Branwelten
Oder aber unser ganzes Universum ist eine Brane. Vielleicht ist das Universum das wir wahrnehmen eine gigantische 3-Brane die in einer elfdimensionalen Raumzeit existiert? Das, was wir als “das Universum” kennen wäre dann bei weitem noch nicht alles sondern eben nur ein Objekt in einem viel größeren Raum? Aber warum merken wir dann nichts davon? Wo ist diese 3-Brane, die das ganze Universum durchdringt (neben Higgs-Feldern, Vakuumfluktuationen und dunkler Energie wird es im “leeren” Raum langsam ziemlich voll). Hier muss man sich das Zusammenspiel zwischen Branen und Strings klarmachen. Bei den Strings gibt es zwei verschiedene Typen: offene Strings und geschlossene. Bei der Untersuchung der offenen Strings fand man heraus, dass die sich oft nicht beliebig bewegen können sondern das deren Enden auf bestimmte Bereiche beschränkt sind (so ähnlich wie die Fäden eines Flokati-Teppichs an einem Ende an der flachen Unterseite befestigt sind). Bei den Photonen ist es z.B. so, dass sie durch offene Strings beschrieben werden. Die müssen sich zwar innerhalb der 3-Brane bewegen, an der sie “festkleben” und können sie nicht verlassen – sind aber ansonsten frei zu gehen, wohin sie wollen. Für Photonen ist die Bran also quasi völlig durchsichtig. Da die Photonen aber auch die Teilchen der elektromagnetischen Kraft sind, heisst das, dass sie innerhalb der 3-Brane gefangen ist; alles was außerhalb noch existieren mag, ist für die elektromagnetische Kraft nicht vorhanden.
Die Extradimensionen müssen also gar nicht mal so winzig sein. Bisher dachten wir ja, sie müssten wahnsinnig klein aufgerollt sein, weil wir sie sonst ja schon längst gesehen hätten. In einer Branwelt ist es aber egal, wie groß die Zusatzdimensionen sind. Wir können sie nicht wahrnehmen, weil die elektromagnetische Kraft (und auch die schwache und starke Kernkraft) in der 3-Brane gefangen sind und nichts anderes als die 3-Brane “sehen” können. Die einzige Ausnahme ist die Gravitation. Gravitonen sind geschlossene Strings und nicht an einer Brane festgemacht. Sie können sich auch in den anderen Dimensionen bewegen. Wenn wir auf einer Branwelt leben, dann müssten wir das am Verhalten der Gravitation merken!
Wenn wir messen, wie sich die Gravitationskraft abschwächt, wenn wir uns von einer Masse entfernen, dann sehen wir immer, dass sie mit dem Quadrat des Abstands schwächer wird. Würden wir in einem zweidimensionalen Universum leben, dann hätte die Gravitation quasi weniger Richtungen zur Verfügung in die sie sich ausbreiten kann und würde daher weniger schnell schwächer: die Kraft würde nur mit dem Abstand selbst absinken (nicht mit dem Quadrat). Bei vier Raumdimensionen aber würde die Kraft viel schneller schrumpfen (mit der dritten Potenz des Abstands) – usw. Nach allem, was wir heute messen können, hat der Raum 3 Dimensionen. Aber wir haben das Gravitationsgesetz noch nicht bei sehr kleinen Abständen überprüft. Vielleicht sind die Zusatzdimensionen wirklich klein und wir merken deswegen noch nichts davon. Aber sie müssen nun bei weitem nicht mehr so klein sein wie es die Stringtheorie gefordert hat. Die Extradimensionen könnten bis zu einem Zehntelmillimeter groß sein! Mehr Gewissheit kriegen wir nur durch weitere Gravitationsmessungen bei noch kleineren Abständen.
Wenn aber die Extradimensionen größer sind als gedacht, dann kann das auch für die Strings gelten. Auch sie könnten größer sein: bis zu 10-18 Meter. Das ist immer noch winzig – aber hundert Milliarden Milliarden mal größer als man bisher dachte. Das ist schon fast groß genug, um in Teilchenbeschleunigern nachgewiesen werden zu können!
Urklatsch statt Urknall
Noch viel verblüffender sind allerdings die Aussagen, die sich aus der M-Theorie für die Kosmologie und den Ursprung des Universums ergeben. Einerseits kann man natürlich das bisherige Modell der inflationären Kosmologie beibehalten und die M-Theorie verwenden um endlich die problematische prä-inflationäre Anfangsphase des Universums in den Griff zu kriegen. Man kann aber auch ein ganz anderes Modell aufstellen. Das haben Paul Steinhard und Neil Turok im Jahr 2002 gemacht. Sie haben sich zwei 3-Branen vorgestellt, die in regelmäßigen Abständen miteinander kollidieren. Die Kollision zweier solcher Branen würde im Prinzip genau das erzeugen, was wir heute durch die inflationäre Kosmologie beschreiben. Nach der Kollisionen würden sich die Branen, auf denen jeweils ein “Urknall” stattgefunden hat, voneinander entfernen. Dabei dehnen sie sich immer weiter aus bis dann nach ein paar Billionen Jahren das Spiel von vorne losgeht; die beiden Branen sich wieder annähern und erneut miteinander kollidieren. Dieses Modell – dass als “Big Splat” bzw. “Urklatsch” oder aber auch als “Ekpyrotisches Universum” (von “Ekpyrosis”=”Weltenbrand”) bezeichnet wird ist spannend. Aber leider auch nicht der Weisheit letzter Schluß. Man könnte schon meinen man kann sich freuen weil man sich in so einem zyklischen Universum keine Gedanken mehr über die Anfang machen muss; der Punkt, an dem die Theorien Probleme machen. Aber leider zeigt eine nähere Untersuchung das wegen Quantenmechanik und Thermodynamik auf ein zyklisches Universums nicht immer konstante Zyklen haben kann. Die werden immer länger und länger was aber auch bedeutet, dass sie früher immer kürzer und kürzer waren und es irgendwann einen ersten Zyklus gegeben haben muss… Und warum sich die beiden 3-Branen gerade so perfekt anordnen sollten dass dieser Zyklus entsteht versteht auch noch niemand.
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