Wie Viele Universen Gibt Es?

Wie Viele Universen Gibt Es
Begriff und Bedeutung von Multiversen – Die Theorie der Existenz von Multiversen ist populär, aber nicht neu und umstritten. Es existiert in der Annahme nicht nur ein Universum, sondern gleich mehrere oder unendlich viele Universen. Das übersteigt unsere Vorstellungskraft.

  • Ein Paralleluniversum wäre demzufolge ein Universum außerhalb unseres Universums.
  • Die Gesamtheit sämtlicher Parallelwelten bzw.
  • Paralleluniversen würde dann wiederum das Multiversum bilden.
  • Wissenschaftler vertreten dabei die Hypothese, dass unser „bekanntes” Universum nur einen winzigen Teil eines Multi- oder Megaversums darstellt.

Es werden also laufend neue Universen gebildet und alte verschwinden. Theoretisch wäre es dann möglich, dass ein Mensch gleichzeitig an verschiedenen Orten sein kann. Es würden also Doppelgänger existieren.

Was für Universen gibt es?

Die Schwierigkeit, sich mehr als drei Dimensionen vorzustellen – Wir sind in unserer Anschauung dreier Dimensionen gefangen. Den Punkt, die Strecke, den Raum können wir uns vorstellen, das Koordinatensystem leuchtet uns ein. Eine mögliche vierte Richtung zwingt uns schon komplexe räumlichmathematische Modelle auf.

Wie sieht die Zusammensetzung unendlich vieler dreidimensionaler Räume aus? Wie haben wir uns erst die einsteinsche Krümmung der Raumzeit vorzustellen? Nun, die Physiker/innen gehen davon aus, dass ein 4-dimensionales Koordinatensystem aus vier unabhängigen Richtungen besteht und sich dazu eignet, unsere bekannten drei Raumdimensionen und die Zeit-Dimension abzubilden.

Im Zusammenhang mit der Superstringtheorie geht die Forschung heute davon aus, dass bis zu 26 Raum-Zeit-Dimensionen existieren. Solche Kategorien bieten selbst für die Mathematik beinahe unüberwindliche Herausforderungen.

Kann es unendlich viele Universen geben?

Wie kann man sich das vorstellen – die unendliche Ausdehnung? – Das Weltall ist unendlich. Unendlich ist aber keine große Zahl, keine Quantität, wie man so schön sagt, sondern eine Qualität. Wenn Sie unendlich mit 2 multiplizieren, kommt immer noch unendlich raus.

  • Und wenn Sie davon 50 abziehen, ist es immer noch unendlich.
  • Unendlich ist also keine Zahl, die irgendwie festzumachen ist.
  • Das Universum ist schon unendlich groß und dehnt sich in sich selbst aus.
  • Das ist tatsächlich unvorstellbar, aber es ist kein Rand nötig, wohin sich das ausdehnt.
  • Es gibt einfach nur das Universum und das kann sich in sich selbst ausdehnen.

: Dehnt sich das Universum unendlich aus?

Was sind mehrere Universen?

Parallelwelt – Wikipedia Der Begriff Parallelwelt, auch Paralleluniversum, bezeichnet ein außerhalb des Bekannten. Die Gesamtheit aller Parallelwelten wird als Multiversum bezeichnet. Die Annahme von Parallelwelten (Mehrweltentheorie) wird in der Philosophie seit der erörtert.

  • Zu unterscheiden ist dabei zwischen der über theoretisch mögliche Welten unter formalen Gesichtspunkten und den, in denen solchen Welten eine wirkliche Existenz zugeschrieben wird.
  • Auch in der physikalischen wird die Möglichkeit der realen Existenz von Parallelwelten diskutiert.
  • Einer breiteren Öffentlichkeit ist die Vorstellung vor allem aus der bekannt.

In einem wird der Begriff auch in der Psychologie, in den Gesellschaftswissenschaften sowie umgangssprachlich verwendet. Dort ist mit „Parallelwelt” ein nach außen abgegrenzter Bereich gemeint, in dem sich das Leben bestimmter Personen oder Gruppen unabhängig von der „Außenwelt” abspielt.

Was gibt es außerhalb des Universums?

Was liegt hinter dem Weltall? Nichts, weil es ein “dahinter” gar nicht gibt. Im Wort “Weltall”, wie auch im Wort “Universum”, steckt die Bedeutung “alles”. Das Weltall umfasst alles. Es gibt nur ein Universum. Eine Grenze, hinter der etwas anderes beginnen könnte, ist logisch ausgeschlossen! Denn dieses “andere” würde auch wieder zum Weltall gehören.

  1. Wie wir seit Einstein wissen, sind Raum und Zeit unlösbar mit der kosmischen Materie, dem Stoff aus dem das Weltall besteht, verbunden.
  2. Außerhalb gibt es also, physikalisch gesehen, keinen Raum.
  3. Auch wenn das Weltall grenzenlos ist, muss es deswegen nicht unendlich groß sein.
  4. Man stelle sich zur Veranschaulichung eine Kugeloberfläche vor, also etwas Zweidimensionales.

Eine Kugeloberfläche ist unbegrenzt, aber trotzdem endlich. In einer solchen Welt könnte ich immer geradeaus laufen, ich käme irgendwann an den Ausgangspunkt zurück, ohne allerdings unterwegs an eine Grenze gestoßen zu sein. Das Weltall kann endlich sein, muss es aber nicht.

Die astronomischen Beobachtungen sind auch mit der Annahme eines unendlich großen Universum vereinbar. Die Unendlichkeit beweisen kann man nie. Hinzu kommen Grenzen der Beobachtbarkeit. Das Weltall hat vor 13 Milliarden Jahren mit einer extrem dichten und heißen Phase seinen Anfang genommen. Noch Hunderttausende von Jahren nach diesem so genannten “Urknall” war es total undurchsichtig.

Astronomen sind die einzigen Leute, die in die Vergangenheit zurückschauen können. Denn das Licht, das uns jetzt erreicht, war lange unterwegs, zum Teil über Milliarden von Jahren. Da es frühestens vor 13 Milliarden Jahren ausgesendet worden sein kann – nachdem das Weltall durchsichtig geworden war -können wir bislang auch nicht weiter schauen, als es einer Strecke entspricht, die das Licht in dieser Zeit zurückgelegt hat.

Kann es Parallelwelten geben?

Sie glauben, dass unser Universum nur eines von vielen ist. Multiversum heißt diese Vielfalt von Paralleluniversen. Auch einige Quantenphysiker und Kosmologen glauben in ihren Theorien Hinweise auf Parallelwelten zu entdecken. Das Multiversum ist bislang jedoch nichts als eine Spekulation.

Wie viele Realitäten gibt es?

Beschreibung – Die nebeneinander existierenden Realitäten weisen teils nur geringe Unterschiede zur Primären Realität auf, manchmal unterscheiden sie sich jedoch erheblich. Es existieren mindestens 285.000 nebeneinander existierende Quantenrealitäten. Ein Quantenspalt verbindet mehrere Paralleluniversen an einem Punkt in der Raum-Zeit. Für die meisten Spezies in einer Realität ist es einfacher sich in ihrer Zeitlinie zu bewegen, als in anderen Realitäten die Zeitlinie zu beeinflussen. Verschiedene Möglichkeiten der Subraumtechnologie können jedoch eine Brücke zwischen den Realitäten schlagen.

Viele Quantenuniversen haben einen natürlichen Ursprung, können jedoch in seltenen Fällen auch einen künstlichen Ursprung haben, zum Beispiel durch einen nicht in sich abgeschlossenen Zeiteingriff. Bestimmte Subraumphänomene können ein Objekt in einen Zustand des Quantenflusses bringen, sodass das Objekt nicht in einem Quantenuniversum verbleiben kann.

Ein weiteres natürliches Phänomen, das verschiedene Quantenuniversen miteinander verbindet, ist ein Quantenspalt, Der Spalt verbindet verschiedene Realitäten an einem Punkt konzentriert. Eine Quantensingularität, die beispielsweise durch den Kollaps eines Neutronensterns entsteht oder von den Romulanern auch künstlich erschaffen wird, können temporale Fluktuationen auslösen.

Wie viele Paralleluniversen gibt es?

Der Sarg war gut erhalten und lag 32 Zentimeter tief unter dem Marmorboden. Das Skelett darin war zierlich. Uninteressant, befanden die Archäologen – und gruben weiter. Durchpflügten den Dom von Frombork an der polnischen Ostseeküste. Schließlich fanden sie den Schädel eines Mannes, der zwischen 60 und 70 Jahre alt gewesen sein muss, als er starb.

Waren das die lange gesuchten Knochen? Nikolaus Kopernikus Ein DNA-Vergleich mit einem Haar, das man in einem Buch des Gesuchten gefunden hatte, brachte im November 2008 Gewissheit: Dies war der Kopf von, Domherr von Frombork, Hobbyastronom, gestorben im Jahr 1543, verantwortlich für die größte Revolution seit Menschengedenken.

Im Frühjahr 2010 sollen die Gebeine feierlich beigesetzt werden, mit Gedenktafel und in einem “schönen Sarkophag”, wie Bischof Jacek Jezierski verspricht. Er hatte die Suche in Auftrag gegeben. Was für eine Karriere. Nikolaus Kopernikus schuf das heliozentrische Weltbild und verbannte den Menschen vom Nabel des Universums: Nicht die Erde stehe im Zentrum der Welt, behauptete er, sondern die Sonne.

  1. Diese Idee erschütterten das Selbstverständnis des Menschen – und die Autorität der Kirche.
  2. Heute ist er ein katholischer Held.
  3. Während die Kirche noch die Vergangenheit aufarbeitet, planen die Wissenschaftler schon den nächsten Umsturz, und der könnte die kopernikanische Revolution noch in den Schatten stellen: Unser Universum ist nur eines von vielen, und jeder Mensch hat Doppelgänger in anderen Universen, behaupten Physiker.

Anfangs beschäftigte diese Vorstellung nur ein paar philosophisch inspirierte Außenseiter. Jetzt gewinnt sie auch in der Führungselite der Theoretischen Physik mehr und mehr Verfechter. Es gibt nicht nur ein Universum, sondern unendlich viele, behaupten sie.

Eines davon bewohnen wir, eine lebensfreundliche Insel im Weltenmeer. Jede denkbare Welt existiert wirklich, jede mögliche Geschichte spielt sich irgendwo ab. Das Universum wird zum “Multiversum”. Die Geschichte vom Urknall ist vielleicht nur die halbe Wahrheit Der Physikprofessor Alexander Vilenkin von der Tufts University in Massachusetts stellt nüchtern fest: “Mit der Herabstufung der Menschheit auf die vollkommene kosmische Bedeutungslosigkeit ist unser Abstieg vom Mittelpunkt des Universums endgültig vollzogen.” Die Vollendung der kopernikanischen Revolution ist ein Gemeinschaftsprojekt, und Vilenkin, ein stiller, schmaler Mann um die 60, ist einer der Projektleiter.

Urknall In den Lehrbüchern steht zwar die Geschichte vom, in dem das Universum vor 14 Milliarden Jahren seinen Anfang nahm. Doch das ist vielleicht nur die halbe Wahrheit. Als Vilenkin mit Andrei Linde von der Stanford University die Kraft berechnete, die das Universum nach dem Urknall aufgebläht hatte, gelangten die beiden zu dem Schluss, dass die Aufblähung außerhalb unseres Universums andauern muss.

Das aber hieße: Jenseits unseres Universums bilden sich ständig neue Universen wie Blasen in einem Schaumbad. Pro Blase ein Urknall und damit ein neues Universum. Und weil es so eine unvorstellbare Vielzahl an Universen gibt, argumentiert Vilenkin, existieren in vielen von ihnen auch Lebewesen, Menschen und sogar Doppelgänger von uns.

Im neuen Bild des Kosmos wirkt unser heimisches Universum winzig wie ein Sandkorn in der Wüste. Einige der anderen Universen sind öd und leer, andere von fremdartigen Naturgesetzen beherrscht. Manche Universen ähneln unserem – nur ist John F. Kennedy noch am Leben und mit Marilyn Monroe verheiratet.

  • In anderen, behauptet Vilenkin, gibt es Doppelgänger-Erden, auf denen Dinosaurier überlebt haben und große Autos fahren.
  • Alles existiert, was nicht von den Naturgesetzen verboten ist,” sagt Vilenkin.
  • Zugegeben, die Vorstellung vieler Welten ist unglaublich.
  • Unglaublich war aber auch das kopernikanische Weltbild vor 500 Jahren.150 Jahre später war es eine Selbstverständlichkeit.

Heute könnte die Theorie des Multiversums eines der größten Rätsel der Menschheit lösen: das unserer Existenz. Galaxien Planeten Albert Einstein Das Universum scheint seit dem Urknall wie geschaffen dafür, eines Tages Sterne,, und Menschen hervorzubringen.

Denn wären Naturkonstanten wie die Ladung des Elektrons oder die Schwerkraft nur ein bisschen anders, hätten nach dem Urknall niemals Atome oder Sterne entstehen können. Zufall oder naturgesetzliche Notwendigkeit? Hatte Gott eine Wahl, als er unser Universum schuf?, fragte, Gott war für ihn nur ein rhetorischer Kunstgriff.

Einstein suchte nicht Gott, sondern eine Theorie für Alles, die genau unser, und nur unser Universum beschreiben würde. Er fand diese Theorie nicht, aber die Physiker träumen bis heute davon.

Ist das Multiversum Real?

Multiversum-Theorie: Experiment liefert Anhaltspunkte für parallele Realitäten. Ob es mehrere Paralleluniversen gibt, wird unter Physikern kontrovers diskutiert. Jetzt liefert eine Studie der Universität Maryland neue Erkenntnisse – und vielleicht ein Modell, mit dem sich tatsächlich zwei Realitäten messen lassen.

Wie viele Dimension gibt es?

Theoretische Physik: Die unsichtbaren Dimensionen des Universums Im Jahre 1884 beschrieb Edwin A. Abbott in seinem skurrilen Roman “Flatland: A Romance of Many Dimensions” die Abenteuer des Quadratwesens “A. Square” in einer zweidimensionalen Flachwelt, die von geometrischen Lebewesen – Dreiecken, Quadraten, Fünfecken und so weiter – bevölkert ist.

  • Gegen Ende der Geschichte, am ersten Tag des Jahres 2000, durchquert ein Kugelwesen aus dem dreidimensionalen “Spaceland” das Flachland und hebt A.
  • Square aus seinem ebenen Lebensraum empor, um ihm die dreidimensionale große weite Welt zu zeigen.
  • Das bringt A.
  • Square auf die Idee, das Raumland sei vielleicht wiederum nur ein kleiner Unterraum eines noch größeren vierdimensionalen Universums.

Tatsächlich haben einige Physiker in den letzten Jahren begonnen, allen Ernstes einen ganz ähnlichen Gedanken zu verfolgen: dass alles, was wir in unserem Universum wahrnehmen, auf eine dreidimensionale “Membran” beschränkt ist, die in einem höherdimensionalen Bereich liegt.

