Physikalische Dimensionen * Dimensionen von Zeit und Raum, bis zur String Theorie und einer aufgerollten Dimension.
Wer sich heute in den Gefilden der Physik einen kleinen Überblick verschaffen möchte, der wird unter Umständen nicht sehr weit kommen, wenn er hierfür nur irdische Maßstäbe, wie einst Isaac Newton ansetzt. Sehr schnell wird er mit der allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein konfrontiert, oder geistig mit auf die Suche nach einer einheitlichen Weltformel genommen. Dabei wird er neue Dimensionen kennen lernen, doch was ist eigentlich eine Dimension?
Betrachten wir uns den Begriff Dimension etwas näher. Eine Dimension ist ja vom Prinzip her nichts anderes als eine berechenbare Einheit und spiegelt den Zusammenhang einer mathematischen oder physikalischen Größe, zu den Grundgrößen des verwendeten Maßsystems wieder. Vereinfacht könnte eine Definition etwa so aussehen: Eine Dimension ist die messbare und berechenbare Eigenschaft einer Größe. In der Physik ist beispielsweise der Meter eine physikalische Raumgröße, ebenso die Stunde als Zeitgröße. Im Bankwesen wäre somit auch der Euro eine Größe und Dimension.
Das es so ist, dies beweist eigentlich eine einfache Feststellung. Um uns im Leben nicht eingeengt zu fühlen oder unter stetigen Stress zu leiden, muss unser Leben sich mindestens in einem fünfdimensionalen Lebensraum abspielen. Unser dreidimensionaler Raum, in dem wir uns bewegen, besteht aus Länge x Breite x Höhe. Einschränkungen hierbei, zum Beispiel in Form einer Gefängniszelle, würden unserem Gemüt nicht sehr bekommen. Weiterhin muss uns ausreichend genug Zeit zur Verfügung stehen, um uns in unserem Lebensraum ohne ständige Hast und Eile bewegen zu können. Letztendlich muss auch die finanzielle Größenordnung (in Euro gemessen) stimmen, damit wir uns befriedigend in unserem, scheinbar nur dreidimensionalen Raum, bewegen können.
Wie man an diesem kleinen Beispiel sieht, obwohl wir nur in einem dreidimensionalen Raum leben, wird unser Leben in diesem dreidimensionalen Raum jedoch von vielen weiteren Dimensionen beeinflusst, ohne deren Einbeziehung zum Beispiel keine Berechnung der eigentlichen Lebensqualität erfolgen könnte. Wollten wir diese Lebensqualität auch nur annähernd genau in Form einer Nährungsgleichung berechnen, müssten wir noch sehr viele Dimensionen mit einbeziehen.
Doch bleiben wir bei der Physik. Viel wichtiger und hier spricht man von vornherein von einem vierdimensionalen Raum oder vierdimensionalen Raumzeitgefüge, wird diese Einbeziehung von weiteren Dimensionen, wenn wir uns mit den Vorgängen im Universum beschäftigen. Darüber wurde bereits sehr viel geschrieben, oder in populärwissenschaftlichen Sendungen berichtet, das wir hier wohl dieses vierdimensionale Raumzeitgefüge unter Allgemeinwissen abgelegen können. Einige Anregungen zur Dimension Zeit und zum Wesen der Zeit folgen jedoch noch auf den nächsten Seiteen.
Nun steht die Wissenschaft nicht still und seit dem letzten Jahrhundert bemühen sich namhafte Wissenschaftler vergebens eine einheitliche Weltformel zu finden, bisher eher erfolglos. Um diesem Ziel jedoch ein wenig näher zu kommen, war und ist man bemüht eine Brücke zwischen den wissenschaftlichen Forschungsergebnissen auf den Gebieten des Mikrokosmos und des Makrokosmos zu schlagen. Wie der Name schon andeutet, bei den wissenschaftlichen Disziplinen des Mikrokosmos beschäftigt man sich mit den physikalischen Eigenschaften kleinster Teilchen, auch unter dem Begriff Quantenphysik hinreichend geläufig. Bei den Forschungen auf der Ebene und im Bereich Makrokosmos geht es um die Relativitätstheorie, sowie damit verbundene Zusammenhänge.
