlegungen weitere Forschende inspirieren, diesem Rätsel auf den Grund zu gehen."

Gravitation — das große Verbindungsstück

Banerjees Analyse macht etwas deutlich: Die Gravitationskonstante lässt sich mit dieser Methode nicht in eine dimensionslose Zahl umwandeln, sie steht nach den mathematischen Umstellungen allein. Das ist kein Zufall, sondern spiegelt ein tiefes, noch ungelöstes Problem wider: Wie Gravitation und Quantenmechanik auf fundamentaler Ebene zusammenpassen, ist bis heute ungeklärt. Genau diese Spannung zwischen den großen Kräften des Universums ist auch der rote Faden in Banerjees eigener Forschung. Er untersucht, wie Sterne entstehen und welche Rolle Gravitation bei den energiereichsten Prozessen im Universum spielt. Die Feinstrukturkonstante und die Schwerkraft mögen unterschiedliche Rätsel sein, aber vielleicht führt der Weg zu ihrer Lösung durch dieselbe Tür.