Aber anders als A. Square, der nur mit Hilfe höherer Einmischung aus dem Raumland zu seinen Einsichten kam, werden die Physiker die Existenz von zusätzlichen Dimensionen vielleicht schon bald selbst herausfinden. Es gibt bereits Versuche, die Auswirkungen dieser Extra-Dimensionen auf die Schwerkraft nachzuweisen.

Und wenn die Theorie stimmt, könnten demnächst geplante Experimente in hochenergetischen Teilchenbeschleunigern exotische Prozesse im Grenzbereich von Quanten- und Gravitationstheorie aufzeigen – zum Beispiel die kurzzeitige Erzeugung winziger Schwarzer Löcher.

Diese Theorie ist mehr als nur eine “Romanze in vielen Dimensionen”; sie beruht auf neuesten Entwicklungen der String-Theorie und wird möglicherweise einige hartnäckige Rätsel der Kosmologie und Teilchenphysik lösen. Die unerklärliche Schwäche der Schwerkraft Begriffe wie Strings und Extra-Dimensionen entspringen eigentlich dem Versuch, die Vertrauteste aller Naturkräfte zu verstehen: die Schwerkraft.

Mehr als drei Jahrhunderte, nachdem Isaac Newton sein Gravitationsgesetz formulierte, vermag die Physik noch immer nicht zu erklären, warum die Schwerkraft so viel schwächer ist als alle anderen Wechselwirkungen. Ein kleiner Magnet überwindet, wenn er einen Nagel vom Boden hebt, ohne weiteres die Anziehungskraft der gesamten Masse der Erde.

  • Die Gravitationsanziehung zwischen zwei Elektronen ist 10E43-mal schwächer als die elektrische Abstoßung zwischen ihnen.
  • Die Schwerkraft drückt unsere Füße auf den Boden und lässt die Erde um die Sonne kreisen – aber nur, weil diese gewaltigen Massen elektrisch neutral sind.
  • Darum bleiben die elektrischen Kräfte verschwindend gering, und die Gravitation macht sich trotz ihrer Schwäche als einzige bemerkbar.

Die Elektronmasse müsste 10E22-mal so groß sein wie ihr tatsächlicher Wert, damit Schwerkraft und elektrische Wechselwirkung gleich stark wären. Um ein so schweres Teilchen zu produzieren, wäre eine Energie von 10E19 Gigaelektronenvolt (GeV, Milliarden Elektronenvolt) erforderlich – die so genannte Planck-Energie.

Mit ihr hängt die Planck-Länge zusammen, die nur winzige 10E-35 Meter beträgt. Zum Vergleich: Der Kern des Wasserstoffatoms, das Proton, ist etwa 10E19 mal so groß und hat eine Masse von ungefähr 1 GeV. Planck-Energie und Planck-Länge – zusammen Planck-Skala genannt – liegen weit jenseits der Reichweite der stärksten Teilchenbeschleuniger.

Sogar der Large Hadron Collider bei Cern wird, wenn er in fünf Jahren seinen Betrieb aufnimmt, nur Längen bis zu minimal 10E-19 Meter untersuchen können (siehe “Der große Hadronen-Collider” von Chris Llewellyn Smith, Spektrum der Wissenschaft 9/2000, S.68).

Da im Bereich der Planck-Skala die Gravitation ähnlich stark wird wie der Elektromagnetismus und die anderen Naturkräfte, nahmen die Physiker an, erst bei solch enormen Energien würde sich eine “Theorie für alles” offenbaren, die große Vereinigung der Gravitation mit den übrigen Kräften. Demnach wäre die vereinheitlichte Theorie in absehbarer Zukunft hoffnungslos außer Reichweite direkter experimenteller Überprüfung (siehe “Eine Theorie für alles?” von Steven Weinberg, Spektrum Spezial 1/2000 “Forschung im 21.

Jahrhundert”, S.12). Die stärksten heutigen Beschleuniger erreichen Energien zwischen 100 GeV und 1 TeV (Teraelektronenvolt, Billionen Elektronenvolt). In diesem Bereich vereinigt sich der Elektromagnetismus mit der so genannten schwachen Wechselwirkung, einer für bestimmte radioaktive Zerfallsformen verantwortlichen Kraft zwischen subatomaren Teilchen.

  • Wir würden die außerordentliche Schwäche der Gravitation verstehen, wenn wir den riesigen Faktor 10E16 erklären könnten, der die elektroschwache Skala von der Planck-Skala trennt.
  • Leider reicht das äußerst erfolgreiche Standardmodell der Teilchenphysik dazu nicht aus, denn das Modell wurde eigens an den experimentell beobachteten Wert der elektroschwachen Skala angepasst.

Die gute Nachricht ist, dass diese Anpassung – zusammen mit 16 anderen – ausreicht, um auf einen Schlag Hunderttausende Beobachtungen zu erklären. Die schlechte Nachricht ist, dass wir die zu Grunde liegende Theorie bis auf die zweiunddreißigste Stelle hinter dem Komma genau einstellen müssen; sonst würde die elektroschwache Skala auf Grund quantenphysikalischer Instabilitäten die extremen Werte der Planck-Skala annehmen.

  • Das ist, als würde man einen Raum betreten und einen Bleistift finden, der mitten auf dem Tisch perfekt ausbalanciert auf der Spitze steht.
  • Obwohl nicht unmöglich, ist eine solche Situation doch extrem instabil, und man fragt sich, woher sie kommt.
  • Große” Raumdimensionen Seit zwanzig Jahren suchen die Theoretiker dieses Rätsel – das Hierarchieproblem – zu lösen, indem sie bei rund 10E-19 Meter (oder 1 TeV) die Teilchenphysik abändern, um die elektroschwache Skala zu stabilisieren.

Die gängigste Änderung des Standardmodells erreicht diesen Zweck über die so genannte Supersymmetrie. Um im Bild des ausbalancierten Bleistifts zu bleiben: Die Supersymmetrie wirkt wie ein unsichtbarer Faden, der den Stift nach oben zieht und vor dem Umkippen bewahrt.

  • Obwohl die Teilchenbeschleuniger bis jetzt noch keine direkten Hinweise auf Supersymmetrie gefunden haben, gibt es immerhin indirekte Indizien.
  • Werden etwa die gemessenen Stärken der starken, schwachen und elektromagnetischen Wechselwirkung theoretisch zu immer kürzeren Abständen extrapoliert, so konvergieren sie nur dann sehr exakt in einem gemeinsamen Wert, wenn die Extrapolation den Regeln der Supersymmetrie gehorcht.

Dieses Ergebnis weist auf eine supersymmetrische Vereinigung der drei Kräfte bei etwa 10E-32 Meter hin; das ist rund tausendmal größer als die Planck-Länge, aber immer noch weit jenseits des für Teilchenbeschleuniger zugänglichen Bereichs. Doch in den letzten zwei Jahren haben einige Theoretiker einen radikal neuen Ansatz vorgeschlagen, bei dem Raumzeit, Gravitation und Planck-Skala selbst modifiziert werden.

Die Grundidee ist, dass die extremen Werte der Planck-Skala – die akzeptiert werden, seit der deutsche Physiker Max Planck (1858–1947) sie vor einem Jahrhundert eingeführt hat – auf einer ungeprüften Annahme über die Schwerkraft bei kleinen Entfernungen beruhen. Newtons Gravitationsgesetz besagt, dass die Kraft zwischen zwei Massen umgekehrt proportional zum Quadrat ihres Abstands ist; es funktioniert hervorragend über makroskopische Distanzen und erklärt die Umlaufbahn der Erde um die Sonne, die Bahn des Mondes um die Erde und so weiter.

Doch weil die Schwerkraft so schwach ist, wurde das Gesetz experimentell nur bis zu Abständen von rund einem Millimeter überprüft – und immerhin müssen wir über 32 Größenordnungen extrapolieren, um zu schließen, dass die Schwerkraft erst bei einem Planck-Maßstab von 10E-35 Meter stark wird.

Das Membran-Modell des Universums Das Gesetz des inversen Abstandsquadrats ergibt sich im dreidimensionalen Raum ganz. Betrachten wir die gleichförmig von der Erde ausgehenden Feldlinien der Schwerkraft. In größerer Entfernung von der Erde verteilen sie sich über eine entsprechend größere Kugelfläche: Die Oberfläche wächst mit dem Quadrat des Radius, und im selben Maß wird die Kraft verdünnt.

Angenommen, es gäbe noch eine weitere Dimension, der Raum wäre vierdimensional. Dann würden die von einem Punkt ausgehenden Feldlinien sich über eine vierdimensionale Kugelschale ausbreiten, deren Oberfläche mit der dritten Potenz des Radius wächst, und die Schwerkraft würde einem Gesetz der inversen dritten Potenz des Abstands gehorchen.

  • Dieses invers kubische Gesetz beschreibt ganz sicher nicht unser Universum, aber stellen wir uns einmal vor, dass die zusätzliche Dimension zu einem kleinen Kreis mit Radius R zusammengerollt ist.
  • Betrachten wir nun Feldlinien, die von einer fast punktförmigen Masse ausgehen.
  • Über sehr kleine Abstände – viel kleiner als R – können die Feldlinien sich gleichförmig in alle vier Dimensionen ausbreiten, und darum ist die Schwerkraft umgekehrt proportional zur dritten Potenz der Entfernung.

Haben sich die Feldlinien aber erst einmal ganz um den Kreis herum ausgebreitet, bleiben ihnen nur noch drei Dimensionen übrig. Darum ist die Kraft für Abstände, die viel größer sind als R, invers quadratisch. Entsprechendes gilt für beliebig viele Extra-Dimensionen, die alle zu Kreisen mit Radius R eingerollt sind.

Bei n zusätzlichen Dimensionen folgt die Schwerkraft für Entfernungen unterhalb R einem inversen Potenzgesetz mit der Potenz 2+n. Weil wir die Schwerkraft nur für Entfernungen oberhalb eines Millimeters gemessen haben, würden wir Änderungen der Schwerkraft durch Extra-Dimensionen, deren Größe R weniger als ein Millimeter beträgt, gar nicht bemerken.

Zudem würde das (2+n)-Potenzgesetz bewirken, dass die Schwerkraft nicht erst bei Erreichen des herkömmlichen Planck-Maßstabs von 10E-35 Meter “stark” wird, sondern schon weit darüber. Das heißt, die Planck-Länge – definiert als die Länge, bei der die Schwerkraft stark wird – wäre nicht gar so winzig, und das Hierarchieproblem würde geringer.

  • Das Hierarchieproblem lässt sich sogar vollständig lösen, indem man so viele Extra-Dimensionen postuliert, dass die Planck-Skala sich in die Nähe der elektroschwachen Größenordnung verschiebt.
  • Die endgültige Vereinigung der Gravitation mit den anderen Kräften würde dann schon bei 10E-19 Meter stattfinden und nicht erst – wie bisher angenommen – bei 10E-35 Meter.

Wie viele Dimensionen man braucht, hängt davon ab, wie groß sie sind. Wenn wir umgekehrt eine Anzahl von zusätzlichen Dimensionen vorgeben, können wir berechnen, wie groß sie sein müssen, um die Schwerkraft bei 10E-19 Meter stark zu machen. Bei nur einer zusätzlichen Dimension muss ihr Radius R etwa so groß sein wie die Entfernung zwischen Erde und Sonne.

Deshalb ist dieser Fall schon durch die Beobachtung ausgeschlossen. Doch schon zwei Extra-Dimensionen können das Hierarchieproblem lösen, wenn sie rund einen Millimeter groß sind – und genau an dieser Grenze endet unsere direkte Kenntnis der Schwerkraft. Die Dimensionen sind noch kleiner, wenn wir mehr davon nehmen: Sieben zusätzliche Dimensionen müssen nur 10E-14 Meter groß sein – so groß wie ein Uran-Kern.

Das ist für Alltagsbegriffe winzig, aber im Maßstab der Teilchenphysik immer noch riesig. Das Postulieren zusätzlicher Dimensionen mag bizarr und willkürlich scheinen, aber für Theoretiker ist es eine vertraute Idee. Schon in den zwanziger Jahren entwickelten die Physiker Theodor Kaluza (1885– 1954) und Oskar Klein (1894– 1977) eine vereinigte Theorie der Gravitation und des Elektromagnetismus, die eine zusätzliche Dimension erforderte.

  1. Die Idee kehrt in den modernen String-Theorien wieder, die aus mathematischen Gründen insgesamt 10 Raumdimensionen benötigen.
  2. Bisher haben die Physiker angenommen, dass die Extra-Dimensionen zu winzigen Kreisen von der Größe der herkömmlichen Planck-Länge – 10E-35 Meter – eingerollt sind, wodurch sie zwar verborgen bleiben, aber das Dilemma des Hierarchieproblems bestehen lassen.

Hingegen werden die zusätzlichen Dimensionen in der neuen Theorie, die wir vorschlagen, zu relativ großen Kreisen – mindestens 10E-14 Meter, maximal ein Millimeter – zusammengerollt. Wenn diese Dimensionen so groß sind, warum haben wir sie bisher noch nicht bemerkt? Millimetergroße Extra-Dimensionen wären bereits mit dem bloßen Auge und erst recht durch ein Mikroskop wahrnehmbar.

Und obwohl wir die Schwerkraft nicht unterhalb eines Millimeters gemessen haben, besitzen wir eine Fülle experimenteller Erkenntnisse über alle anderen Kräfte bei viel kürzeren Entfernungen bis hinunter zu 10E-19 Meter – und all dies lässt sich nur mit einem dreidimensionalen Raum vereinbaren. Wie kann es dann große Extra-Dimensionen geben? Die Antwort ist einfach und seltsam zugleich: Die gesamte Materie und alle uns bekannten Kräfte – mit Ausnahme der Schwerkraft – sind auf eine Art Wand im Raum der zusätzlichen Dimensionen beschränkt.

Elektronen, Protonen, Photonen und all die anderen Teilchen des Standardmodells können sich nicht in den Extra-Dimensionen bewegen; auch elektrische und magnetische Feldlinien breiten sich nicht in den höherdimensionalen Raum aus. Die Wand hat nur drei Dimensionen, und soweit es diese Teilchen betrifft, könnte das Universum ebenso gut dreidimensional sein.

Nur die Feldlinien der Gravitation reichen in den höherdimensionalen Raum hinaus, und nur das Graviton – das Quantenteilchen, das die Schwerkraft überträgt – vermag sich dort frei zu bewegen. Das heißt, die zusätzlichen Dimensionen machen sich ausschließlich durch die Gravitation bemerkbar. Was taugt die Theorie? Zur Veranschaulichung stellen wir uns alle Teilchen des Standardmodells als Kugeln auf einem unermesslich großen Billardtisch vor; soweit es sie betrifft, ist das Universum zweidimensional.

Dennoch können Bewohner dieses Billard-Universums die höherdimensionale Welt entdecken: Wenn zwei Billardkugeln zusammenstoßen, entstehen Schallwellen, die sich in allen drei Dimensionen fortpflanzen und ein wenig Energie von der Tischoberfläche verschwinden lassen.

