Seit über einem Jahrhundert grübeln Physiker über eine radikale Idee nach: Unser Universum könnte verborgene Dimensionen enthalten, die über die bekannten drei Dimensionen von Raum und Zeit hinausgehen. Obwohl wir diese zusätzlichen Dimensionen nicht direkt entdeckt haben, bietet das Konzept eine überzeugende Erklärung für eines der größten Rätsel der Physik – warum die Schwerkraft im Vergleich zu anderen fundamentalen Kräften so bemerkenswert schwach ist.
Das Hierarchieproblem
Die Schwerkraft ist erstaunlich schwach. Es ist milliardenfach schwächer als der Elektromagnetismus oder die starken und schwachen Kernkräfte. Diese als „Hierarchieproblem“ bekannte Diskrepanz gibt Wissenschaftlern seit Jahrzehnten Rätsel auf. Warum verhält sich die Schwerkraft so anders? Eine mögliche Antwort: Die Schwerkraft ist überhaupt nicht schwach; es wird nur verdünnt, indem es sich in Dimensionen ausbreitet, die wir nicht wahrnehmen können.
Die einzigartige Freiheit der Schwerkraft
Das Standardmodell der Teilchenphysik beschränkt andere Kräfte auf unsere vierdimensionale Raumzeit. Aber wenn zusätzliche Dimensionen existieren, könnte die Schwerkraft die einzige Kraft sein, die auf sie zugreifen kann. Dies würde erklären, warum es uns so schwach erscheint: Seine Stärke ist auf ein größeres Volumen verteilt, als uns bewusst ist. Stellen Sie sich einen Wasserstrom vor, der in einen breiteren Fluss fließt – die Strömung erscheint schwächer, weil sie sich ausbreitet.
Aufgerollte Dimensionen
Wenn diese zusätzlichen Dimensionen real sind, warum erleben wir sie dann nicht? Die vorherrschende Theorie geht davon aus, dass sie in unglaublich kleinen Maßstäben „zusammengerollt“ sind, wie der Umfang einer eng aufgerollten Röhre. Wir bewegen uns ständig durch diese Dimensionen, aber sie sind zu klein, als dass wir sie bemerken könnten. Es ist vergleichbar mit einem Photon, das sich am Rand dieser Röhre entlang bewegt: Es bewegt sich vorwärts, umkreist aber auch den Umfang und fügt seiner Bahn eine unsichtbare Dimension hinzu.
Die Theorie testen
Eine Möglichkeit, diese verborgenen Dimensionen aufzuspüren, sind hochenergetische Teilchenkollisionen. Wenn die Schwerkraft durch masselose Teilchen namens Gravitonen vermittelt wird und diese Gravitonen Zugang zu zusätzlichen Dimensionen haben, sollten sie scheinbar Masse haben. Dies würde sich in einer unendlichen Vielfalt an Gravitonmassen manifestieren, die in Collider-Experimenten nachweisbar wären. Bisher wurden jedoch keine derartigen Partikel beobachtet.
Randall-Sundrum-Modell
Um den Mangel an experimentellen Beweisen mit der Notwendigkeit zusätzlicher Dimensionen in Einklang zu bringen, schlugen die Physiker Lisa Randall und Raman Sundrum eine Verfeinerung vor: Den zusätzlichen Dimensionen eine Krümmung zulassen. Diese „verzerrte“ Geometrie ermöglicht größere Dimensionen, die die Schwäche der Schwerkraft erklären, während sie für aktuelle Kollider nicht nachweisbar bleiben.
Die Existenz zusätzlicher Dimensionen bleibt unbestätigt, bleibt aber eine führende Theorie unter Physikern.
Die Idee verborgener Dimensionen ist spekulativ, geht das Hierarchieproblem jedoch elegant an. Ob zukünftige Experimente ihre Existenz bestätigen oder widerlegen werden, bleibt eine offene Frage. Aber die Möglichkeit, dass unser Universum viel reicher und seltsamer ist, als wir wahrnehmen, treibt weiterhin theoretische und experimentelle Forschung voran.
