Unser Universum könnte eine fünfte Dimension haben
Unser Universum könnte eine fünfte Dimension haben
Anonim

1905 zeigte Albert Einstein in seiner speziellen Relativitätstheorie, dass der Raum durch die kosmische Grenze der Lichtgeschwindigkeit eng mit der Zeit verbunden ist und wir daher streng genommen in einem Universum mit vier Dimensionen der Raumzeit leben.

Für alltägliche Zwecke stellen wir das Universum jedoch in drei Raumdimensionen (Nord-Süd, Ost-West, oben-unten) und einer Zeitdimension (Vergangenheit-Zukunft) dar. In diesem Fall ist die fünfte Dimension eine zusätzliche Raumdimension.

Eine solche Messung wurde in den 1920er Jahren unabhängig von den Physikern Oscar Klein und Theodor Kaluza vorgeschlagen. Sie wurden von Einsteins Gravitationstheorie inspiriert, die zeigte, dass Masse die vierdimensionale Raumzeit krümmt.

Da wir vier Dimensionen nicht wahrnehmen können, schreiben wir die Bewegung in der Gegenwart eines massiven Körpers wie eines Planeten der "Schwerkraft" zu.

Könnte eine andere damals bekannte Kraft (elektromagnetische Kraft) durch die Krümmung der zusätzlichen Raumdimension erklärt werden? Kaluza und Klein entdeckten, dass dies möglich war.

Aber da die elektromagnetische Kraft 1040 mal stärker ist als die Schwerkraft, müsste die Krümmung der zusätzlichen Dimension so groß sein, dass sie sich zu einem winzigen Ring zusammenrollt, der viel kleiner als ein Atom ist, und es wäre unmöglich, sie zu bemerken.

Wenn ein Teilchen wie ein Elektron für uns unsichtbar im Weltraum reist, dreht es sich wie ein Hamster in einem Rad um die fünfte Dimension.

Die fünfdimensionale Theorie von Kaluza und Klein erlitt einen schweren Schlag durch die Entdeckung zweier weiterer fundamentaler Kräfte, die im Bereich des Atomkerns wirken: starke und schwache Kernwechselwirkungen.

Aber die Idee, dass zusätzliche Dimensionen Kräfte erklären, wurde ein halbes Jahrhundert später von Befürwortern der "String-Theorie" wiederbelebt, die die grundlegenden Bausteine ​​des Universums nicht als Teilchen, sondern als winzige "Strings" aus Masse-Energie betrachtet. Um alle vier Kräfte nachzuahmen, schwingen die Saiten in der 10-dimensionalen Raumzeit, wobei die sechs Dimensionen auf eine Größe gewickelt sind, die viel kleiner als ein Atom ist.

Die Stringtheorie führte zu der Idee, dass unser Universum eine dreidimensionale Insel oder "Brane" sein könnte (ein hypothetisches grundlegendes mehrdimensionales physikalisches Objekt, das kleiner ist als die Dimension des Raums, in dem es sich befindet) das in der 10-dimensionalen Raumzeit schwebt.

Dies eröffnete eine faszinierende Gelegenheit zu erklären, warum die Schwerkraft im Vergleich zu den anderen drei fundamentalen Kräften so schwach ist. Während die Kräfte an der Brane angreifen, ist die Idee dahinter, dass die Schwerkraft in sechs zusätzliche räumliche Dimensionen eindringt und ihre Kraft auf die Brane stark schwächt.

Es gibt einen Weg, eine größere fünfte Dimension zu erhalten, die so gekrümmt ist, dass wir sie nicht sehen können, und dies wurde 1999 von den Physikern Lisa Randall und Raman Sundram vorgeschlagen. Eine zusätzliche räumliche Dimension könnte sogar eines der großen kosmischen Mysterien erklären: die Identität von "dunkler Materie", unsichtbarer Materie, die sichtbare Sterne und Galaxien um den Faktor sechs zu überwiegen scheint.

2021 schlug eine Gruppe von Physikern der Johannes Gutenberg-Universität in Mainz vor, dass sich die Gravitation bisher unbekannter Teilchen, die sich in der latenten fünften Dimension ausbreiten, in unserem vierdimensionalen Universum als zusätzliche Gravitation manifestieren könnte, die wir derzeit der Dunklen Materie zuschreiben.

Es ist erwähnenswert, dass es keinen Mangel an möglichen Kandidaten für dunkle Materie gibt, einschließlich subatomarer Teilchen, die als Axionen bekannt sind, schwarze Löcher und zeitlich rückwärts gerichtete Materie aus der Zukunft!

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