Die Schallwellen entsprechen den Gravitonen, die sich im gesamten höherdimensionalen Raum bewegen können. Bei hochenergetischen Teilchenkollisionen sollten wir demnach gewisse Energie-Fehlbeträge beobachten, die von in höhere Dimensionen entwischten Gravitonen herrühren. Auch wenn es uns seltsam erscheinen mag, dass manche Teilchen auf eine Wand beschränkt sein sollen, sind uns ähnliche Phänomene doch vertraut.

See also:  Wie Viele Fahrstunden Braucht Man Für B?

Zum Beispiel können Elektronen in einem Kupferdraht sich nur im eindimensionalen Raum des Drahtes bewegen; sie wandern nicht in die dreidimensionale Umgebung ab. Auch Wasserwellen pflanzen sich auf der Oberfläche fort, nicht in der Tiefe. Unser spezielles Szenario, in dem alle Teilchen außer der Schwerkraft auf eine Wand beschränkt sind, folgt zwanglos aus der String-Theorie.

Tatsächlich hängt der jüngste Durchbruch in der String-Theorie gerade mit solchen Wänden oder Membranen zusammen, so genannten “D-Branes”; dieses Kunstwort ist aus “D” für Dirichlet – ein deutscher Mathematiker des 19. Jahrhunderts, nach dem gewisse Randbedingungen für Felder benannt sind – und “Brane” von englisch membrane zusammengesetzt.

D-Branes haben genau die erforderlichen Eigenschaften: Elektronen, Photonen und andere Partikel werden durch winzige schwingende Saiten (englisch strings) beschrieben, deren beide Endpunkte an einer D-Brane haften müssen. Hingegen sind die Gravitonen winzige geschlossene String-Schleifen; sie können in allen Dimensionen umherwandern, weil sie keine Endpunkte besitzen, die in einer D-Brane verankert wären.

  1. Ein guter Forscher versucht eine neue Theorie gleich zu erledigen, indem er einen Widerspruch zu bekannten experimentellen Ergebnissen findet.
  2. Die Theorie der großen Extra-Dimensionen verändert die Schwerkraft bei makroskopischen Entfernungen und die übrige Physik bei hohen Energien – also sollte sie eigentlich leicht zu entkräften sein.

Doch erstaunlicherweise widerspricht diese Theorie, obwohl sie von unserem gewohnten Bild des Universums radikal abweicht, keinem bekannten experimentellen Resultat. Einige Beispiele zeigen, wie überraschend diese Schlussfolgerung ist. Man mag zunächst erwarten, dass eine Veränderung der Gravitation sich auf die von ihr zusammengehaltenen Objekte auswirkt, zum Beispiel Sterne und Galaxien.

  • Aber das ist nicht der Fall.
  • Die Schwerkraft verändert sich nur für Entfernungen unterhalb eines Millimeters, während sie einen Stern über Tausende von Kilometern hinweg zusammenhält.
  • Allgemein gesagt: Obwohl die Gravitation über kurze Distanzen durch die zusätzlichen Dimensionen verstärkt wird, holt sie die anderen Kräfte doch erst bei 10E-19 Meter ein; auf große Entfernungen bleibt sie vergleichsweise sehr schwach.

Ein viel ernsteres Problem bilden die Gravitonen, die hypothetischen Quanten der Gravitation. In unserer Theorie treten sie – wegen der auf kurze Entfernung erhöhten Schwerkraft – viel stärker mit Materie in Wechselwirkung, und darum sollten bei energiereichen Teilchenkollisionen viel mehr Gravitonen erzeugt werden.

  1. Außerdem pflanzen sie sich in sämtlichen Dimensionen fort und entführen darum Energie aus der Wand oder Membran, die unser Universum ausmacht.
  2. Wenn ein Stern kollabiert und anschließend als Supernova explodiert, können bei den hohen Temperaturen Gravitonen leicht in die Extra-Dimensionen verdampfen.
  3. Doch wie wir aus Beobachtungen der berühmten Supernova 1987A wissen, emittiert eine solche Explosion ihre Energie größtenteils in Form von Neutrinos; für einen Energieverlust durch Gravitonen bleibt kaum Spielraum.

Unser Wissen über Supernovae setzt deshalb der Wechselwirkung von Gravitonen mit Materie eine enge Grenze. Diese Einschränkung hätte der Idee der Extra-Dimensionen um ein Haar den Todesstoß versetzt; doch detaillierte Berechnungen zeigen, dass die Theorie überlebt.

Die engste Schranke gilt bei nur zwei zusätzlichen Dimensionen; in diesem Fall kühlen Gravitonen die Supernova zu stark ab, wenn der fundamentale Planck-Maßstab auf weniger als rund 50 TeV abgesenkt wird. Bei drei oder mehr Extra-Dimensionen darf diese Größe sogar nur wenige TeV betragen, ohne dass die Supernova vorzeitig erlischt.

Theoretisch sind viele andere Systeme – vom erfolgreichen Urknallmodell des frühen Universums bis zur Kollision von kosmischen Strahlen höchster Energie – darauf untersucht worden, welche Einschränkungen sie der neuen Theorie auferlegen. Die Theorie besteht all diese experimentellen Prüfungen; sie sind sogar weniger streng als die Einschränkung durch die Supernovae.

  • Je mehr Dimensionen zur Theorie hinzugefügt werden, desto lockerer werden die Einschränkungen: Das dramatische Anwachsen der Schwerkraft beginnt schon bei kleineren Entfernungen und hat deshalb weniger Auswirkungen auf weiträumige Prozesse.
  • Larheit im Jahre 2010 Die Theorie löst das Hierarchieproblem, indem sie die Gravitation im TeV-Energiebereich zu einer starken Kraft macht – gerade in dem Bereich, den die geplanten Teilchenbeschleuniger untersuchen sollen.

Demnach könnte der Large Hadron Collider (LHC), der um 2005 die Arbeit aufnehmen wird, das Wesen der Quantengravitation enthüllen. Falls die String-Theorie die Quantengravitation richtig beschreibt, gleichen die Teilchen winzigen String-Schleifen, die wie eine Violinsaite schwingen können.

Die bekannten fundamentalen Teilchen entsprechen einem String, das nicht schwingt – einer nicht gestrichenen Saite. Jeder unterschiedliche Ton, den die schwingende Saite hervorzubringen vermag, entspricht in diesem Bild einem neuen exotischen Teilchen. Gemäß der herkömmlichen String-Theorie sollen die Strings nur etwa 10E-35 Meter groß sein, und die neuen Teilchen hätten Massen von der Größenordnung der herkömmlichen Planck-Energie.

Die Musik dieser Saiten wäre gleichsam zu schrill, als dass wir sie mit unseren Beschleunigern hören könnten. Aber bei großen Extra-Dimensionen sind die Strings viel länger, nämlich rund 10E-19 Meter, und die neuen Teilchen können bereits bei einigen TeV auftreten – tief genug, um sie mit dem LHC zu hören.

Ebenso wären Energien experimentell erreichbar, bei denen Teilchenkollisionen mikroskopische Schwarze Löcher erzeugen. Diese Gebilde wären mit rund 10E-19 Meter Durchmesser zu klein, um Probleme zu schaffen; sie würden Energie in Form so genannter Hawking-Strahlung emittieren und in weniger als 10E-27 Sekunden verdampfen.

Durch Beobachten solcher Phänomene ließe sich die rätselhafte Quantenphysik Schwarzer Löcher unmittelbar erforschen. Selbst bei Energien, die zu gering sind, um schwingende Strings oder Schwarze Löcher zu erzeugen, produzieren die Teilchenzusammenstöße große Mengen von Gravitonen – ein in herkömmlichen Theorien unerheblicher Vorgang.

  1. Experimentell sind die emittierten Gravitonen nicht direkt nachweisbar, doch die von ihnen abtransportierte Energie würde sich als Energiedefizit der Kollisionstrümmer offenbaren.
  2. Die Theorie sagt bestimmte Eigenschaften der fehlenden Energie voraus – etwa, wie sie mit der Kollisionsenergie variiert.

Somit ließe sich die Gravitonenerzeugung von anderen Prozessen unterscheiden, die in Form unsichtbarer Teilchen Energie wegschaffen. Bereits jetzt schränken die Daten der stärksten Hochenergie-Beschleuniger das Szenario der großen Extra-Dimensionen etwas ein.

Die Experimente am LHC sollten entweder Anzeichen für Gravitonen finden oder, falls nicht, die Theorie widerlegen. Auch eine ganz andere Art von Experimenten könnte die Theorie untermauern, vielleicht sogar früher als die Teilchenbeschleuniger. Wie wir wissen, müssen zwei Extra-Dimensionen rund ein Millimeter groß sein, um das Hierarchieproblem zu lösen.

Dann würden Schwerkraftmessungen bei Millimeterabständen einen Übergang des Newtonschen invers quadratischen Gesetzes zu einem Gesetz mit der inversen vierten Potenz des Abstands aufzeigen. Erweiterungen der grundlegenden Theorie führen zu zahlreichen anderen möglichen Abweichungen vom Newtonschen Gesetz; am interessantesten sind dabei abstoßende Kräfte, die mehr als eine Million Mal stärker als die Schwerkraft wirken, wenn zwei Teilchen weniger als ein Millimeter voneinander entfernt sind.

Derzeit überprüfen extrem empfindliche Detektoren, die auf einem Labortisch Platz haben, das Newtonsche Gravitationsgesetz im Bereich von Zentimetern bis zu einigen Hundertstel Millimetern. Um die Schwerkraft unterhalb von Millimeterabständen zu testen, dürfen die Objekte nicht viel größer als ein Millimeter sein; darum haben sie nur sehr geringe Massen.

Man muss zahlreiche Effekte sehr sorgfältig abschirmen – etwa elektrostatische Restladungen, welche die winzige Gravitationsanziehung überdecken oder imitieren. Solche Experimente sind schwierig und subtil, aber auch ungeheuer spannend, denn sie könnten eine völlig neue Physik enthüllen.

Selbst unabhängig von der Suche nach zusätzlichen Dimensionen ist es wichtig, unsere unmittelbare Kenntnis der Schwerkraft auf diese kurzen Entfernungen zu erweitern. Drei Forscher führen zur Zeit solche Experimente durch: John Price von der Universität von Colorado, Aharon Kapitulnik von der Stanford-Universität und Eric G.

Adelberger von der Universität von Washington. Sie erwarten noch in diesem Jahr vorläufige Resultate. Die Idee der zusätzlichen Dimensionen setzt eigentlich die Tradition unseres kopernikanischen Weltbilds fort: Die Erde ist nicht das Zentrum des Sonnensystems, die Sonne ist nicht das Zentrum unserer Galaxis, unsere Galaxis ist bloß eine unter Milliarden in einem Universum ohne Mittelpunkt – und nun bildet unser ganzes dreidimensionales Universum nur eine dünne Membran in einem Raum mit vielen Dimensionen.

  1. Wenn wir Schnitte durch die Extra-Dimensionen betrachten, nimmt unser Universum darin nur einen einzigen, unendlich kleinen Punkt ein, umgeben von Leere.
  2. Aber vielleicht ist das nicht die ganze Wahrheit.
  3. So wie die Milchstraße nicht die einzige Galaxie im Universum ist, ist unser Universum in den Extra-Dimensionen vielleicht nicht allein.

Die Membranen anderer dreidimensionaler Universen könnten parallel zu unserem liegen, in den Extra-Dimensionen nur ein Millimeter von uns entfernt. Und obwohl alle Teilchen des Standardmodells in unserem Membran-Universum gefangen sind, könnten sich außer den Gravitonen noch weitere Teilchen, die nicht zum Standardmodell gehören, durch die Extra-Dimensionen fortpflanzen.

Weit davon entfernt, leer zu sein, weisen die zusätzlichen Dimensionen möglicherweise eine Vielfalt interessanter Strukturen auf. Die Effekte neuer Teilchen und Universen in den Extra-Dimensionen lösen vielleicht viele Rätsel der Teilchenphysik und Kosmologie. Sie könnten zum Beispiel für die Neutrinomasse verantwortlich sein.

Eindrucksvolle neue Ergebnisse des Super-Kamiokande-Experiments in Japan zeigen an, dass die Neutrinos, die lange als masselos galten, eine winzige Masse besitzen (siehe “Der Neutrinomasse auf der Spur” von Edward Kearns, Takaaki Kajita und Yoji Totsuka, Spektrum der Wissenschaft 10/1999, S.44).

Das Neutrino könnte seine Masse durch Wechselwirkung mit einem Partnerfeld in den Extra-Dimensionen erlangen. Wie bei der Schwerkraft wäre die Wechselwirkung sehr stark verdünnt – und die Neutrinomasse winzig –, weil der Partner sich durch die Extra-Dimensionen ausbreitet. Ein weiteres Rätsel der Kosmologie ist die Frage, woraus die dunkle Materie besteht: die unsichtbare, nur durch ihre Schwereanziehung kenntliche Substanz, die mehr als 90 Prozent der Masse des Universums auszumachen scheint.

Vielleicht hält sie sich in Parallel-Universen auf. Eine solche Materie würde unser Universum durch die Schwerkraft beeinflussen; sie wäre notwendigerweise “dunkel”, denn unsere Art Photonen ist unwiderruflich in unserer Membran gefangen, und darum vermag niemals Licht durch die Leere zu dringen, die uns von der Parallelmaterie trennt.

  1. Solche Parallel-Universen sind vielleicht völlig verschieden von unserem: Sie bestehen aus einer Membran mit weniger oder mehr Dimensionen und enthalten ganz andere Teilchen und Kräfte.
  2. Oder noch seltsamer, sie haben sogar dieselben Eigenschaften wie unsere Welt.
  3. Angenommen, unsere Heimatmembran ist in den Extra-Dimensionen mehrfach gefaltet.

Objekte auf einer gegenüber liegenden Falte scheinen dann sehr weit entfernt zu liegen, obwohl sie in den Extra-Dimensionen weniger als ein Millimeter von uns trennt: Das von ihnen emittierte Licht muss bis zu uns den gesamten Umweg durch die Falte nehmen.

  1. Wenn die Falte einige zehn Milliarden Lichtjahre groß ist, hat uns seit Beginn des Universums kein Lichtstrahl von der anderen Seite erreicht.
  2. Die rätselhafte dunkle Materie könnte aus ganz normaler Materie bestehen, vielleicht sogar aus gewöhnlichen Sternen und Galaxien, die auf ihrer Seite der Falte hell strahlen.

Solche Sterne würden interessante beobachtbare Effekte erzeugen – etwa Gravitationswellen, die von Supernovae und anderen heftigen astrophysikalischen Prozessen stammen. Die Gravitationswellen-Detektoren, die in einigen Jahren fertig gestellt werden sollen, könnten Anzeichen für Falten finden: große Quellen von Gravitationsstrahlung, denen sich in unserem Universum keine sichtbare Materie zuordnen lässt.