Zu den ersten Wissenschaftlern die erkannten, dass auch eine Relativitätstheorie sich nur dann mit befriedigen Ergebnissen durchrechnen lässt, wenn weitere Dimensionen hinzugezogen werden, gehörten Theodor Kaluza und Oskar Klein. Bereits im Jahre 1921 rechnete Kaluza die allgemeine Relativitätstheorie nicht mit 4, sondern mit 5 Dimensionen durch und erhielt nur durch die Zuhilfenahme dieser 5. Dimension befriedigende Ergebnisse in seinen Gleichungen. Oskar Klein erweiterte später diese Theorie dahingehend, dass diese 5. Dimension nicht erkennbar wäre, da diese zusätzliche Dimension sich wie eine aufgerollte Dimension verhielt. Der Leser könnte sich diese aufgerollte Dimension etwa wie ein aufgerollter Wollknäuel vorstellen. Ein Wollknäuel würde der Mensch aus der Entfernung auch nur als Punkt wahrnehmen, ohne die eigentliche Dimension der Länge des Pfaden zu erkennen.
Doch zurück zur einheitlichen Weltformel und den Dimensionen des Mikrokosmos und des Makrokosmos. Vermutlich würde man bei den vielen großen, und in genauso vielen Teilbereichen auch noch weitgehend ungelösten Fragen nach der Entstehung, Entwicklung und natürlichen Gesetzmäßigkeiten unseres Universums kaum einen Schritt weiter kommen, würden beide Bereiche dieser wissenschaftlichen Disziplinen getrennt voneinander betrachtet und behandelt. Eine Brücke, als gemeinsame Grundlage, sollte geschlagen werden.
Um diese Brücke auch nur ansatzweise schlagen zu können, reichten 4 Dimensionen bei weiten nicht aus. Es mussten weitere Dimensionen zur Hilfe mit einbezogen werden, sollten Gleichungen auch nur annähernd aufgehen. Unter anderem wurde hierzu die String-Theorie entwickelt, die heute von der Mehrheit der Quantenphysiker anerkannt ist. Diese String-Theorie besagt, das jedes Quark als Urteilchen der uns bekannten Materie 6 Ladungen besitzt und diese sechs Ladungen 6 Dimensionen bilden. Daraus ergeben sich dann folgende Dimensionen für unser heutiges, derzeitiges Weltbild, wobei die aufgerollte Dimension von Kaluza und Klein sich nicht durchsetzen konnte:
01. Länge 02. Breite 03. Höhe 04. Zeit 05. aufgerollte Dimension 06. Spinnladung 07. schwache Ladung 08. elektrische Ladung 09. Farbladung 10. schwere Ladung 11. Leptonenladung Diese Ladungen sollen sich in einem sechsdimensionalen Ladungsraum befinden. Gesehen hat diesen Ladungsraum zwar noch niemand, doch mit Quantenzahlen lässt sich dieser halt berechnen und definieren und hier werden dann auch wieder aufgerollte Dimensionen in der Stringtheorie verwendet. Das sich nun daraus ergebene 10 bis 11 dimensionale Weltbild hat den großen Vorteil, es lässt sich zu Berechnungen der Quantenphysiker wohl genauso heranziehen wie für Berechnungen im Bereich Makrophysik, bzw. steht zu Berechnungen letzterer nicht im Wiederspruch.
Wenn sich nun die vorhandenen Größen immer noch nicht als ausreichend erweisen, damit bestimmte Rechenwege ein in ihren Gleichungen befriedigendes Ergebnis liefern, so kann man weitere Dimensionen heranziehen und einsetzen. Unter diesem Gesichtspunkt wundert es auch nicht mehr, das einige Rechenkünstler Antiwelten und Parallelwelten erfinden, wodurch sich die Anzahl der Dimensionen mehr als verdoppeln lässt und nun kommt das eigentlich Paradoxe, diese abstrakten Gebilde dann auch noch als Theorien vertreten. Bleibt die große Frage, ist unser Universum wirklich auf Zahlen aufgebaut? Wenn nicht, lässt sich dann jemals alles berechnen oder nur in Näherungsgleichungen ohne Vervollkommnung einige Schritte auf dem Weg zur Erkenntnis voranschreiten?
