Die verborgene Wirklichkeit

den Wert der kosmologischen Konstante.
    Mit diesen erweiterten Kenntnissen über die Gebirgs- oder Landschaftsmetapher können wir uns nun der Frage zuwenden, wie Quantenprozesse sich in einem solchen Umfeld auf die Form der zusätzlichen Dimensionen auswirken. Wie wir dabei erfahren werden, lässt die Quantenmechanik die Landschaft in neuem Licht erscheinen.

    Quantentunnel in der Landschaft
    Die Abbildung 6.4 ist zwangsläufig eine schematische Darstellung (jedes der verschiedenen Higgs-Felder aus Abbildung 3.6 hat seine eigene Achse, und das Gleiche gilt für die rund 500 Feldflüsse, die sich durch einen Calabi-Yau-Raum ziehen können – aber Berge in einem 500-dimensionalen Raum darzustellen, ist eine echte Herausforderung), sie lässt aber zu Recht darauf schließen, dass Universen mit unterschiedlichen Formen der zusätzlichen Dimensionen zu einem zusammenhängenden Gelände gehören. 16 Wenn man nun noch die Quantenphysik in die Berechnungen einbezieht und Ergebnisse berücksichtigt, die der legendäre Physiker Sidney Coleman in Zusammenarbeit mit Frank de Luccia unabhängig von der Stringtheorie gewonnen hat, lässt der Umstand, dass die Universen Teil eines größeren Geländes sind, dramatische Verwandlungen zu.
    Die Physik, die dabei die Schlüsselrolle spielt, betrifft den sogenannten Tunneleffekt . Stellen wir uns dazu vor, dass ein Teilchen, beispielsweise ein Elektron, auf eine feste Barriere trifft, zum Beispiel auf eine drei Meter dicke Stahlplatte. Die klassische Physik sagt voraus, dass es dieses Hindernis nicht durchdringen kann. Es gehört aber zu den typischen Kennzeichen der Quantenmechanik, dass die strenge klassische Vorstellung »kann nicht durchdringen« sich häufig in die weichere, quantentheoretische Erklärung »die Wahrscheinlichkeit, dass es durchdringt, ist sehr gering, aber nicht null« verwandelt. Der Grund: Die Quantenfluktuationen eines Teilchens lassen zu, dass es sich in einigen seltenen Fällen plötzlich auf der anderen Seite einer ansonsten undurchdringlichen Barriere materialisiert. Solches Quantentunneln tritt zu zufälligen Zeitpunkten auf; im besten Fall können wir vorhersagen, mit welcher Wahrscheinlichkeit es sich in diesem oder jenem Zeitraum einstellen wird. Die Mathematik besagt aber: Wenn man nur lange genug wartet, wird es zur Durchdringung nahezu jeder Barriere kommen. Und so geschieht es auch. Wäre es anders, würde die Sonne nicht scheinen: Damit Wasserstoffatomkerne einander so nahe kommen können, dass sie zur Verschmelzung in der Lage sind, müssen sie die Barriere durchdringen, die durch die elektromagnetische Abstoßung ihrer Protonen geschaffen wird.
    Coleman und de Luccia sowie viele andere, die seither in die Fußstapfen der beiden getreten sind, übertrugen das Quantentunneln von einzelnen Teilchen auf ganze Universen, deren derzeitige Konfiguration durch ähnlich »undurchdringliche« Barrieren von anderen, ebenfalls möglichen Konfigurationen getrennt ist. Um uns einen Eindruck von ihren Befunden zu verschaffen, können wir uns zwei mögliche Universen vorstellen, die ansonsten identisch sind und sich nur durch ein Feld unterscheiden, das beide gleichförmig durchzieht, dessen
Energie aber im einen Universum höher, im anderen niedriger ist. Ohne Barriere rollt der Wert des energiereicheren Feldes auf den des energieärmeren hinab wie ein Ball, der einen Hügel hinabrollt – das haben wir bereits im Zusammenhang mit der kosmischen Inflation kennengelernt. Aber was geschieht, wenn es in der Potenzialkurve des Feldes einen »Gebirgshügel« gibt, der den derzeitigen Wert von dem angestrebten trennt wie in Abbildung 6.5 ? Nach den Befunden von Coleman und de Luccia kann ein Universum ganz ähnlich wie ein einzelnes Teilchen etwas tun, das in der klassischen Physik verboten ist: Es kann sich mit Quantenfluktuationen seinen Weg durch die Barriere bahnen und die energieärmere Konfiguration erreichen: Es kann tunneln.
    Abbildung 6.5 Ein Beispiel für die Potenzialkurve eines Feldes mit zwei Werten – zwei Tälern –, bei denen das Feld von Natur aus zur Ruhe kommt. Ein Universum, das von dem Feld mit dem energiereicheren Wert durchzogen ist, kann durch Quantentunneln zu dem niedrigeren Wert gelangen. An dem Prozess ist eine kleine, an irgendeinem zufällig bestimmten Ort gelegene Raumregion des ursprünglichen Universums beteiligt, die den niedrigeren Feldwert annimmt; diese Region dehnt sich dann aus, und so wird ein immer größerer Bereich