  1. Die hier präsentierte Theorie ist nicht die erste mit zusätzlichen Dimensionen, die größer als 10E-35 Meter sind.
  2. Ignatios Antoniadis von der École Polytechnique in Frankreich hat 1990 vorgeschlagen, dass einige Dimensionen der String-Theorie bis zu 10E-19 Meter groß sein könnten, aber er beließ den Maßstab der Quantengravitation bei 10E-35 Meter.

Und 1996 haben Petr Horava vom California Institute of Technology und Edward Witten vom Institute for Advanced Study in Princeton (New Jersey) darauf hingewiesen, dass eine einzige Extra-Dimension von 10E-30 Meter Größe die Gravitation mit den anderen Kräften vereinigen könnte, und zwar im Rahmen einer supersymmetrischen Vereinigung bei 10E-32 Meter.

  • Unser Universum: nur eines unter vielen?
  • Literaturhinweise

Seit unserem Vorschlag aus dem Jahre 1998 sind mehrere interessante Varianten erschienen, die ebenfalls Extra-Dimensionen und unser Membran-Universum benutzen. So nehmen Lisa Randall von der Princeton University und Raman Sundrum von der Stanford University an, dass die Schwerkraft selbst auf einer Membran in einer fünfdimensionalen Raum-Zeit konzentriert ist, die in allen Richtungen unendlich ist.

  1. Die Schwerkraft erscheint in unserem Universum naturgemäß sehr schwach, wenn wir uns auf einer anderen Membran befinden.
  2. Zwanzig Jahre lang war es üblich, das Hierarchieproblem und somit die Schwäche der Schwerkraft durch die Annahme zu erklären, die Planck-Skala bei 10E-35 Meter sei Grundlage jeder Theorie, und die Teilchenphysik müsse sich bei 10E-19 Meter ändern.

Die Quantengravitation blieb pure Spekulation und hoffnungslos jenseits der Reichweite von Experimenten. In den letzten beiden Jahren haben wir erkannt, dass dies nicht unbedingt der Fall sein muss. Wenn es große zusätzliche Dimensionen gibt, könnten wir in den nächsten Jahren bei etwa 6 x 10E-5 Meter gewisse Abweichungen vom Newtonschen Gesetz entdecken sowie mit Hilfe des LHC Stringvibrationen oder winzige Schwarze Löcher.

Quantengravitation und String-Theorie würden Teil der experimentell überprüfbaren Wissenschaft. Jedenfalls werden wir um 2010 der Antwort auf die 300 Jahre alte Frage näher kommen, warum die Gravitation so schwach ist. Vielleicht finden wir uns dann in einem seltsamen Flachland wieder – in einem Membran-Universum, wo die Quantengravitation zum Greifen nahe liegt.

Das elegante Universum. Superstrings, verborgene Dimensionen und die Suche nach der Weltformel. Von Brian Greene. Siedler, Berlin 2000. Neue Welttheorien: von Strings zu Membranen. Von M. Duff in: Spektrum der Wissenschaft 4/1998, S.62. Flatland. A Romance of Many Dimensions.

  1. Kurz gefasst
  2. Dimensionen

Unser Universum hat offenbar vier Dimensionen: drei räumliche und eine zeitliche. Doch Mathematiker und Physiker erforschen schon seit langem die Eigenschaften von abstrakten Räumen mit beliebig vielen Dimensionen. Die “Größe” von Dimensionen Die vier bekannten Raum-Zeit-Dimensionen unseres Universums sind riesig.

  1. Die Dimension der Zeit erstreckt sich mindestens 13 Milliarden Jahre in die Vergangenheit und vielleicht unendlich weit in die Zukunft.
  2. Die drei Raumdimensionen sind vielleicht unendlich; unsere Teleskope erfassen Objekte, die mehr als 12 Milliarden Lichtjahre entfernt sind.
  3. Dimensionen können aber auch endlich sein.

Zum Beispiel erreichen die zwei Dimensionen der Erdoberfläche nur etwa 40000 Kilometer. Kleine Extra-Dimensionen Einige moderne physikalische Theorien postulieren zusätzliche reale Dimensionen, die zu so winzigen Kreisen zusammengerollt sind – vielleicht mit nur 10E-35 Meter Radius –, dass wir sie noch nicht entdeckt haben.

Ein Baumwollfaden ist in guter Näherung eindimensional: Eine einzige Zahl vermag anzugeben, wo auf dem Faden eine Ameise sitzt. Doch unter dem Mikroskop sehen wir Staubmilben auf der zweidimensionalen Oberfläche des Fadens krabbeln – entlang der großen Längendimension sowie der kleinen Umfangsdimension.

Große Extra-Dimensionen Kürzlich haben Physiker erkannt, dass es millimetergroße und dennoch unsichtbare Extra-Dimensionen geben könnte. Überraschenderweise steht diese Theorie nicht im Widerspruch zu bisher bekannten experimentellen Fakten, und sie könnte einige Rätsel der Teilchenphysik und Kosmologie klären.

  1. Demnach wäre unser gesamtes räumliches Uni-versum – mit Ausnahme der Gravitation – in einer Membran gefangen wie Billardkugeln auf einem zweidimensionalen Spieltisch.
  2. Dimensionen und Gravitation Das Verhalten der Schwerkraft – insbesondere ihre Stärke – hängt eng mit der Anzahl der ihr zugänglichen Dimensionen zusammen.

Gravitationsmessungen über Entfernungen unterhalb eines Millimeters – solche Experi-mente sind zur Zeit im Gange – könnten demnach große Extra-Dimensionen enthüllen. Diese Dimensionen würden auch hypothetische Objekte der Quantengravitation in greifbare Nähe rücken.Aus: Spektrum der Wissenschaft 10 / 2000, Seite 44© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH : Theoretische Physik: Die unsichtbaren Dimensionen des Universums

Was war vor dem Universum da?

Was war vor dem Urknall? Sterngeburten wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall. Doch gab es den wirklich? Oder ging unser Universum aus einem anderen hervor? (Foto: picture-alliance / dpa) Die Frage, die lange Zeit nur Philosophen stellen und erörtern durften, beschäftigt inzwischen Physiker auf der ganzen Welt.

Und sie finden Antworten – zumindest theoretischer Natur. Ob Paralleluniversum, Multiversum oder Megaversum – eines wird ganz deutlich: Der Mensch ist weniger als eine Ameise. Nimmt man den Urknall als gegeben an, dann verbietet sich die Frage nach dem Davor. Denn dann war der Urknall der Anfang von allem.

Von Zeit lässt sich – ebenso wie von Raum – erst mit dem Urknall sprechen. Vor dem Urknall gab es weder das eine noch das andere. Vor dem Urknall gab es nichts. Der Urknall ist eine Theorie. Sie besagt, dass das Universum aus einer Singularität entstanden ist, aus einem minimalsten Punkt, einem Punkt mit unglaublich hoher Dichte.

  1. Er enthielt die gesamte Materie und Energie des Universums.
  2. Bei extrem hoher Temperatur begann vor rund 13,7 Milliarden Jahren aus diesem Punkt heraus eine Expansion.
  3. Die Entwicklung des Universums hatte ihren Lauf genommen – und sie hält an.
  4. Um den Punkt Null beschreiben zu können, braucht man eine Theorie der Quantengravitation.

Sie soll die Quantentheorie mit Einsteins Relativitätstheorie unter einen Hut bringen. Die Urknall-Theorie ist etabliert. Mit ihr lassen sich die Ausdehnung und der aktuelle Zustand des Universums gut erklären. Die Formeln der Physik sind mit dem Modell des “Big Bang” vereinbar; allerdings – und das macht Wissenschaftler durchaus stutzig – nur bis zu einem gewissen Punkt: Die klassische Physik greift bereits Sekundenbruchteile nach dem Urknall, doch will man bis zum Urknall selbst zurückgehen, versagt sie.

Die Gleichungen funktionieren nicht mehr. Weder die Allgemeine Relativitätstheorie, die Physik fürs ganz Große also, noch die Quantentheorie, die Physik fürs ganz Kleine, können – eine jede für sich genommen – den Urknall beschreiben. “Die Physik, die wir kennen und die bestätigt ist”, sagt Hermann Nicolai, Direktor des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Potsdam-Golm, im Gespräch mit n-tv.de, “geht schon ziemlich nah an diesen Punkt heran, nämlich bis 10 hoch minus 30 Sekunden.

Das ist schon ziemlich gut.” Aber: Eine minimale Lücke bleibt.

Hat die NASA ein Paralleluniversum entdeckt?

Paralleluniversum Theorie: Zeit läuft „rückwärts” – das steckt hinter NASA-Entdeckung – Im Vorfeld des NASA-Projektes hätte es wohl keiner der zuständigen Forscherinnen und Forscher für möglich gehalten, dass ihre Antarktis-Reise eine alternative Realität belegen könnte.

Anschließende Auswertungen signalisierten, dass tatsächlich doch bereits auf den ersten beiden Scan-Flügen der Satellitenantennen kosmische Neutrinos ausfindig gemacht worden waren. Viele hätten sich so verhalten, wie es die Astronomie erwartet: eben so wie die Strahlung aus dem All die Erde trifft – nämlich von oben nach unten.

Doch ähnlich wie die Alien-Sichtung des NASA-Chefs oder ein 150-Kilometer-Komet, der 2021 der Erde immer näher kommt, überraschen die vorliegenden Untersuchungen im weiteren Verlauf. Konnte ein NASA-Experiment tatsächlich die Existenz von Paralleluniversen beweisen? (Symbolbild) © imago So richteten einige Teilchen ihre Bewegung nämlich von unten nach oben aus. Wie fr.de berichtete, sind diese Neutrinos in einer Explosion aufgestiegen, die aus dem Boden kam.

Was ist schneller als das Licht?

Raum ist schneller als Licht Damit kommt der entscheidende Begriff in die Diskussion: Die Raumzeit. Sie bietet eine Erklärung, wie es sein kann, dass sich zwei Objekte mit Licht- oder Überlichtgeschwindigkeit voneinander entfernen können, obwohl sie sich selbst kaum bewegen.

Es gibt den Vergleich mit einem Hefeteig mit Rosinen: Die Rosinen selbst ruhen innerhalb des Teiges, aber der Teig geht auf und dadurch entfernen sich die Rosinen voneinander.” Und dieser Teig, der sinnbildlich für den Raum steht, für den zählt Geschwindigkeit nicht. Der hat kein Limit wie irgendwelche Teilchen, erklärt Astrophysiker Bruno Leibundgut: “Das Skurrile daran ist, dass der Raum sich nicht an physikalische Gesetze halten muss.

Das bedeutet, sie können den Raum zum Beispiel mit Überlichtgeschwindigkeit ausdehnen.” Überlichtgeschwindigkeit heißt nicht nur ein bisschen schneller als Lichtgeschwindigkeit, sondern sehr, sehr viel schneller. Das hat in der Vergangenheit des Universums auch dazu geführt, dass sich Galaxien oder Bereiche im Universum innerhalb von Sekunden Tausende oder Milliarden Lichtjahre voneinander entfernt haben, ohne sich dabei selbst großartig zu bewegen.

Wozu der Raum fähig ist, beschreibt Professor Martin Ammon aus Jena anhand der Theorie über die ersten Sekunden des Universums, der sogenannten Inflationären Phase. “Das war wirklich ein Bruchteil einer Sekunde nach dem Urknall. In diesem Rahmen hat sich das Universum von sagen wir 10-30 Zentimeter auf die heutige Größe oder noch größer aufgebläht.” Und trotz dieser Ausdehnung des Raums, der auch die erwähnte Galaxie scheinbar mit Überlichtgeschwindigkeit fortbewegt, haben alle die Recht, die nach wie vor behaupten, Lichtgeschwindigkeit ist das Schnellste, das es gibt – sagt auch Hendrik Hildebrandt.

Das ist aber kein Verstoß gegen dieses Gesetz der Relativitätstheorie, dass sich nichts schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kann. Das heißt, diese Galaxie überholt uns nicht mit Lichtgeschwindigkeit, die fliegt nicht mit Lichtgeschwindigkeit an uns vorbei, sondern sie ist sehr weit von uns entfernt und befindet sich in einem anderen Koordinatensystem.

  • Und wir definieren uns jetzt eine Größe, die wir Fluchtgeschwindigkeit nennen und kommen dann auf ein Ergebnis, das größer ist als die Lichtgeschwindigkeit.
  • Hendrik Hildebrandt, Ruhr-Universität Bochum Wenn wir die Perspektive umdrehen und unsere Milchstraße von dieser fernen Galaxie aus beobachten würden, dann hätte man den Eindruck, auch wir würden uns mit Lichtgeschwindigkeit wegbewegen.

Aber hätten unsere Galaxie, unser Sonnensystem oder unsere Erde einen Tacho, er würde niemals auch nur ansatzweise Lichtgeschwindigkeit anzeigen. Das, was wir als Fluchtgeschwindigkeit registrieren, ist die Ausdehnung des Raums, nicht die Geschwindigkeit der Himmelskörper.

Das Problem dabei: Wir können uns diese Ausdehnung des Raums nicht vorstellen. Denn unser Teller bleibt da, wo er ist, und der Weg zur Arbeit hat immer die gleiche Länge. “Das ist eben das Verrückte und deshalb ist es auch so schwierig, sich das vorzustellen: In ihrem Zimmer hat die Gravitation gewonnen, das bedeutet, diese Ausdehnung findet in ihrem Zimmer nicht statt, auch nicht in unserem Sonnensystem oder in unserer Milchstraße oder in der sogenannten lokalen Gruppe”, sagt Astrophysiker Bruno Leibundgut.

Das heißt hier bei uns, wo die Gravitation das Sagen hat, wo sie größer ist als die rätselhafte Kraft der Dunklen Energie, die den Raum aufbläht oder auseinanderdrückt, hier funktioniert das Universum so, wie wir es täglich erleben und erfahren. Aber viel weiter draußen, dort wo Millionen Lichtjahre nur leerer Raum ist, dort regiert die dunkle Energie.

  • Wir verstehen noch nicht warum, aber sie lässt den Raum expandieren, schneller als jede irdische Vorstellungskraft es zulässt.
  • Und deshalb gibt es Himmelskörper, die sich schneller als mit Lichtgeschwindigkeit von uns wegbewegen und das widerspricht nicht mal dem, was wir im Physikunterricht gelernt haben.

: Raum ist schneller als Licht

Würde man im Weltraum platzen?

Benutzen Astronautinnen und Astronauten einen Fallschirm, wenn sie zur Erde zurückkehren? Wurde schon ein Planet entdeckt, auf dem irgendwann Menschen leben können? Und was würde eigentlich passieren, wenn man ohne Raumanzug in das Weltall gehen würde? – Das sind einige der spannenden Fragen, die ihr zum Thema Astronauten wissen wolltet.

Noch mehr Fragen und die entsprechenden Antworten gibt es jetzt hier. Frage: Yannick fragt: Wie verläuft der Start in einer Rakete? Antwort: Mit dem Zünden der Triebwerke beginnt der Aufstieg ins All. Diese Phase bis zum Einschwenken in die Umlaufbahn dauert nur acht Minuten. Die Astronautinnen und Astronauten werden dabei durch die Beschleunigung in die Sitze gepresst – mit etwa dem Dreifachen ihres normalen Gewichts.

