Kosmologie: Langeweile in der siebten Dimension
Gibt es Leben in einer anderen Dimension? Zwei amerikanische Wissenschaftler halten das für ziemlich unwahrscheinlich.
Physiker sind unersättlich: Hat Einstein im vorigen Jahrhundert mit der Verknüpfung von Raum und Zeit eine für viele Menschen kaum vorstellbare vierdimensional gekrümmte Welt ersonnen, fantasieren heute viele Theoretiker bereits von sage und schreibe neun oder zehn Raumdimensionen.
Ganz einig sind sich die Wissenschaftler in der Anzahl zwar noch nicht. Das dazugehörige mathematisch fundierte Gedankengerüst trägt aber bereits einen Namen: Es heißt String- oder M-Theorie. Demnach sollen unvorstellbar kleine Fäden – Strings genannt – an mehrdimensionalen Membranen haften, wodurch sich das M in der M-Theorie erklärt. Je nach Schwingungszustand der winzig kleinen Saiten bilden sie die uns bekannten Elementarteilchen – und nach dieser Theorie sogar noch weitere, bislang unentdeckte supersymmetrische Teilchen.
Warum wir in unserer Welt aber nur drei Raumdimensionen wahrnehmen, ist bis heute ein Rätsel. Bislang glaubten die Wissenschaftler, die restlichen Dimensionen seien für uns irgendwie unsichtbar "aufgewickelt" und erscheinen erst, wenn man sehr tief in die Quantenwelt hineinblickt – bis zur so genannten Planck-Skala. Doch dazu reichen selbst die derzeit leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger, die ähnlich wie Supermikroskope tief in den subatomaren Bereich vordringen, noch nicht einmal ansatzweise aus. Und auch die künftige Maschinengeneration, der Large Hadron Collider am CERN oder der geplante Internationale Linearkollider ILC, wird weit davon entfernt sein, derartige Strukturen auflösen zu können.
Andreas Karch von der Universität von Washington in Seattle und Lisa Randall von der Harvard-Universität haben nun einen neuen Erklärungsansatz entwickelt, der ohne die versteckten Dimensionen auskommt. Sie schätzten ab, wie sich die verschieden dimensionalen Branen – so nennen Physiker die höherdimensionalen Membranen – bei Ausdehnung des Universums verhalten haben mussten. Darüber hinaus nahmen sie an, dass nicht nur jeweils eine, sondern zahlreiche ein-, zwei-, drei- und höherdimensionale Branen existierten, die sich ähnlich verhielten wie ein Gas. Ferner vermuteten sie, dass es so genannte Anti-Branen gab, die sich mit den "normalen" Branen gegenseitig vernichten konnten.
Nach den Überlegungen von Karch und Randall waren kurz nach dem Urknall alle verschieden dimensionalen Branen mehr oder weniger gleichberechtigt. Mit der Ausdehnung des Weltalls verdünnte sich das jeweilige Branen-Gas jedoch unterschiedlich stark. Die meisten verschwanden sogar vollständig. Übrig blieben ausschließlich drei- oder siebendimensionale Räume, wobei wir offensichtlich in einem Universum mit drei Dimensionen leben.
Die beiden Physiker wollen zwar nicht ausschließen, dass überdies noch anders dimensionale Welten existieren. Doch bekommen wir davon nichts mit, weil alle Kräfte, mit denen wir es zu tun haben, ausschließlich eine dreidimensionale Wirkung entfalten. Mit einer Ausnahme: Von der Gravitation wird angenommen, dass sie sich über mehrere Dimensionen erstreckt. Nach Ansicht der Kosmologen ist sie gerade deswegen so schwach.
Nach den Kalkulationen von Karch und Randall wäre aber die Massenanziehung in einem siebendimensionalen Raum wesentlich geringer als bei uns. "Wesen in einer derartigen Welt hätten wohl eine ungewöhnlich langweilige Umgebung", meint Karch. "Bei einer so kümmerlichen Schwerkraft, könnten sich keine Planeten bilden und schon gar nicht auf stabilen Bahnen um eine Sonne kreisen."
