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7. Februar 2007:
Bei dem Blick rückwärts in der Zeit, hin zum ersten
Augenblick nach dem Urknall, haben Physiker an der
Universität Wisconsin-Madison einen Ansatz gefunden, der
helfen könnte die verborgene Form, von zusätzlichen
Dimensionen im Universum, zu erschließen.
 Eine
neue Untersuchung demonstriert, dass die Formen der
zusätzlichen Dimensionen "gesehen" werden können, indem man
den Einfluss der von ihnen freigegebenen kosmischen Energie,
die bei der Geburt des Universums vor 13 Milliarden Jahren
freigesetzt wurde, entschlüsselt. Die Methode liefert
Hinweise darauf, dass Physiker Daten aus Experimenten nutzen
können, um die Natur dieser schwer zu fassenden Dimensionen
zu erkennen — deren Existenz ein kritischer, jedoch bisher
noch nicht bewiesener Bestandteil der Stringtheorie
ist, der führenden Theorie für eine vereinte "Theorie von
Allem."
Wissenschaftler entwickelten die Stringtheorie, die
vorhersagt, dass alles im Universum aus winzigen,
vibrierenden Strings aus Energie besteht, um alle Objekte,
von den riesigen Galaxien bis hin zu subatomaren Teilchen,
erklären zu können. Obwohl sie der Spitzenkandidat für die
Erklärung des Kosmos ist, bleibt die Theorie bisher
ungetestet.
Oben: Mögliche 6 dimensionale
Geometrie. Credit: Andrew J. Hanson. (Mehr)
Die Mathematik der Stringtheorie deutet an, dass die Welt, wie wir sie kennen, nicht vollständig ist. Zusätzlich zu den
uns bekannten 4 Dimensionen - 3 dimensionaler Raum und Zeit
-- sagt die Stringtheorie die Existenz von 6 weiteren,
räumlichen Dimensionen vorher, "versteckte" Dimensionen,
zusammengezogen in winzigen geometrischen Figuren, in jedem
Punkt in unserem Universum.
Machen Sie sich keine Sorgen, wenn sie sich keine 10
dimensionale Welt vorstellen können. Unser Gehirn ist an nur
3 räumlichen Dimensionen gewöhnt und hat keine Möglichkeit
sich die weiteren 6 vorzustellen, sagt UW-Madison
Physiker Gary Shiu, der die neue Studie durchführte. Obwohl
Wissenschaftler Computer benutzen um zu visualisieren wie 6
dimensionale Geometrien aussehen könnten, weiß niemand
sicher welche Form sie haben.
Die neue Arbeit könnte die lang gesuchte Grundlage bilden,
um diese bisher nicht messbaren Aspekte der Stringtheorie zu
messen.
Ausgehend von der Mathematik der Stringtheorie, könnten die
extra Dimensionen jede von zehntausenden möglichen Formen
annehmen, wobei jede Form theoretisch einem eigenen
Universum entspricht, mit einem eigenen Satz von
physikalischen Gesetzen.
Für unser Universum, "hat die Natur eine Form herausgesucht
-- und wir wollen wissen wie diese aussieht," erklärt Henry Tye,
ein Physiker von der Cornell University, der nicht an der
neuen Studie beteiligt war.
Shiu sagt, dass die viel-dimensionalen Formen viel zu klein
sind um gesehen, oder mit herkömlichen Mitteln beobachtet
werden zu können, was einen Test dieses wichtigen Aspekts
sehr schwierig macht. "Man kann alles theoretisch darlegen,
aber man muss auch in der Lage sein, dies experimentell zu
beweisen," sagt er. "Das Problem ist nun, wie testen wir es?"
Er und sein Student Bret Underwood wandten sich dem Himmel
zu, um eine Idee zu bekommen.
Ihr Ansatz basiert auf der Idee, dass die 6 winzigen
Dimensionen den stärksten Einfluss auf das Universum hatten,
als es selber nur ein winziger Fleck komprimierter Materie
und Energie war -- was kurz nach dem Urknall der Fall war.
"Unsere Idee war es zurück in der Zeit zu gehen und zu
schauen was damals passierte," sagt Shiu. "Wir konnten
natürlich nicht wirklich in der Zeit zurück gehen."
Aufgrund der fehlenden Zeitmaschine, benutzten sie das
nächstbeste Ding: eine Karte der kosmischen Energie, die vom
Urknall freigesetzt wurde. Die Energie, aufgenommen von
Satelliten wie etwa NASA's Wilkinson
Microwave Anisotropy Probe (WMAP), hat sich in den
vergangnen 13 Milliarden Jahren kaum verändert und ist "ein
Schnappschuss des Baby-Universums," sagt Shiu. Das WMAP Experiment ist
der Vorläufer von NASA's Cosmic
Background Explorer (COBE) Projekt, für das im Jahr 2006 der
Nobelpreis in Physik verliehen wurde.
So wie der Schatten einen Hinweis auf die Form eines
Objektes geben kann, kann das Muster der kosmischen Energie
am Himmel einen Hinweis auf die Gestalt der anderen 6
Dimensionen geben, erklärt Shiu.
Um zu lernen die verdächtigen Zeichen der 6 dimensionalen
Geometrie aus der kosmischen Karte herauszulesen, arbeiteten
sie rückwärts. Angefangen mit zwei unterschiedlichen Typen
von mathematisch einfachen Geometrien, genannt verzerrte
Hälse, berechneten sie die vorhergesagte Energieverteilung,
die man in einem Universum sehen würde, dass durch eine
solche Form beschrieben würde. Als sie die beiden Karten
verglichen, fanden sie zwei kleine, aber entscheidende
Unterschiede zwischen ihnen.
Die Ergebnisse zeigen, dass spezielle Muster der kosmischen
Energie, Hinweise auf die Geometrie der 6 dimensionalen Form
enthalten -- die ersten beobachtbaren Daten um diese
Vorhersage zu demonstrieren, sagt Tye.
Obwohl die derzeitigen Daten nicht genau genug sind um dies
für unser Universum zu untersuchen, sollten zukünftige
Epermimente, wie ESA´s Planck Satellit, genau genug sein um
die feinen Variationen zwischen den verschiedenen Geometrien
zu entdecken, sagt Shiu.
"Unsere Resultate mit einfachen, gut bekannten Formen,
beweisen, dass die Geometrie der versteckten Dimensionen
durch die Muster der kosmischen Energie entschlüsselt werden
können," sagt er. "Dies bietet eine seltene Möglichkeit, bei
der die Stringtheorie getestet werden kann."
Technische Weiterentwicklungen um detailiertere kosmische
Karten aufzunehmen, sollten dabei helfen die Möglichkeiten
einzuschränken und den Wissenschaftlern erlauben den Code
der Karte der kosmischen Energie zu verstehen -- ein kleiner
Schritt weiter in die Richtung eine einzige Geometrie zu
identifizieren, die auf unser Univerum passt.
Die Auswirkungen einer solchen Möglichkeit führen sehr weit,
sagt Tye. "Wenn diese Form gemessen werden kann, würde dies
ebenfalls aussagen, dass die Stringtheorie richtig ist."
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Credit:
University of Wisconsin
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