Dabei rüttelt und schüttelt es die Crew schon etwas durch – denn die Vibrationen der Rakete sind deutlich spürbar. Im Orbit angekommen werden die Triebwerke ausgestellt – und von einer Sekunde zur anderen setzt Schwerelosigkeit ein. Man darf jetzt den Helm abnehmen und die Handschuhe ausziehen – und schon muss man darauf achten, dass nicht etwas davonschwebt. Eine riesige Raumstation, die sich um sich selbst dreht und so Schwerkraft erzeugt. Diese futuristische Zeichnung stammt aus den Archiven der NASA. Bild: NASA Antwort: Theoretisch möglich wäre das schon – und es hat auch schon einige Überlegungen zu künstlicher Schwerkraft gegeben.

  1. Man müsste ein Raumschiff nur wie eine sehr große „Tonne” bauen, die sich andauernd dreht.
  2. Dann wird – wie in der Trommel einer Waschmaschine beim Schleudergang – alles nach außen gedrückt.
  3. Natürlich nicht zu stark Damit sich das dann für die Crew so anfühlt wie die Schwerkraft der Erde, müsste die Raumstation aber sehr groß sein.
See also:  Wie Viele Wölfe Gibt Es In Deutschland?

Und deshalb sieht man so etwas bisher nur in Science-Fiction-Filmen – denn der Aufwand wäre enorm. Ganz im Kleinen gibt es aber so etwas übrigens schon: Die Rede ist von sogenannten Zentrifugen, die man auch an Bord der Internationalen Raumstation ISS findet.

Die sind sogar noch kleiner als Waschmaschinen – und sie drehen sich auch nicht ganz so schnell. Darin erzeugt man zum Beispiel für Experimente mit Pflanzen oder auch Einzellern – kleinsten Lebewesen – künstliche Schwerkraft. Und zwar ganz langsam und allmählich steigernd. So kann man dann herausfinden, ab welcher Stärke die Organismen überhaupt Schwerkraft wahrnehmen.

Frage: Achim möchte gerne wissen, ob ein Astronaut bzw. eine Astronautin unendlich weit fliegen würde, wenn er bzw. sie sich von einer Raumstation abstoßen würde? Antwort: Zunächst einmal: Ein Astronaut bzw. eine Astronautin sollte das nicht tun! Denn man würde tatsächlich weit ins All und weg von der Raumstation schweben – ohne eine Chance auf Rückkehr. Vor vielen Jahren hat die NASA einen Rucksack mit Düsen entwickelt – der inzwischen aber nicht mehr verwendet wird. Damit konnten sich Astronauten tatsächlich vom Raumschiff entfernen. Bild: NASA Aber nun zur physikalischen Erklärung: Der sogenannte „Impulserhaltungssatz” besagt, dass – vereinfacht ausgedrückt – eine Bewegung konstant bleibt, wenn sie nicht durch äußere Einflüsse verändert wird.

  1. Zum besseren Verständnis: Wenn du dich im Schwimmbad kräftig vom Beckenrand abstößt, gleitest du einige Meter durchs Wasser – das dich aber allmählich abbremst.
  2. Die Reibung an den Wassermolekülen: Das ist der äußere Einfluss, der die Bewegung verändert und die Energie, die du beim Abstoßen eingesetzt hast, langsam „auffrisst”.

Wenn sich aber ein Astronaut bzw. eine Astronautin irgendwo ganz weit draußen im luftleeren Weltraum von einem Raumschiff abstoßen würde, gäbe es keine andere Kraft, die das beeinflussen könnte: Man würde immer weiter geradeaus schweben. Frage: Ben fragt, wie Astronautinnen und Astronauten aus dem Weltraum zurück zur Erde kommen und ob sie dabei einen Fallschirm benutzen. Eine Sojus-Landekapsel gleitet am Fallschirm zur Erde zurück. Bild: ESA, CNES Antwort: Gagarin hat tatsächlich einen Fallschirm benutzt. Die Kapsel hatte ihn zunächst wieder Richtung Erde gebracht, aber ein paar tausend Meter über dem Boden betätigte Gagarin den Schleudersitz und segelte dann am Fallschirm zur Erde.

Das war aber eine Ausnahme. Normalerweise bleiben Raumfahrende in der Rückkehrkapsel, bis sie den Erdboden erreicht. Diese Kapsel dringt zunächst aus dem Weltraum in die immer dichter werdenden Luftschichten der Erde ein und wird dadurch abgebremst. Dann öffnen sich große Fallschirme, an denen die Kapsel selbst zum Boden schwebt.

Zuletzt zündet noch eine kleine Bremsrakete ganz kurz vor dem Aufsetzen. Beim amerikanischen Shuttle funktioniert die Landung anders: Es hat ja Flügel und landet wie ein Flugzeug. Frage: Stefanie will wissen: Wie kann man Blut abnehmen, ohne dass dann Blutstropfen in der ISS herumfliegen? Eine Astronautin trinkt per Strohhalm. Bild: ESA, CNES Antwort: Die Spritze oder Kanüle fängt das Blut ja gleich auf – wie beim Arzt auf der Erde, wo ja auch kein Tropfen daneben gehen sollte. Aber der Umgang mit Flüssigkeiten ist schon eine besondere Sache.

Zum Beispiel beim Trinken. Astronautinnen und Astronauten können natürlich nicht aus einem Becher trinken – dann würden tatsächlich tausend Tropfen durch die Raumstation schweben. Also benutzen sie Getränkepackungen mit Strohhalmen. Und statt einer Dusche werden nasse Handtücher zum Waschen verwendet. Frage: Richard und Rudi fragen: Wird es Hubschrauber geben, die leise fliegen aber trotzdem effizient bleiben? Antwort: Wir arbeiten gerade daran.

Hier erfährst du mehr dazu. Frage: Elias fragt: Was passiert, wenn man ohne Raumanzug in das Weltall geht? Antwort: Man würde innerhalb von Sekunden sterben. Im Weltall gibt es keine Luft zum Atmen – es herrscht Vakuum. Hinzu kommen die extremen Temperaturen: weit unter minus 100 Grad auf der Schattenseite der Erde, weit über plus 100 Grad.

  1. Raumanzüge versorgen Astronautinnen und Astronauten beim Spacewalk mit Atemluft und isolieren das Innere des Anzugs auch gegen die Außentemperaturen.
  2. Frage: Laura überlegt, ob es schwierig ist, Pflanzen in der Schwerelosigkeit zu züchten? Antwort: Ja, jedenfalls nicht so leicht wie auf der Erde.
  3. Es gibt dazu immer wieder Experimente, weil man ja auch darüber nachdenkt, ob man Pflanzen etwa auf eine Reise zum Mars mitnehmen kann, um die Astronauten unterwegs mit nachwachsender Nahrung zu versorgen.

Das wollte man gerade eben mit dem Pflanzen-Experiment auf der ISS testen – im Rahmen der Mission MagISStra mit dem italienischen ESA-Astronauten Paolo Nespoli an Bord. Doch Paolo musste den Versuch vorzeitig beenden, weil es bei den Pflanzen zu einem Pilzbefall gekommen war.

  • Weitere Infos zu diesem Experiment und dem wissenschaftlichen Hintergrund findest du hier,
  • Frage: Lukas fragt: Wurde schon ein Planet entdeckt, auf dem irgendwann Menschen leben können? Antwort: Nein, bisher noch nicht.
  • In unserem Sonnensystem ist die Erde der einzige Planet, auf dem Menschen leben können – ein Grund mehr, sorgsam mit unserer Umwelt umzugehen.

Es wäre aber denkbar, dass auf anderen Himmelskörpern wie etwa dem Mars einfache Lebensformen – etwa Bakterien – existiert haben oder vielleicht sogar noch existieren. Denn dort muss es einmal Wasser gegeben haben: Die Bilder von Raumsonden, die den Mars erkunden, zeigen jedenfalls ausgetrocknete Flussläufe.

Und Wasser gilt als eine der wichtigsten Voraussetzungen für Leben. Aber bisher hat man noch keine Mikroorganismen oder andere Lebewesen auf dem Mars gefunden. Für uns Menschen ist jedenfalls dort kein Leben möglich – schon allein wegen der viel zu dünnen Atmosphäre. Nebenbei bemerkt: Es gibt einige ganz utopische Überlegungen, den Mars in eine zweite Erde zu verwandeln.

Das nennt man „Terraforming”. Im Internet findest du dazu sicher eine Menge an Einträgen. Aber es handelt sich dabei um Science Fiction, nicht so sehr um wirklich ernsthafte Forschung. Diese Zeichnung – es handelt sich also nicht um ein Foto – zeigt einen der wenigen Gesteinplaneten (er wird OGLE-2005-BLG-390Lb genannt), die man bisher entdeckt hat. Er ist aber wohl so weit von seiner sehr kleinen Sonne entfernt, dass es dort minus 200 Grad kalt sein dürfte.

Bild: NASA, ESA, STScI Fast schon realistisch ist dagegen die Überlegung, ob es in der Nähe von anderen Sonnen erdähnliche Planeten gibt. Das ist sogar ziemlich wahrscheinlich. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben außerhalb unseres eigenen Sonnensystems mittlerweile schon über 5000 Planeten entdeckt, die um andere Sterne kreisen.

Allerdings sind das meist sehr große Planeten – einfach weil man sie leichter mit unseren heutigen Instrumenten finden kann. Diese Riesen-Planeten bestehen aus Gas – ähnlich wie Jupiter und Saturn. Leben dürfte es dort kaum geben. Aber die Entwicklung geht weiter und es wurden auch schon Gesteinsplaneten entdeckt.

  • Einige von ihnen haben sogar den richtigen Abstand zu ihrem Stern – nicht zu nah und nicht zu weit weg.
  • Dorthin fliegen wird für uns jedoch leider nicht möglich sein: Die Entfernungen zu anderen Sonnensystemen sind so riesig, dass nie ein Raumschiff dorthin reisen kann – es wäre viele Tausende von Jahren und noch länger unterwegs.

Frage: Marco möchte mehr über die Zusammenarbeit mit Ländern wie Indien und China erfahren. Antwort: China und Indien gehören inzwischen auch zu den großen Raumfahrtnationen der Erde. Und wir arbeiten in einer ganzen Reihe von Projekten zusammen. China hat selbst mittlerweile eigene Astronauten ins All gebracht und ist an der Forschung in Schwerelosigkeit interessiert.

Da gibt es eine Zusammenarbeit bei verschiedenen wissenschaftlichen Experimenten. Konkret werden auf dem unbemannten chinesischen Raumschiff Shenzhou 8, das im Herbst 2011 starten soll, auch sieben biologische Experimente – etwa Algenkulturen – aus Deutschland mitfliegen. Man will so untersuchen, wie sich Zellen in Schwerelosigkeit verhalten.

Indien ist noch nicht so sehr an der bemannten Raumfahrt beteiligt, dafür aber in der Erdbeobachtung äußerst aktiv – und auch da gibt es eine Zusammenarbeit. Frage: Aaron interessiert sich für die künftigen Raumfahrt-Missionen, die von deutscher Seite geplant werden – ob mit oder ohne Astronautinnen und Astronauten.

Antwort: Astronautinnen und Astronauten werden auch in den nächsten Jahren immer wieder zur Internationalen Raumstation ISS fliegen. Deutschland ist daran über die Europäische Weltraum-Organisation ESA beteiligt. Dort gibt es ein Astronauten-Team, in dem Deutschland, Frankreich, Italien und viele andere Länder vertreten sind.

Wann der oder die nächste Deutsche zur ISS fliegen wird, steht noch nicht fest. Aber unabhängig davon werden andauernd viele Experimente deutscher Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der ISS durchgeführt. Daneben sind auch unbemannte Missionen geplant – manche von der ESA, andere vom DLR.

Eines der größten und wichtigsten Projekte: das europäische Satellitennavigationssystem Galileo. Dabei sollen rund 30 Satelliten die Erde umkreisen und dafür sorgen, dass man noch viel genauer als bisher per „Navi” den Weg zum Ziel findet. Das betrifft übrigens nicht nur das Navigationsgerät im Auto, sondern etwa auch Flugzeuge und Schiffe, die ja ebenfalls Satelliten zur Positionsbestimmung nutzen.

Und auch über einen Roboter-Satelliten denken wir nach, der andere Satelliten notfalls repariert oder vielleicht auch Weltraumschrott einfängt. Frage: Willy hat die sehr spezielle Frage: Was ist NT-GTF? Antwort: Dabei geht es um besonders umweltfreundliche und leise Triebwerke für Flugzeuge.

  • Ganz allgemein verständlich wird das Thema hier dargestellt.
  • Frage: Die Frage von Nico lautet: Wie lange wäre man unterwegs, wenn man von der Erde bis zum Neptun und wieder zurück fliegt? Antwort: Zum Neptun wäre es schon eine ziemlich lange Reise! Immerhin handelt es sich um den äußersten Planeten unseres Sonnensystems.

Die unbemannte Sonde Voyager 2 ist vor langer Zeit einmal bis dorthin geflogen. Sie startete im Jahre 1977 – und erst zwölf Jahre später, im August 1989, flog sie ziemlich dicht am Neptun vorbei. Wollte man von dort aus auch wieder zurück fliegen, wäre man mindestens noch einmal so lange unterwegs. Dieses Foto stammt von Voyager 2. Es zeigt Neptun und seinen Mond Triton. Bild: NASA Aber das ist eigentlich nicht nötig. Denn Astronautinnen und Astronauten würde man sicher nicht zum Neptun schicken. Ihn kann man besser mit unbemannten Sonden untersuchen – und die müssen nicht mehr zurück zur Erde.

So fliegt Voyager 2 und auch die Schwestersonde Voyager 1 immer weiter in die Tiefen des Alls – und für den Fall, dass sie eines fernen Tages einmal Außerirdischen in die Hände fallen (oder was immer bei Außerirdischen wohl „Hände” sind), sind da auf einer CD sogar Grußbotschaften von der Erde an Bord.

Frage: Pascal: Wie viele Satelliten hat die ESA aktuell im Weltraum? Antwort: Insgesamt umkreisen zwölf ESA-Satelliten die Erde. Hier eine Webseite, auf der du die aktuellen Positionen sehen kannst. Aber neben der Europäischen Weltraum-Organisation ESA selbst, in der viele europäischen Länder zusammenarbeiten, gibt es ja auch noch die Dinge, die jedes Land für sich allein macht.

Und so haben viele europäische Länder auch noch ihre eigenen Satelliten – das macht insgesamt rund 60 weitere Satelliten aus. Frage: Thomas hat sich anscheinend sehr genau mit dem europäischen Raumtransporter ATV beschäftigt, der unbemannt zur ISS fliegt und die Crew mit Nachschub versorgt – unter anderem auch mit Sauerstoff.