Die Zeit als vierte Dimension * Das Wesen der Zeit. Ist die Zeit nur eine Dimension für die Dynamik des Zugewinns von Informationen?
Im Bereich des Mahrkosmos begegnen uns vier bekannte und eine umstrittene Dimension. Als erstes wären dies die drei räumlichen Dimensionen, bestehend aus Länge x Breite x Höhe, zu denen es eigentlich kaum etwas zu sagen gäbe. Spätestens seitdem die Relativitätstheorie mit zur klassischen Physik gerechnet wird, hat als vierte Dimension die Zeit ihren Stellenwert erhalten.
Doch was ist eigentlich die Zeit? Die Zeit ist messbar und spürbar vergeht sie, dennoch bleibt die Zeit eine große Unbekannte, die unaufhörlich tickt. Betrachten wir uns das Wesen der Zeit etwas näher. Welche Rolle spielte bisher die Zeit in der Entwicklungsgeschichte unseres Universums?
Nach heutigen Lehrbuchmeinungen wurde unser Universum als Folge eines riesigen Urknalls geboren. In der ersten Zeit nach diesem Big Bang, bis zur ersten Strukturierung von Sternen und Galaxien, war viel Chaos und nur sehr wenig Ordnung vorhanden. Unser Universum befand sich noch in einem entropiereichen Zustand. Wo viel Chaos vorhanden ist, dort ist zugleich sehr wenig an ordnender Information vorhanden. Dieses Fehlen von Informationen bezeichnet man in der Chaostheorie als Entropie.
Begeben wir uns weiter auf eine Reise durch die Frühgeschichte unseres Universums bis zum Erscheinen des Menschen, so zeichnet sich klar und in aller Deutlichkeit, eine kontinuierliche Entwicklung vom Einfachsten zum immer höher Entwickelten ab. Aus einer einfachen Plasmawolke entwickelten sich komplexe Sternensysteme, aus einer primitiven Zelle entwickelten sich im Laufe der Evolution höchst komplexe Lebensformen, bis einschließlich der Lebensform des Menschen.
Wobei mit der Entwicklung zum Höheren auch immer weniger Entropie und Chaos, dafür jedoch mehr Ordnung, verbunden mit einer um ein Vielfaches erhöhten Informationsmenge vorhanden ist. Eine Informationsmenge, die erforderlich ist, um den neuen und erhöhten Stand der Ordnung aufrecht zu erhalten.
Kurz nach dem Urknall war nicht viel mehr als eine unvorstellbar riesige Plasmawolke vorhanden. Nur wenige Informationen waren von Nöten, um die Vorgänge in dieser Wolke zu steuern. Galaxien, Sterne und Planeten bildeten sich und es war bereits sehr viel mehr an Informationen nötig, um alles auf seinen Umlaufbahnen und im kosmischen Gleichgewicht zu halten. Die ersten Lebewesen entstanden, anfangs noch primitivste Einzeller. Mit der Entstehung dieser ersten Einzeller bedurfte es weiterer Informationen und sei es nur der Fortpflanzung wegen, als Teilbereich der Informationsübertragung zwischen zwei Lebewesen. Es folgten Vielzeller und jeden wird es wohl einleuchten, das damit wieder eine Zunahme an Informationen verbunden war, denn viele Zellen müssen auch unter sich viele Informationen austauschen, um als Lebewesen als Ganzes reagieren zu können. Jeder Prozess und so auch der Prozess vom Einfacheren zum Komplizierteren und höher Entwickelten, unterliegt einer gewissen Dynamik. Je höher diese Dynamik, je schneller verläuft ein Prozess. Je geringer die Dynamik, je schleichender verläuft ein Prozess. Die Dynamik eines Prozesses steht jedoch im direkten Zusammenhang mit der Energiemenge, die einem Prozess zugeführt wird.