Das ist bei unserer dreidimensionalen Welt schon ganz anders. Und möglicherweise ist gerade das der Grund, weswegen wir uns über derartig exotische Welten Gedanken machen können. In anderen Dimensionen ist wahrscheinlich gar kein Leben entstanden, das sich solch skurrilen Überlegungen widmen würde.
Ganz einig sind sich die Wissenschaftler in der Anzahl zwar noch nicht. Das dazugehörige mathematisch fundierte Gedankengerüst trägt aber bereits einen Namen: Es heißt String- oder M-Theorie. Demnach sollen unvorstellbar kleine Fäden – Strings genannt – an mehrdimensionalen Membranen haften, wodurch sich das M in der M-Theorie erklärt. Je nach Schwingungszustand der winzig kleinen Saiten bilden sie die uns bekannten Elementarteilchen – und nach dieser Theorie sogar noch weitere, bislang unentdeckte supersymmetrische Teilchen.
Warum wir in unserer Welt aber nur drei Raumdimensionen wahrnehmen, ist bis heute ein Rätsel. Bislang glaubten die Wissenschaftler, die restlichen Dimensionen seien für uns irgendwie unsichtbar "aufgewickelt" und erscheinen erst, wenn man sehr tief in die Quantenwelt hineinblickt – bis zur so genannten Planck-Skala. Doch dazu reichen selbst die derzeit leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger, die ähnlich wie Supermikroskope tief in den subatomaren Bereich vordringen, noch nicht einmal ansatzweise aus. Und auch die künftige Maschinengeneration, der Large Hadron Collider am CERN oder der geplante Internationale Linearkollider ILC, wird weit davon entfernt sein, derartige Strukturen auflösen zu können.
Andreas Karch von der Universität von Washington in Seattle und Lisa Randall von der Harvard-Universität haben nun einen neuen Erklärungsansatz entwickelt, der ohne die versteckten Dimensionen auskommt. Sie schätzten ab, wie sich die verschieden dimensionalen Branen – so nennen Physiker die höherdimensionalen Membranen – bei Ausdehnung des Universums verhalten haben mussten. Darüber hinaus nahmen sie an, dass nicht nur jeweils eine, sondern zahlreiche ein-, zwei-, drei- und höherdimensionale Branen existierten, die sich ähnlich verhielten wie ein Gas. Ferner vermuteten sie, dass es so genannte Anti-Branen gab, die sich mit den "normalen" Branen gegenseitig vernichten konnten.
Nach den Überlegungen von Karch und Randall waren kurz nach dem Urknall alle verschieden dimensionalen Branen mehr oder weniger gleichberechtigt. Mit der Ausdehnung des Weltalls verdünnte sich das jeweilige Branen-Gas jedoch unterschiedlich stark. Die meisten verschwanden sogar vollständig. Übrig blieben ausschließlich drei- oder siebendimensionale Räume, wobei wir offensichtlich in einem Universum mit drei Dimensionen leben.
Die beiden Physiker wollen zwar nicht ausschließen, dass überdies noch anders dimensionale Welten existieren. Doch bekommen wir davon nichts mit, weil alle Kräfte, mit denen wir es zu tun haben, ausschließlich eine dreidimensionale Wirkung entfalten. Mit einer Ausnahme: Von der Gravitation wird angenommen, dass sie sich über mehrere Dimensionen erstreckt. Nach Ansicht der Kosmologen ist sie gerade deswegen so schwach.
Nach den Kalkulationen von Karch und Randall wäre aber die Massenanziehung in einem siebendimensionalen Raum wesentlich geringer als bei uns. "Wesen in einer derartigen Welt hätten wohl eine ungewöhnlich langweilige Umgebung", meint Karch. "Bei einer so kümmerlichen Schwerkraft, könnten sich keine Planeten bilden und schon gar nicht auf stabilen Bahnen um eine Sonne kreisen."
Das ist bei unserer dreidimensionalen Welt schon ganz anders. Und möglicherweise ist gerade das der Grund, weswegen wir uns über derartig exotische Welten Gedanken machen können. In anderen Dimensionen ist wahrscheinlich gar kein Leben entstanden, das sich solch skurrilen Überlegungen widmen würde.
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