Er fragt: Aus welchem Material und wie dick ist der Sauerstofftank im ATV, der 28 MPa aushalten kann? Antwort: Wir haben die Frage direkt mal an unsere Kolleginnen und Kollegen bei Astrium in Bremen weitergeleitet,die darauf geantwortet haben: Der Tank besteht aus einem inneren Kern von 1 mm Stärke aus einer Nickel-Chrom-Basis (mit verschiedenen anderen Beimischungen).

  • Dieser Kern ist mit Kohlefasern in einer Stärke von 8,3 mm umwickelt.
  • Die gesamte Wandstärke ist also 9 mm.
  • Frage: Yannick interessiert sich dafür, ob man auf der ISS auch mal Zeit für sich allein hat.
  • Antwort: Ja, das hat man.
  • Die ISS ist ja sehr groß und man kann sich da in seiner Freizeit auch in eines der Module zurückziehen.

Die Crewmitglieder müssen sich ja schließlich auch mal irgendwann entspannen – da ist Freizeit sozusagen „Pflicht”, damit man bei der nächsten Schicht, wenn man wieder arbeiten muss, auch wirklich ausgeruht und konzentriert ist. Jeder Astronaut und jede Astronautin darf einige persönliche Gegenstände mitnehmen – sozusagen als privates „Handgepäck”.

Was befindet sich am Ende des Universums?

Das Ende des Universums – Doch das wahre Ende des Universums spielt sich auf atomarer Ebene ab. Wir blicken 10³⁶ Jahre in die Zukunft – eine Zehn mit 36 Nullen. In dieser unvorstellbar weit entfernten Zukunft wird die Materie beginnen, sich aufzulösen: Physiker glauben, dass dann die Protonen zerfallen werden.

  • Materie besteht aus Atomen, Atomkerne wiederum aus Protonen und Neutronen.
  • Ohne Protonen gibt es folglich keine Atome, keine Moleküle, keine Zellen und auch kein Leben.
  • Die Materie, wie wir sie kennen, existiert nicht mehr.
  • Das Universum wird in einem völlig fremden Zustand sein.
  • Allein Elektronen, Positronen und langwellige Photonen bilden die Bestandteile des Universums.

Manche Theorien sagen voraus, dass sich das Universum danach wieder zusammenziehen und es einen neuen Urknall geben wird. Andere sprechen von einer ewig andauernden Expansion. Egal, wie die Zukunft aussehen wird – in etwa zehn hoch hundert Jahren ist Leben im Universum unmöglich.

Was kommt nach Multiversum?

MCU Phase 5 (Multiverse Saga) – Phase fünf und sechs des MCU stehen bereits in den Startlöchern. Für die kommenden Jahre sind bereits einige Filme angekündigt. Der nächste Marvel-Film kommt schon im Februar in die Kinos:

Ant-Man and the Wasp: Quantumania (15. Februar 2023)Guardians of the Galaxy Vol.3 (5. Mai 2023)The Marvels (28. Juli 2023)Captain America: New World Order (3. Mai 2024)Thunderbolts (US: 26. Juli 2024)Blade (US: 6. September 2024)

Ist das Multiversum bewiesen?

In der Physik gibt es keine Beweise. Die Theorie von Multiversen läßt sich nicht falsifizieren, da es keine Möglichkeit gibt etwas über das Ausserhalb unseres Universums zu sagen.

Wer hat das Multiversum erfunden?

Der Gedanke, das beobachtbare Universum sei nur ein Teil der gesamten Wirklichkeit, führte zu der Definition eines Multiversums (Mehrzahl: Multiversen ), das zahlreiche mögliche Universen enthält. Der Begriff Multiversum wurde im Dezember 1960 von Andy Nimmo geprägt, damals stellvertretender Geschäftsführer der “British Interplanetary Society, Scottish Branch”, für einen Vortrag der Abteilung über die Viele-Welten-Deutung der Quantenphysik, die 1957 veröffentlicht worden war.

  1. Dieser wurde im Februar 1961 gehalten und das Wort in seiner ursprünglichen Definition erstmals benutzt: “ein offensichtliches Universum, von dem eine Vielzahl das gesamte Universum bilden”.
  2. Grund hierfür war, dass zu dieser Zeit die Definition des Wortes “Universum” = “Alles was ist” war und etymologisch eine weitere Steigerung (“Mehr als alles”) nicht möglich ist.

Lateinisch “unus” bedeutet “Eines” und “versus” bedeutet “gekehrt”. “Universum” kann also als “in eins gekehrt” übersetzt werden. Im Gegensatz dazu bedeutet “Multi” viele, so lässt sich die Viele-Welten-Deutung mit dem Begriff “Multiversum” beschreiben.

  1. Der Begriff wurde dann mehrere Jahre wiederholt sowohl korrekt als auch falsch in wissenschaftlichen und Science-Fiction-Kreisen benutzt.
  2. In den späten Sechzigern verwendete Michael Moorcock den Begriff in den Romanzyklen der Saga des ewigen Helden.
  3. Nach dessen Lektüre benutzte David Deutsch den Ausdruck “Multiversum” in einer wissenschaftlichen Arbeit als die Gesamtheit aller möglichen Universen aller Zeiten, unser beobachtbares Universum eingeschlossen – das Gegenteil der vorigen Definition.

Andere Wissenschaftler, die keine Etymologen waren, griffen dann das Wort auf und nahmen die populäre Neudefinition an.

Wie viele Dimension gibt es?

Theoretische Physik: Die unsichtbaren Dimensionen des Universums Im Jahre 1884 beschrieb Edwin A. Abbott in seinem skurrilen Roman “Flatland: A Romance of Many Dimensions” die Abenteuer des Quadratwesens “A. Square” in einer zweidimensionalen Flachwelt, die von geometrischen Lebewesen – Dreiecken, Quadraten, Fünfecken und so weiter – bevölkert ist.

  1. Gegen Ende der Geschichte, am ersten Tag des Jahres 2000, durchquert ein Kugelwesen aus dem dreidimensionalen “Spaceland” das Flachland und hebt A.
  2. Square aus seinem ebenen Lebensraum empor, um ihm die dreidimensionale große weite Welt zu zeigen.
  3. Das bringt A.
  4. Square auf die Idee, das Raumland sei vielleicht wiederum nur ein kleiner Unterraum eines noch größeren vierdimensionalen Universums.

Tatsächlich haben einige Physiker in den letzten Jahren begonnen, allen Ernstes einen ganz ähnlichen Gedanken zu verfolgen: dass alles, was wir in unserem Universum wahrnehmen, auf eine dreidimensionale “Membran” beschränkt ist, die in einem höherdimensionalen Bereich liegt.

Aber anders als A. Square, der nur mit Hilfe höherer Einmischung aus dem Raumland zu seinen Einsichten kam, werden die Physiker die Existenz von zusätzlichen Dimensionen vielleicht schon bald selbst herausfinden. Es gibt bereits Versuche, die Auswirkungen dieser Extra-Dimensionen auf die Schwerkraft nachzuweisen.

Und wenn die Theorie stimmt, könnten demnächst geplante Experimente in hochenergetischen Teilchenbeschleunigern exotische Prozesse im Grenzbereich von Quanten- und Gravitationstheorie aufzeigen – zum Beispiel die kurzzeitige Erzeugung winziger Schwarzer Löcher.

Diese Theorie ist mehr als nur eine “Romanze in vielen Dimensionen”; sie beruht auf neuesten Entwicklungen der String-Theorie und wird möglicherweise einige hartnäckige Rätsel der Kosmologie und Teilchenphysik lösen. Die unerklärliche Schwäche der Schwerkraft Begriffe wie Strings und Extra-Dimensionen entspringen eigentlich dem Versuch, die Vertrauteste aller Naturkräfte zu verstehen: die Schwerkraft.

Mehr als drei Jahrhunderte, nachdem Isaac Newton sein Gravitationsgesetz formulierte, vermag die Physik noch immer nicht zu erklären, warum die Schwerkraft so viel schwächer ist als alle anderen Wechselwirkungen. Ein kleiner Magnet überwindet, wenn er einen Nagel vom Boden hebt, ohne weiteres die Anziehungskraft der gesamten Masse der Erde.

  • Die Gravitationsanziehung zwischen zwei Elektronen ist 10E43-mal schwächer als die elektrische Abstoßung zwischen ihnen.
  • Die Schwerkraft drückt unsere Füße auf den Boden und lässt die Erde um die Sonne kreisen – aber nur, weil diese gewaltigen Massen elektrisch neutral sind.
  • Darum bleiben die elektrischen Kräfte verschwindend gering, und die Gravitation macht sich trotz ihrer Schwäche als einzige bemerkbar.

Die Elektronmasse müsste 10E22-mal so groß sein wie ihr tatsächlicher Wert, damit Schwerkraft und elektrische Wechselwirkung gleich stark wären. Um ein so schweres Teilchen zu produzieren, wäre eine Energie von 10E19 Gigaelektronenvolt (GeV, Milliarden Elektronenvolt) erforderlich – die so genannte Planck-Energie.

Mit ihr hängt die Planck-Länge zusammen, die nur winzige 10E-35 Meter beträgt. Zum Vergleich: Der Kern des Wasserstoffatoms, das Proton, ist etwa 10E19 mal so groß und hat eine Masse von ungefähr 1 GeV. Planck-Energie und Planck-Länge – zusammen Planck-Skala genannt – liegen weit jenseits der Reichweite der stärksten Teilchenbeschleuniger.

Sogar der Large Hadron Collider bei Cern wird, wenn er in fünf Jahren seinen Betrieb aufnimmt, nur Längen bis zu minimal 10E-19 Meter untersuchen können (siehe “Der große Hadronen-Collider” von Chris Llewellyn Smith, Spektrum der Wissenschaft 9/2000, S.68).

  1. Da im Bereich der Planck-Skala die Gravitation ähnlich stark wird wie der Elektromagnetismus und die anderen Naturkräfte, nahmen die Physiker an, erst bei solch enormen Energien würde sich eine “Theorie für alles” offenbaren, die große Vereinigung der Gravitation mit den übrigen Kräften.
  2. Demnach wäre die vereinheitlichte Theorie in absehbarer Zukunft hoffnungslos außer Reichweite direkter experimenteller Überprüfung (siehe “Eine Theorie für alles?” von Steven Weinberg, Spektrum Spezial 1/2000 “Forschung im 21.

Jahrhundert”, S.12). Die stärksten heutigen Beschleuniger erreichen Energien zwischen 100 GeV und 1 TeV (Teraelektronenvolt, Billionen Elektronenvolt). In diesem Bereich vereinigt sich der Elektromagnetismus mit der so genannten schwachen Wechselwirkung, einer für bestimmte radioaktive Zerfallsformen verantwortlichen Kraft zwischen subatomaren Teilchen.

Wir würden die außerordentliche Schwäche der Gravitation verstehen, wenn wir den riesigen Faktor 10E16 erklären könnten, der die elektroschwache Skala von der Planck-Skala trennt. Leider reicht das äußerst erfolgreiche Standardmodell der Teilchenphysik dazu nicht aus, denn das Modell wurde eigens an den experimentell beobachteten Wert der elektroschwachen Skala angepasst.

Die gute Nachricht ist, dass diese Anpassung – zusammen mit 16 anderen – ausreicht, um auf einen Schlag Hunderttausende Beobachtungen zu erklären. Die schlechte Nachricht ist, dass wir die zu Grunde liegende Theorie bis auf die zweiunddreißigste Stelle hinter dem Komma genau einstellen müssen; sonst würde die elektroschwache Skala auf Grund quantenphysikalischer Instabilitäten die extremen Werte der Planck-Skala annehmen.

  • Das ist, als würde man einen Raum betreten und einen Bleistift finden, der mitten auf dem Tisch perfekt ausbalanciert auf der Spitze steht.
  • Obwohl nicht unmöglich, ist eine solche Situation doch extrem instabil, und man fragt sich, woher sie kommt.
  • Große” Raumdimensionen Seit zwanzig Jahren suchen die Theoretiker dieses Rätsel – das Hierarchieproblem – zu lösen, indem sie bei rund 10E-19 Meter (oder 1 TeV) die Teilchenphysik abändern, um die elektroschwache Skala zu stabilisieren.

Die gängigste Änderung des Standardmodells erreicht diesen Zweck über die so genannte Supersymmetrie. Um im Bild des ausbalancierten Bleistifts zu bleiben: Die Supersymmetrie wirkt wie ein unsichtbarer Faden, der den Stift nach oben zieht und vor dem Umkippen bewahrt.

Obwohl die Teilchenbeschleuniger bis jetzt noch keine direkten Hinweise auf Supersymmetrie gefunden haben, gibt es immerhin indirekte Indizien. Werden etwa die gemessenen Stärken der starken, schwachen und elektromagnetischen Wechselwirkung theoretisch zu immer kürzeren Abständen extrapoliert, so konvergieren sie nur dann sehr exakt in einem gemeinsamen Wert, wenn die Extrapolation den Regeln der Supersymmetrie gehorcht.

Dieses Ergebnis weist auf eine supersymmetrische Vereinigung der drei Kräfte bei etwa 10E-32 Meter hin; das ist rund tausendmal größer als die Planck-Länge, aber immer noch weit jenseits des für Teilchenbeschleuniger zugänglichen Bereichs. Doch in den letzten zwei Jahren haben einige Theoretiker einen radikal neuen Ansatz vorgeschlagen, bei dem Raumzeit, Gravitation und Planck-Skala selbst modifiziert werden.

  1. Die Grundidee ist, dass die extremen Werte der Planck-Skala – die akzeptiert werden, seit der deutsche Physiker Max Planck (1858–1947) sie vor einem Jahrhundert eingeführt hat – auf einer ungeprüften Annahme über die Schwerkraft bei kleinen Entfernungen beruhen.
  2. Newtons Gravitationsgesetz besagt, dass die Kraft zwischen zwei Massen umgekehrt proportional zum Quadrat ihres Abstands ist; es funktioniert hervorragend über makroskopische Distanzen und erklärt die Umlaufbahn der Erde um die Sonne, die Bahn des Mondes um die Erde und so weiter.

Doch weil die Schwerkraft so schwach ist, wurde das Gesetz experimentell nur bis zu Abständen von rund einem Millimeter überprüft – und immerhin müssen wir über 32 Größenordnungen extrapolieren, um zu schließen, dass die Schwerkraft erst bei einem Planck-Maßstab von 10E-35 Meter stark wird.

Das Membran-Modell des Universums Das Gesetz des inversen Abstandsquadrats ergibt sich im dreidimensionalen Raum ganz. Betrachten wir die gleichförmig von der Erde ausgehenden Feldlinien der Schwerkraft. In größerer Entfernung von der Erde verteilen sie sich über eine entsprechend größere Kugelfläche: Die Oberfläche wächst mit dem Quadrat des Radius, und im selben Maß wird die Kraft verdünnt.

Angenommen, es gäbe noch eine weitere Dimension, der Raum wäre vierdimensional. Dann würden die von einem Punkt ausgehenden Feldlinien sich über eine vierdimensionale Kugelschale ausbreiten, deren Oberfläche mit der dritten Potenz des Radius wächst, und die Schwerkraft würde einem Gesetz der inversen dritten Potenz des Abstands gehorchen.