Daraus ließe sich nun eine Definition ableiten: Zeit ist eine Maßeinheit für die Zunahme an Informationen und für den Energieverbrauch des Wachstums einer Informationsmenge bzw. für die Dynamik der Informationszunahme. Unsere Sinne empfinden die Zeit deshalb als fortlaufenden vorwärtsgerichteten Prozess, da das Wesen unserer Sinne dafür ausgelegt ist, ständig Informationen dazu zu gewinnen. Jeder Versuch die Zeit zu überlisten und in die Vergangenheit zu reisen, würde auch gleichzeitig einen Verlust von bereits gesammelten und angereicherten Informationen bedeuten.
Eine unbeantwortete Frage bleibt hierbei, ist Zeit also weiter nichts, als ein natürlicher Prozess, der die Zunahme von Informationen steuert und ein Entweichen in die Entropie, also ins Chaos verhindert?
Wärme - die fünfte Dimension * Die Menschheit und der Temperaturbereich, in dem der Mensch lebt, ...wie wir diese Welt wahrnehmen.
Gehen wir von einer fünften Dimension aus, wie einst Theodor Kaluza und Oskar Klein mit ihrer aufgerollten Dimension, so könnte hier die Wärme und als Einheit die Temperatur durchaus die Rolle einer fünften Dimension übernehmen. Sie meinen, Wärme wäre gar keine richtige Dimension, eher nur ein Zustand oder Form von Energieabgabe? Ja auch, und dennoch ist sie für unser Leben nicht weniger wichtig als der Raum in dem wir leben und die Zeit von der wir beeinflusst werden.
Versuchen wir zuerst den Begriff der Wärme etwas zu definieren. Jeder Körper ist aus Teilchen, den sogenannten Molekühlen aufgebaut. Diese Teilchen führen in gewisser Hinsicht ein Eigenleben und schwingen in Abhängigkeit von ihrer kinetischen Energie. Je größer diese kinetische Energie eines Teilchens ist, je heftiger sind auch dessen Schwingungen, je größer ist auch die abzugebene Wärmemenge dieses Teilchens. Was ist jedoch Zeit? In gewisser Hinsicht doch auch nur die messbare Bewegung des Universums mit seinen in ihm enthaltenen Teilchen, bzw. die Dynamik eines ablaufenden Prozesses in Verbindung mit der Erhöhung des Informationsgehaltes, wie es auf der vorausgehenden Seite näher beschrieben ist.
Bleiben wir bei der Wärme. Ihr niedrigster Temperaturwert entspricht 0 K = -273,15 °Celsius. Würde sich die gesamte uns umgebene Materie bis zu diesen Punkt abkühlen, so gebe es auch keine Teilchenbewegung mehr. Dort wo es keine Teilchenbewegung mehr gibt, würde nicht nur alles Leben einfrieren und erstarren, es würde auch die Zeit einfrieren, da ohne Bewegung keine messbare Zeit nachweisbar wäre. Dort wo nichts mehr in Bewegung ist, dort gibt es auch keinen Informationsfluss mehr. Da Zeit, Wärme und Leben dadurch in einem sehr engen Zusammenhang zu sehen sind, das eine ohne das andere weder vorstellbar noch berechenbar wäre, so können wir die Wärme hier auch als Dimension stehen lassen.
Noch weitaus interessanter wird dieser Zusammenhang jedoch bei der Frage, läuft die Zeit für alle Lebensformen gleichmäßig ab und im selben Rhythmus? Erleben wir nur die Zeit als halbwegs konstant fließend, da wir in einen genauso halbwegs konstanten Temperaturbereich von 36 bis 37 °C leben?
Eine Antwort, die wir wohl hier bejahen können. Nehmen wir dazu als erstes Beispiel einen heranwachsenden Menschen. Zwar kommt es da auch zu periodischen Wachstumsschüben, doch stehen diese eher in einem direkten Zusammenhang mit seinem jeweiligen Lebensalter als dem Temperaturbereich, in dem er lebt. Der Temperaturbereich, in dem er lebt, beträgt ja in der Regel cirka 36 °C. Anders ein Baum, dessen Temperaturbereich im wesentlichen nicht viel über der jeweiligen Umgebungstemperatur liegt. Hier setzt ein Wachstumsschub erst ab einer entsprechenden Höhe der Umgebungstemperatur ein, in der restlichen Zeit ruht er.