  1. Dieses invers kubische Gesetz beschreibt ganz sicher nicht unser Universum, aber stellen wir uns einmal vor, dass die zusätzliche Dimension zu einem kleinen Kreis mit Radius R zusammengerollt ist.
  2. Betrachten wir nun Feldlinien, die von einer fast punktförmigen Masse ausgehen.
  3. Über sehr kleine Abstände – viel kleiner als R – können die Feldlinien sich gleichförmig in alle vier Dimensionen ausbreiten, und darum ist die Schwerkraft umgekehrt proportional zur dritten Potenz der Entfernung.
See also:  Wie Viele Stellen Hat Eine Iban?

Haben sich die Feldlinien aber erst einmal ganz um den Kreis herum ausgebreitet, bleiben ihnen nur noch drei Dimensionen übrig. Darum ist die Kraft für Abstände, die viel größer sind als R, invers quadratisch. Entsprechendes gilt für beliebig viele Extra-Dimensionen, die alle zu Kreisen mit Radius R eingerollt sind.

Bei n zusätzlichen Dimensionen folgt die Schwerkraft für Entfernungen unterhalb R einem inversen Potenzgesetz mit der Potenz 2+n. Weil wir die Schwerkraft nur für Entfernungen oberhalb eines Millimeters gemessen haben, würden wir Änderungen der Schwerkraft durch Extra-Dimensionen, deren Größe R weniger als ein Millimeter beträgt, gar nicht bemerken.

Zudem würde das (2+n)-Potenzgesetz bewirken, dass die Schwerkraft nicht erst bei Erreichen des herkömmlichen Planck-Maßstabs von 10E-35 Meter “stark” wird, sondern schon weit darüber. Das heißt, die Planck-Länge – definiert als die Länge, bei der die Schwerkraft stark wird – wäre nicht gar so winzig, und das Hierarchieproblem würde geringer.

  1. Das Hierarchieproblem lässt sich sogar vollständig lösen, indem man so viele Extra-Dimensionen postuliert, dass die Planck-Skala sich in die Nähe der elektroschwachen Größenordnung verschiebt.
  2. Die endgültige Vereinigung der Gravitation mit den anderen Kräften würde dann schon bei 10E-19 Meter stattfinden und nicht erst – wie bisher angenommen – bei 10E-35 Meter.

Wie viele Dimensionen man braucht, hängt davon ab, wie groß sie sind. Wenn wir umgekehrt eine Anzahl von zusätzlichen Dimensionen vorgeben, können wir berechnen, wie groß sie sein müssen, um die Schwerkraft bei 10E-19 Meter stark zu machen. Bei nur einer zusätzlichen Dimension muss ihr Radius R etwa so groß sein wie die Entfernung zwischen Erde und Sonne.

  1. Deshalb ist dieser Fall schon durch die Beobachtung ausgeschlossen.
  2. Doch schon zwei Extra-Dimensionen können das Hierarchieproblem lösen, wenn sie rund einen Millimeter groß sind – und genau an dieser Grenze endet unsere direkte Kenntnis der Schwerkraft.
  3. Die Dimensionen sind noch kleiner, wenn wir mehr davon nehmen: Sieben zusätzliche Dimensionen müssen nur 10E-14 Meter groß sein – so groß wie ein Uran-Kern.

Das ist für Alltagsbegriffe winzig, aber im Maßstab der Teilchenphysik immer noch riesig. Das Postulieren zusätzlicher Dimensionen mag bizarr und willkürlich scheinen, aber für Theoretiker ist es eine vertraute Idee. Schon in den zwanziger Jahren entwickelten die Physiker Theodor Kaluza (1885– 1954) und Oskar Klein (1894– 1977) eine vereinigte Theorie der Gravitation und des Elektromagnetismus, die eine zusätzliche Dimension erforderte.

  • Die Idee kehrt in den modernen String-Theorien wieder, die aus mathematischen Gründen insgesamt 10 Raumdimensionen benötigen.
  • Bisher haben die Physiker angenommen, dass die Extra-Dimensionen zu winzigen Kreisen von der Größe der herkömmlichen Planck-Länge – 10E-35 Meter – eingerollt sind, wodurch sie zwar verborgen bleiben, aber das Dilemma des Hierarchieproblems bestehen lassen.

Hingegen werden die zusätzlichen Dimensionen in der neuen Theorie, die wir vorschlagen, zu relativ großen Kreisen – mindestens 10E-14 Meter, maximal ein Millimeter – zusammengerollt. Wenn diese Dimensionen so groß sind, warum haben wir sie bisher noch nicht bemerkt? Millimetergroße Extra-Dimensionen wären bereits mit dem bloßen Auge und erst recht durch ein Mikroskop wahrnehmbar.

  1. Und obwohl wir die Schwerkraft nicht unterhalb eines Millimeters gemessen haben, besitzen wir eine Fülle experimenteller Erkenntnisse über alle anderen Kräfte bei viel kürzeren Entfernungen bis hinunter zu 10E-19 Meter – und all dies lässt sich nur mit einem dreidimensionalen Raum vereinbaren.
  2. Wie kann es dann große Extra-Dimensionen geben? Die Antwort ist einfach und seltsam zugleich: Die gesamte Materie und alle uns bekannten Kräfte – mit Ausnahme der Schwerkraft – sind auf eine Art Wand im Raum der zusätzlichen Dimensionen beschränkt.

Elektronen, Protonen, Photonen und all die anderen Teilchen des Standardmodells können sich nicht in den Extra-Dimensionen bewegen; auch elektrische und magnetische Feldlinien breiten sich nicht in den höherdimensionalen Raum aus. Die Wand hat nur drei Dimensionen, und soweit es diese Teilchen betrifft, könnte das Universum ebenso gut dreidimensional sein.

  1. Nur die Feldlinien der Gravitation reichen in den höherdimensionalen Raum hinaus, und nur das Graviton – das Quantenteilchen, das die Schwerkraft überträgt – vermag sich dort frei zu bewegen.
  2. Das heißt, die zusätzlichen Dimensionen machen sich ausschließlich durch die Gravitation bemerkbar.
  3. Was taugt die Theorie? Zur Veranschaulichung stellen wir uns alle Teilchen des Standardmodells als Kugeln auf einem unermesslich großen Billardtisch vor; soweit es sie betrifft, ist das Universum zweidimensional.

Dennoch können Bewohner dieses Billard-Universums die höherdimensionale Welt entdecken: Wenn zwei Billardkugeln zusammenstoßen, entstehen Schallwellen, die sich in allen drei Dimensionen fortpflanzen und ein wenig Energie von der Tischoberfläche verschwinden lassen.

Die Schallwellen entsprechen den Gravitonen, die sich im gesamten höherdimensionalen Raum bewegen können. Bei hochenergetischen Teilchenkollisionen sollten wir demnach gewisse Energie-Fehlbeträge beobachten, die von in höhere Dimensionen entwischten Gravitonen herrühren. Auch wenn es uns seltsam erscheinen mag, dass manche Teilchen auf eine Wand beschränkt sein sollen, sind uns ähnliche Phänomene doch vertraut.

Zum Beispiel können Elektronen in einem Kupferdraht sich nur im eindimensionalen Raum des Drahtes bewegen; sie wandern nicht in die dreidimensionale Umgebung ab. Auch Wasserwellen pflanzen sich auf der Oberfläche fort, nicht in der Tiefe. Unser spezielles Szenario, in dem alle Teilchen außer der Schwerkraft auf eine Wand beschränkt sind, folgt zwanglos aus der String-Theorie.

Tatsächlich hängt der jüngste Durchbruch in der String-Theorie gerade mit solchen Wänden oder Membranen zusammen, so genannten “D-Branes”; dieses Kunstwort ist aus “D” für Dirichlet – ein deutscher Mathematiker des 19. Jahrhunderts, nach dem gewisse Randbedingungen für Felder benannt sind – und “Brane” von englisch membrane zusammengesetzt.

D-Branes haben genau die erforderlichen Eigenschaften: Elektronen, Photonen und andere Partikel werden durch winzige schwingende Saiten (englisch strings) beschrieben, deren beide Endpunkte an einer D-Brane haften müssen. Hingegen sind die Gravitonen winzige geschlossene String-Schleifen; sie können in allen Dimensionen umherwandern, weil sie keine Endpunkte besitzen, die in einer D-Brane verankert wären.

  1. Ein guter Forscher versucht eine neue Theorie gleich zu erledigen, indem er einen Widerspruch zu bekannten experimentellen Ergebnissen findet.
  2. Die Theorie der großen Extra-Dimensionen verändert die Schwerkraft bei makroskopischen Entfernungen und die übrige Physik bei hohen Energien – also sollte sie eigentlich leicht zu entkräften sein.

Doch erstaunlicherweise widerspricht diese Theorie, obwohl sie von unserem gewohnten Bild des Universums radikal abweicht, keinem bekannten experimentellen Resultat. Einige Beispiele zeigen, wie überraschend diese Schlussfolgerung ist. Man mag zunächst erwarten, dass eine Veränderung der Gravitation sich auf die von ihr zusammengehaltenen Objekte auswirkt, zum Beispiel Sterne und Galaxien.

  • Aber das ist nicht der Fall.
  • Die Schwerkraft verändert sich nur für Entfernungen unterhalb eines Millimeters, während sie einen Stern über Tausende von Kilometern hinweg zusammenhält.
  • Allgemein gesagt: Obwohl die Gravitation über kurze Distanzen durch die zusätzlichen Dimensionen verstärkt wird, holt sie die anderen Kräfte doch erst bei 10E-19 Meter ein; auf große Entfernungen bleibt sie vergleichsweise sehr schwach.

Ein viel ernsteres Problem bilden die Gravitonen, die hypothetischen Quanten der Gravitation. In unserer Theorie treten sie – wegen der auf kurze Entfernung erhöhten Schwerkraft – viel stärker mit Materie in Wechselwirkung, und darum sollten bei energiereichen Teilchenkollisionen viel mehr Gravitonen erzeugt werden.

Außerdem pflanzen sie sich in sämtlichen Dimensionen fort und entführen darum Energie aus der Wand oder Membran, die unser Universum ausmacht. Wenn ein Stern kollabiert und anschließend als Supernova explodiert, können bei den hohen Temperaturen Gravitonen leicht in die Extra-Dimensionen verdampfen. Doch wie wir aus Beobachtungen der berühmten Supernova 1987A wissen, emittiert eine solche Explosion ihre Energie größtenteils in Form von Neutrinos; für einen Energieverlust durch Gravitonen bleibt kaum Spielraum.

Unser Wissen über Supernovae setzt deshalb der Wechselwirkung von Gravitonen mit Materie eine enge Grenze. Diese Einschränkung hätte der Idee der Extra-Dimensionen um ein Haar den Todesstoß versetzt; doch detaillierte Berechnungen zeigen, dass die Theorie überlebt.

  1. Die engste Schranke gilt bei nur zwei zusätzlichen Dimensionen; in diesem Fall kühlen Gravitonen die Supernova zu stark ab, wenn der fundamentale Planck-Maßstab auf weniger als rund 50 TeV abgesenkt wird.
  2. Bei drei oder mehr Extra-Dimensionen darf diese Größe sogar nur wenige TeV betragen, ohne dass die Supernova vorzeitig erlischt.

Theoretisch sind viele andere Systeme – vom erfolgreichen Urknallmodell des frühen Universums bis zur Kollision von kosmischen Strahlen höchster Energie – darauf untersucht worden, welche Einschränkungen sie der neuen Theorie auferlegen. Die Theorie besteht all diese experimentellen Prüfungen; sie sind sogar weniger streng als die Einschränkung durch die Supernovae.

Je mehr Dimensionen zur Theorie hinzugefügt werden, desto lockerer werden die Einschränkungen: Das dramatische Anwachsen der Schwerkraft beginnt schon bei kleineren Entfernungen und hat deshalb weniger Auswirkungen auf weiträumige Prozesse. Klarheit im Jahre 2010 Die Theorie löst das Hierarchieproblem, indem sie die Gravitation im TeV-Energiebereich zu einer starken Kraft macht – gerade in dem Bereich, den die geplanten Teilchenbeschleuniger untersuchen sollen.

Demnach könnte der Large Hadron Collider (LHC), der um 2005 die Arbeit aufnehmen wird, das Wesen der Quantengravitation enthüllen. Falls die String-Theorie die Quantengravitation richtig beschreibt, gleichen die Teilchen winzigen String-Schleifen, die wie eine Violinsaite schwingen können.

Die bekannten fundamentalen Teilchen entsprechen einem String, das nicht schwingt – einer nicht gestrichenen Saite. Jeder unterschiedliche Ton, den die schwingende Saite hervorzubringen vermag, entspricht in diesem Bild einem neuen exotischen Teilchen. Gemäß der herkömmlichen String-Theorie sollen die Strings nur etwa 10E-35 Meter groß sein, und die neuen Teilchen hätten Massen von der Größenordnung der herkömmlichen Planck-Energie.

Die Musik dieser Saiten wäre gleichsam zu schrill, als dass wir sie mit unseren Beschleunigern hören könnten. Aber bei großen Extra-Dimensionen sind die Strings viel länger, nämlich rund 10E-19 Meter, und die neuen Teilchen können bereits bei einigen TeV auftreten – tief genug, um sie mit dem LHC zu hören.

Ebenso wären Energien experimentell erreichbar, bei denen Teilchenkollisionen mikroskopische Schwarze Löcher erzeugen. Diese Gebilde wären mit rund 10E-19 Meter Durchmesser zu klein, um Probleme zu schaffen; sie würden Energie in Form so genannter Hawking-Strahlung emittieren und in weniger als 10E-27 Sekunden verdampfen.

Durch Beobachten solcher Phänomene ließe sich die rätselhafte Quantenphysik Schwarzer Löcher unmittelbar erforschen. Selbst bei Energien, die zu gering sind, um schwingende Strings oder Schwarze Löcher zu erzeugen, produzieren die Teilchenzusammenstöße große Mengen von Gravitonen – ein in herkömmlichen Theorien unerheblicher Vorgang.

Experimentell sind die emittierten Gravitonen nicht direkt nachweisbar, doch die von ihnen abtransportierte Energie würde sich als Energiedefizit der Kollisionstrümmer offenbaren. Die Theorie sagt bestimmte Eigenschaften der fehlenden Energie voraus – etwa, wie sie mit der Kollisionsenergie variiert.

Somit ließe sich die Gravitonenerzeugung von anderen Prozessen unterscheiden, die in Form unsichtbarer Teilchen Energie wegschaffen. Bereits jetzt schränken die Daten der stärksten Hochenergie-Beschleuniger das Szenario der großen Extra-Dimensionen etwas ein.

Die Experimente am LHC sollten entweder Anzeichen für Gravitonen finden oder, falls nicht, die Theorie widerlegen. Auch eine ganz andere Art von Experimenten könnte die Theorie untermauern, vielleicht sogar früher als die Teilchenbeschleuniger. Wie wir wissen, müssen zwei Extra-Dimensionen rund ein Millimeter groß sein, um das Hierarchieproblem zu lösen.

Dann würden Schwerkraftmessungen bei Millimeterabständen einen Übergang des Newtonschen invers quadratischen Gesetzes zu einem Gesetz mit der inversen vierten Potenz des Abstands aufzeigen. Erweiterungen der grundlegenden Theorie führen zu zahlreichen anderen möglichen Abweichungen vom Newtonschen Gesetz; am interessantesten sind dabei abstoßende Kräfte, die mehr als eine Million Mal stärker als die Schwerkraft wirken, wenn zwei Teilchen weniger als ein Millimeter voneinander entfernt sind.

  1. Derzeit überprüfen extrem empfindliche Detektoren, die auf einem Labortisch Platz haben, das Newtonsche Gravitationsgesetz im Bereich von Zentimetern bis zu einigen Hundertstel Millimetern.
  2. Um die Schwerkraft unterhalb von Millimeterabständen zu testen, dürfen die Objekte nicht viel größer als ein Millimeter sein; darum haben sie nur sehr geringe Massen.

Man muss zahlreiche Effekte sehr sorgfältig abschirmen – etwa elektrostatische Restladungen, welche die winzige Gravitationsanziehung überdecken oder imitieren. Solche Experimente sind schwierig und subtil, aber auch ungeheuer spannend, denn sie könnten eine völlig neue Physik enthüllen.

  1. Selbst unabhängig von der Suche nach zusätzlichen Dimensionen ist es wichtig, unsere unmittelbare Kenntnis der Schwerkraft auf diese kurzen Entfernungen zu erweitern.
  2. Drei Forscher führen zur Zeit solche Experimente durch: John Price von der Universität von Colorado, Aharon Kapitulnik von der Stanford-Universität und Eric G.

Adelberger von der Universität von Washington. Sie erwarten noch in diesem Jahr vorläufige Resultate. Die Idee der zusätzlichen Dimensionen setzt eigentlich die Tradition unseres kopernikanischen Weltbilds fort: Die Erde ist nicht das Zentrum des Sonnensystems, die Sonne ist nicht das Zentrum unserer Galaxis, unsere Galaxis ist bloß eine unter Milliarden in einem Universum ohne Mittelpunkt – und nun bildet unser ganzes dreidimensionales Universum nur eine dünne Membran in einem Raum mit vielen Dimensionen.

  1. Wenn wir Schnitte durch die Extra-Dimensionen betrachten, nimmt unser Universum darin nur einen einzigen, unendlich kleinen Punkt ein, umgeben von Leere.
  2. Aber vielleicht ist das nicht die ganze Wahrheit.
  3. So wie die Milchstraße nicht die einzige Galaxie im Universum ist, ist unser Universum in den Extra-Dimensionen vielleicht nicht allein.

Die Membranen anderer dreidimensionaler Universen könnten parallel zu unserem liegen, in den Extra-Dimensionen nur ein Millimeter von uns entfernt. Und obwohl alle Teilchen des Standardmodells in unserem Membran-Universum gefangen sind, könnten sich außer den Gravitonen noch weitere Teilchen, die nicht zum Standardmodell gehören, durch die Extra-Dimensionen fortpflanzen.

  1. Weit davon entfernt, leer zu sein, weisen die zusätzlichen Dimensionen möglicherweise eine Vielfalt interessanter Strukturen auf.
  2. Die Effekte neuer Teilchen und Universen in den Extra-Dimensionen lösen vielleicht viele Rätsel der Teilchenphysik und Kosmologie.
  3. Sie könnten zum Beispiel für die Neutrinomasse verantwortlich sein.

Eindrucksvolle neue Ergebnisse des Super-Kamiokande-Experiments in Japan zeigen an, dass die Neutrinos, die lange als masselos galten, eine winzige Masse besitzen (siehe “Der Neutrinomasse auf der Spur” von Edward Kearns, Takaaki Kajita und Yoji Totsuka, Spektrum der Wissenschaft 10/1999, S.44).

  1. Das Neutrino könnte seine Masse durch Wechselwirkung mit einem Partnerfeld in den Extra-Dimensionen erlangen.
  2. Wie bei der Schwerkraft wäre die Wechselwirkung sehr stark verdünnt – und die Neutrinomasse winzig –, weil der Partner sich durch die Extra-Dimensionen ausbreitet.
  3. Ein weiteres Rätsel der Kosmologie ist die Frage, woraus die dunkle Materie besteht: die unsichtbare, nur durch ihre Schwereanziehung kenntliche Substanz, die mehr als 90 Prozent der Masse des Universums auszumachen scheint.

Vielleicht hält sie sich in Parallel-Universen auf. Eine solche Materie würde unser Universum durch die Schwerkraft beeinflussen; sie wäre notwendigerweise “dunkel”, denn unsere Art Photonen ist unwiderruflich in unserer Membran gefangen, und darum vermag niemals Licht durch die Leere zu dringen, die uns von der Parallelmaterie trennt.

  • Solche Parallel-Universen sind vielleicht völlig verschieden von unserem: Sie bestehen aus einer Membran mit weniger oder mehr Dimensionen und enthalten ganz andere Teilchen und Kräfte.
  • Oder noch seltsamer, sie haben sogar dieselben Eigenschaften wie unsere Welt.
  • Angenommen, unsere Heimatmembran ist in den Extra-Dimensionen mehrfach gefaltet.

Objekte auf einer gegenüber liegenden Falte scheinen dann sehr weit entfernt zu liegen, obwohl sie in den Extra-Dimensionen weniger als ein Millimeter von uns trennt: Das von ihnen emittierte Licht muss bis zu uns den gesamten Umweg durch die Falte nehmen.

Wenn die Falte einige zehn Milliarden Lichtjahre groß ist, hat uns seit Beginn des Universums kein Lichtstrahl von der anderen Seite erreicht. Die rätselhafte dunkle Materie könnte aus ganz normaler Materie bestehen, vielleicht sogar aus gewöhnlichen Sternen und Galaxien, die auf ihrer Seite der Falte hell strahlen.

Solche Sterne würden interessante beobachtbare Effekte erzeugen – etwa Gravitationswellen, die von Supernovae und anderen heftigen astrophysikalischen Prozessen stammen. Die Gravitationswellen-Detektoren, die in einigen Jahren fertig gestellt werden sollen, könnten Anzeichen für Falten finden: große Quellen von Gravitationsstrahlung, denen sich in unserem Universum keine sichtbare Materie zuordnen lässt.

Die hier präsentierte Theorie ist nicht die erste mit zusätzlichen Dimensionen, die größer als 10E-35 Meter sind. Ignatios Antoniadis von der École Polytechnique in Frankreich hat 1990 vorgeschlagen, dass einige Dimensionen der String-Theorie bis zu 10E-19 Meter groß sein könnten, aber er beließ den Maßstab der Quantengravitation bei 10E-35 Meter.

Und 1996 haben Petr Horava vom California Institute of Technology und Edward Witten vom Institute for Advanced Study in Princeton (New Jersey) darauf hingewiesen, dass eine einzige Extra-Dimension von 10E-30 Meter Größe die Gravitation mit den anderen Kräften vereinigen könnte, und zwar im Rahmen einer supersymmetrischen Vereinigung bei 10E-32 Meter.

  • Unser Universum: nur eines unter vielen?
  • Literaturhinweise

Seit unserem Vorschlag aus dem Jahre 1998 sind mehrere interessante Varianten erschienen, die ebenfalls Extra-Dimensionen und unser Membran-Universum benutzen. So nehmen Lisa Randall von der Princeton University und Raman Sundrum von der Stanford University an, dass die Schwerkraft selbst auf einer Membran in einer fünfdimensionalen Raum-Zeit konzentriert ist, die in allen Richtungen unendlich ist.

  • Die Schwerkraft erscheint in unserem Universum naturgemäß sehr schwach, wenn wir uns auf einer anderen Membran befinden.
  • Zwanzig Jahre lang war es üblich, das Hierarchieproblem und somit die Schwäche der Schwerkraft durch die Annahme zu erklären, die Planck-Skala bei 10E-35 Meter sei Grundlage jeder Theorie, und die Teilchenphysik müsse sich bei 10E-19 Meter ändern.

Die Quantengravitation blieb pure Spekulation und hoffnungslos jenseits der Reichweite von Experimenten. In den letzten beiden Jahren haben wir erkannt, dass dies nicht unbedingt der Fall sein muss. Wenn es große zusätzliche Dimensionen gibt, könnten wir in den nächsten Jahren bei etwa 6 x 10E-5 Meter gewisse Abweichungen vom Newtonschen Gesetz entdecken sowie mit Hilfe des LHC Stringvibrationen oder winzige Schwarze Löcher.

  1. Quantengravitation und String-Theorie würden Teil der experimentell überprüfbaren Wissenschaft.
  2. Jedenfalls werden wir um 2010 der Antwort auf die 300 Jahre alte Frage näher kommen, warum die Gravitation so schwach ist.
  3. Vielleicht finden wir uns dann in einem seltsamen Flachland wieder – in einem Membran-Universum, wo die Quantengravitation zum Greifen nahe liegt.

Das elegante Universum. Superstrings, verborgene Dimensionen und die Suche nach der Weltformel. Von Brian Greene. Siedler, Berlin 2000. Neue Welttheorien: von Strings zu Membranen. Von M. Duff in: Spektrum der Wissenschaft 4/1998, S.62. Flatland. A Romance of Many Dimensions.

  1. Kurz gefasst
  2. Dimensionen

Unser Universum hat offenbar vier Dimensionen: drei räumliche und eine zeitliche. Doch Mathematiker und Physiker erforschen schon seit langem die Eigenschaften von abstrakten Räumen mit beliebig vielen Dimensionen. Die “Größe” von Dimensionen Die vier bekannten Raum-Zeit-Dimensionen unseres Universums sind riesig.

  • Die Dimension der Zeit erstreckt sich mindestens 13 Milliarden Jahre in die Vergangenheit und vielleicht unendlich weit in die Zukunft.
  • Die drei Raumdimensionen sind vielleicht unendlich; unsere Teleskope erfassen Objekte, die mehr als 12 Milliarden Lichtjahre entfernt sind.
  • Dimensionen können aber auch endlich sein.

Zum Beispiel erreichen die zwei Dimensionen der Erdoberfläche nur etwa 40000 Kilometer. Kleine Extra-Dimensionen Einige moderne physikalische Theorien postulieren zusätzliche reale Dimensionen, die zu so winzigen Kreisen zusammengerollt sind – vielleicht mit nur 10E-35 Meter Radius –, dass wir sie noch nicht entdeckt haben.

Ein Baumwollfaden ist in guter Näherung eindimensional: Eine einzige Zahl vermag anzugeben, wo auf dem Faden eine Ameise sitzt. Doch unter dem Mikroskop sehen wir Staubmilben auf der zweidimensionalen Oberfläche des Fadens krabbeln – entlang der großen Längendimension sowie der kleinen Umfangsdimension.

Große Extra-Dimensionen Kürzlich haben Physiker erkannt, dass es millimetergroße und dennoch unsichtbare Extra-Dimensionen geben könnte. Überraschenderweise steht diese Theorie nicht im Widerspruch zu bisher bekannten experimentellen Fakten, und sie könnte einige Rätsel der Teilchenphysik und Kosmologie klären.

Demnach wäre unser gesamtes räumliches Uni-versum – mit Ausnahme der Gravitation – in einer Membran gefangen wie Billardkugeln auf einem zweidimensionalen Spieltisch. Dimensionen und Gravitation Das Verhalten der Schwerkraft – insbesondere ihre Stärke – hängt eng mit der Anzahl der ihr zugänglichen Dimensionen zusammen.

Gravitationsmessungen über Entfernungen unterhalb eines Millimeters – solche Experi-mente sind zur Zeit im Gange – könnten demnach große Extra-Dimensionen enthüllen. Diese Dimensionen würden auch hypothetische Objekte der Quantengravitation in greifbare Nähe rücken.Aus: Spektrum der Wissenschaft 10 / 2000, Seite 44© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH : Theoretische Physik: Die unsichtbaren Dimensionen des Universums

Was kommt nach Multiversum?

MCU Phase 5 (Multiverse Saga) – Phase fünf und sechs des MCU stehen bereits in den Startlöchern. Für die kommenden Jahre sind bereits einige Filme angekündigt. Der nächste Marvel-Film kommt schon im Februar in die Kinos:

Ant-Man and the Wasp: Quantumania (15. Februar 2023)Guardians of the Galaxy Vol.3 (5. Mai 2023)The Marvels (28. Juli 2023)Captain America: New World Order (3. Mai 2024)Thunderbolts (US: 26. Juli 2024)Blade (US: 6. September 2024)

In welchem Multiversum Leben wir?

Paralleluniversen werden in der Physik ernsthaft diskutiert Foto (C): MondolithicxStudios/Novapix/Leemage Neben unserer Welt existieren Parallelwelten, bewohnt von unseren Doppelgängern – das behaupten manche Physiker. Was ist davon zu halten? Text: Dirk Eidemüller und Martin Scheufens Es klingt wie Science-Fiction, doch in der Physik wird ernsthaft darüber diskutiert: Paralleluniversen.

  1. Beim Urknall entstanden, könnten sie erklären, warum unsere Welt so ist, wie sie ist.
  2. Nach einer noch spektakuläreren Theorie entstehen jetzt, in diesem Moment immerzu neue Welten, indem sich unser spaltet.
  3. Demnach spalten auch Sie sich – Ihre Doppelgänger erleben all das, was Sie nicht erleben.
  4. Eine dieser Thesen ist die String-Theorie.

Manche Forscher glauben, dass sie eine Antwort gefunden hat auf die Urfrage der Menschheit: Warum ist die Welt so wie sie ist – und warum existieren wir? Die Antwort der Stringtheorie lautet: Jede Welt, die denkbar ist, existiert auch – und deswegen existiert auch unsere Welt. Doch ist das überhaupt noch Wissenschaft? Noch gibt es keine Messung, die die Stringtheorie belegt. Ja, die Stringtheorie konnte bislang nicht einmal zeigen, dass unter den unzähligen Universen, die sie vorhersagt, eines ist, das unserem gleicht – sprich, ob sie überhaupt in der Lage ist, die physikalische Wirklichkeit korrekt zu beschreiben.

  1. Ritiker halten die Stringtheorie daher nicht mehr für Wissenschaft.
  2. Denn die dürfe nur über Dinge reden, die sich untersuchen lassen, sie dürfe nur Theorien aufstellen, die sich widerlegen lassen.
  3. Sind Paralleluniversen aber prinzipiell unbeweisbar, beziehungsweise unwiderlegbar, müssten Wissenschaftler zur Frage ihrer Existenz schweigen – so wie etwa zur Frage der Existenz Gottes.

Andererseits: Schon mehrmals in der Geschichte wurden frühzeitig artikuliert – und erst viel später gab es die Technik, um die entscheidenden Messungen durchzuführen. Und sollten Paralleluniversen zusammen mit unserem entstanden sein, so ließe sich vielleicht zumindest jener Vorgang rückwirkend beobachten, bei dem die Universen auseinandergingen.