Nun ein Baum kann uns nichts berichten. Außer an seinen Wachstumsringen ist für uns nicht nachvollziehbar, wann für ihm die Zeit langsamer oder schneller verfloss. Doch wie sieht es bei tierischen wechselwarmen Lebensformen aus?
Machen wir dazu nur in Gedanken ein Experiment. Unser Versuchsaufbau sehe dann etwa folgendermaßen aus. Bei einem Mensch als ersten Versuchspartner, sowie einen beliebigen Reptil, sagen wir eine Eidechse als zweiten Versuchspartner leiten wir die Hirnströme der Sehnerven über Elektroden so ab, das wir diese digitalisiert als Langzeitvideo aufzeichnen können. Dieser Versuch müsste dann mindestens über eine Zeitspanne von 12 Monate laufen. Nach Ablauf des Experimentes ergebe die Auswertung folgendes. Das Video der menschlichen Versuchperson würde für uns keinerlei Überraschungen bieten. Anders die Videoaufzeichnungen der Eidechse, hier wäre das Jahr von 12 auf eine Zeitspanne von 8 bis 9 Monate zusammengeschrumpft, von Frühling bis Herbst, der Winter würde fehlen.
Die Frage die bleibt, ist die Zeit für die Eidechse wirklich geschrumpft? Ja, da nicht nur ihre biologischen Funktionen sich annähernd gegen Null reduzierten, sondern auch die Schwingungen in ihren Molekühlen sich erheblich in diesem Zeitraum verlangsamten.
Anders beim Menschen in seinen Traum- und Schlafphasen, hier senkt sich die Körpertemperatur in der Nacht nur geringfügig ab und unterschreitet kaum die 35 °C. So können wir auch nach dem Erwachen anhand der verstrichenen Zeit in etwa abschätzen, haben wir lange oder nur kurz geschlafen. Für eine Eidechse wird es jedoch immer so sein, als hätte sie sich gerade gestern unter einem Stein oder in ein Schlupfloch verkrochen.
Bleibt noch eine Frage offen, ist hier nur die Wahrnehmung der Zeit geschrumpft oder die Zeit an sich? Eine nur sehr schwer zu beantwortende Frage. Würden wir nun keine warmblütige Lebensform sein, sondern auch wie die Eidechse aus unserem Gedankenexperiment wechselwarm, so hätten wir auch unsere Umgebung seit Jahrtausenden völlig anders wahrgenommen, mit ihm die Beobachtungen der Abläufe in unserem Universum. Hätten wir jedoch all diese Abläufe ganz anders wahrgenommen, hätten wir auch andere Theorien entwickelt und andere Grundlagen für deren Berechnungen und Beweisführung geschaffen. Denn bei allen dürfen wir eines nie unbeachtet lassen, unsere ganzen heutigen wissenschaftlichen Fortschritte haben sich nur auf der Grundlage von Beobachtungen entwickelt, die unsere Vorfahren einst machten. Zwar wurden diese in Teilbereichen gerade in den letzten Jahrhunderten mehrfach revidiert, teilweise unter heftigsten Widerspruch. Doch ohne diese Vorläufer in Form von Beobachtungen, gäbe es unsere heutige Wissenschaft gar nicht in all ihrer Blüte. Auch wenn einige Blüten dieser Wissenschaft wirklich nichts weiter zu sein scheinen als eben Blüten, die kaum eine andere Aussicht wie das Verwelken haben.
Nicht nur in bezug auf unser unmittelbares Leben ist die Wärme als Dimension eine gewichtige Größe. So lässt sich durch Auswertung der Abkühlungskurve des Universums berechnen, mit welcher Geschwindigkeit selbiges seit dem Urknall auseinander driftet. Ebenso an Hand der Rotverschiebung, des von einen weit entfernten Sterns ausgesandten Lichtes, sich dessen Entfernung berechnen und vieles mehr.
Die Idee, dass die uns umgebende Welt anstatt der vertrauten drei räumlichen Dimensionen zusätzliche besitzt, ist nicht neu. Nicht nur in der Science-Fiction-Literatur sondern auch in der theoretischen Physik ist dieses vielversprechende Thema immer wieder untersucht worden.
Schon 1918 stellte H. Weyl[1] Überlegungen zu einer Erweiterung der Allgemeinen Relativitätstheorie von A. Einstein an, die die Elektrodynamik miteinschließen sollte. Obwohl in seiner ursprünglichen Arbeit physikalische Fehler enthalten waren, wurde der Gedanke von vielen berümten Physikern (u.a. A. Einstein, W. Pauli) aufgegriffen und Ausgangspunkt fruchtbarer Dialoge. Inspiriert von Weyls früheren Arbeiten schlug der junge Privatdozent T. Kaluza eine geometrische Verbindung zwischen Gravitation und Elektrodynamik vor, bei der die 4-dimensionale Raum-Zeit der Allgemeinen Relativitätstheorie (ART) zu einem 5-dimensionalen Raum erweitert wird [2]. Kurz darauf wurde zum selben Thema eine Arbeit von O. Klein veröffentlicht, die Kaluzas Werk ergänzt [3]. Auch in dieser Formulierung traten unerwünschte Nebenbedingungen auf, die jedoch auch in den folgenden Arbeiten von Kaluza und Klein nicht bemerkt (oder zumindest nicht erwähnt) wurden. Ihre Erweiterung der bis zu diesem Zeitpunkt bekannten ART, die die elektromagnetische Wechselwirkung miteinbezog, ist eine der ersten vereinheitlichten Theorien! Sie ist heute unter dem Namen Kaluza-Klein-Theorie bekannt.
Um den empirischen Beobachtungen zu genügen, muss der Tatsache Rechnung getragen werden, dass die Extra-Dimensionen in der alltäglichen Wahrnehmung nicht auftreten. Aus diesem Grund werden sie (wie auch heute in der Stringtheorie) "kompaktifiziert". Den Vorgang, der sich hinter diesem abstrakten mathematischen Begriff verbirgt, kann man sich veranschaulichen, indem man sich vorstellt, wie ein zweidimensionales Blatt Papier zu einem (immer noch zweidimensionalen) Zylinder aufgerollt und immer enger gerollt wird.... bis sich schliesslich eine scheinbar eindimensionale Linie ergibt, weil der Durchmesser des Zylinders zu klein geworden ist, um von unseren Augen aufgelöst zu werden.
Ausgehend von diesen vielversprechenden Theorien konnten bald die unphysikalischen Nebenbedingungen eleminiert werden und es gelang schließlich eine Ausweitung von der Vereinigung der ART und Elektrodynamik (Eichgruppe U(1) )zu allgemeinen Yang-Mills-Theorien (unter besonderem Interesse hierbei die Eichgruppe U(1) x SU(2) x SU(3) ).
Aus verschiedenen Gründen flaute das Interesse an den Kaluza-Klein-Theorien vorübergehend ab. Der wohl herausragende Grund war, dass keinerlei Evidenz dafür vorlag, dass der mehrdimendionale Raum mehr als ein bloßes mathemathisches konstrukt war und experimentelle Möglichkeiten zur Überprüfung nicht in Aussicht standen. Außerdem lieferte auch dieser Ansatz keine Lösung für das Problem wie Gravitation zu quantisieren sei; sie blieb nicht-renormierbar.
Das Interesse an den Kaluza-Klein-Theorien erwachte mit der Supergravitation wieder. Die Tatsache, dass 11 Dimensionen anscheinend die maximale Anzahl für Supergravitation und gleichzeitig die mimimale Anzahl für eine Kaluza-Klein-Theorie mit der vollen Eichgruppe ist, scheint auf mehr als reinen Zufall hinzuweisen und rückte die Extra-Dimensionen wieder ins Rampenlicht. Auch in der Stringtheorie treten in natürlicher Art und Weise Extra-Dimensionen auf, zusammen mit dem Problem der Kompaktifizierung (s.o.) und Interpretation.
In jüngster Zeit erhält das Konzept der Extra-Dimensionen wieder neuen Aufschwung. Die kommende Generation von Teilchenbeschleunigern ermöglicht ein Vordringen in Energiebereiche, die eine experimentelle Überprüfung der Anzahl der Extra-Dimensionen durchführbar machen. Die Existenz von Extra-Dimensionen ist dabei von hohem Interesse, denn sie können zur Lösung wichtiger ungeklärter Probleme in der heutigen Physik beitragen. Allen voran das sog. Hierarchie-Problem eng verknüpft mit dem Finetuning-Problem. Hauptaugenmerk liegt natürlich auf einer befriedigenden Theorie zur Quantengravitation und deren harmonischen Vereinigung mit den Quantenfeldtheorien (QED, QCD, Weak). Ein Erfolg auf dem Gebiet der Extra-Dimensionen wäre ein großer Schritt auf dem weg dorthin.
Eine Überaschung war, dass die Extra-Dimensionen größere Ausmaße haben können, als in früheren Theorien angenommen. Sie können nach manchen Überlegungen bis in den 1/10 mm Bereich reichen! Deshalb spricht man im Gegensatz zu den früheren Modellen von Großen Extra-Dimensionen - Large Extra Dimensions (LXD).
Die LXD's beeinflussen die Vorgänge in unserer Welt dermassen, dass von den vier Wechselwirkungen, "die unsere Welt zusammenhalten", drei (QED, QCD, Weak) auf die "alten" 4 Dimensionen beschränkt sind und nur die vierte Wechselwirkung, die Gravitation, sich in alle Dimensionen erstrecken kann. Dadurch ergeben sich auf Skalen von der Größenordnung des Radius der LXD's Modifikationen des Gravitationsgesetzes. In den nächsten Jahren sollen erstmals Experimente das Schwerefeld auf solch kleinen Distanzen ausmessen[4].
Auch bei hochenergetischen Stößen sollte detektierbar sein, ob durch Gravitationswellen Energie in die LXD's abgegeben werden kann. Ähnlich wie beim Stoß zweier Billardkugeln (siehe Abb.) sind entstehende Schockwellen (beim Billard Schallwellen, bei Teilchenkollisionen Gravitationswellen bzw. Gravitonen) nicht auf die Dimensionen, in denen der Stoß stattfindet, beschränkt (der Billardtisch - unsere Alltagswelt).
Ein weiteres faszinierendes Szenario ist, dass der von uns wahrgenommene Teil des Universums in den LXD's gekrümmt sein kann und so (eventuelle) für uns weit entfernte Stellen in den Extra-Dimensionen möglicherweise nur Millimeter voneinander entfernt sind! Oder - um der Spekulation freien Lauf zu lassen - dass wir nur einige Millimeter von anderen Universen entfernt sind und mit ihnen wechselwirken könnten (wenn wir denn wüßten wie).
Ebenfalls in einem ganz anderen Licht erscheint das noch immer offene Problem der Dunklen Materie: Aus Beobachtungen von Sternen, die in sehr großen Abstanden um ihr galaktisches Zentrum kreisen, finden Astrophysiker, dass die sichtbare Masse der Galaxien nur etwa 10 % der tatsächlich vorhandenen Masse ausmacht. Das bisher so erfolgreiche Standardmodell der Teilchenphysiker hat keine Erklärung für diese nicht sichtbare "Dunkle Materie" und kann somit über den Großteil der im Universum vorhandenen Masse fast nichts aussagen! Schwere Objekte müssen nun unter Zuhilfenahme der LXD's aber nicht mehr dort zu sehen sein, wo die gravitierende Masse angesiedelt ist, da sich Gravitonen in die LXD's ausbreiten können, Photonen jedoch nicht.
[1] Weyl, H. 1918, "Gravitation und Elektrizität", Sitzungsber. Deutsch. Akad. Wiss. Berlin 465-480 [2] Kaluza, T. 1921, Sitzungsber. K. Preuss. Akad. Wiss.. Phys. Math. Kl., 966 [3] Klein, O. 1926, Z. Phys. 37, 895
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