Die Vermessung des Universums: Wie die Physik von morgen den letzten Geheimnissen auf der Spur ist (German Edition)

und vor allem richtig – ist, nachdem wir alle ihre Auswirkungen gründlich verstanden haben.
    Das bessere Verständnis der Stringtheorie und ihrer Bestandteile, das die Physiker in den 1990er Jahren erwarben, führte zu neuen Vorschlägen zur Behandlung des Hierarchieproblems. Diese Ideen waren durch Teile der Stringtheorie motiviert – obwohl sie nicht unbedingt direkt von ihrer sehr beschränkten Struktur abgeleitet waren – und beinhalteten Extra-Dimensionen des Raumes. Wenn es Extra-Dimensionen gibt – und wir haben Grund zu der Annahme, dass das der Fall sein könnte –, könnten sie den Schlüssel zur Lösung des Hierarchieproblems liefern. Wenn das wirklich der Fall ist, würden sie am LHC experimentelle Belege für ihre Existenz hervorbringen.
    Zusätzliche räumliche Dimensionen sind eine exotische Vorstellung. Wenn das Universum solche Dimensionen hat, würde sich der Raum stark von dem unterscheiden, was wir in unserem Alltagsleben beobachten. Zusätzlich zu den drei Richtungen – links-rechts, oben-unten, vorwärts-rückwärts oder alternativ dazu Länge, Breite und Höhe – würde der Raum sich in Richtungen erstrecken, die noch nie jemand beobachtet hat.
    Da wir sie nicht sehen, müssen diese neuen Dimensionen des Raumes klarerweise verborgen sein. Das könnte deshalb so sein, weil sie zu klein sind, um irgendetwas, das wir möglicherweise sehen könnten, direkt zu beeinflussen, wie der Physiker Oskar Klein 1926 vorgeschlagen hat. Die Idee ist, dass die Dimensionen aufgrund unserer begrenzten Auflösung zu klein sein könnten, um wahrnehmbar zu sein. Es wäre möglich, dass wir eine zusammengerollte Dimension, durch die wir uns nicht hindurchbewegen können, nicht bemerken – ebenso wie ein Seiltänzer seinen Weg als eindimensional auffassen würde, während eine winzige Ameise auf dem Seil zwei Dimensionen erleben könnte, wie in Abbildung 61 zu sehen ist. [62]  

Abb. 61: Ein Mensch und eine kleine Ameise erleben ein Seil sehr unterschiedlich. Für den Menschen scheint es eine Dimension zu haben, während die Ameise zwei erlebt.
    Eine andere Möglichkeit ist, dass Dimensionen verborgen sein können, weil die Raumzeit gekrümmt oder verzerrt ist, was, wie Einstein uns gelehrt hat, beim Vorhandensein von Energie geschehen würde. Wenn die Krümmung stark genug ist, werden die Effekte der zusätzlichen Dimensionen verdeckt, wie Raman Sundrum und ich 1999 nachwiesen. Das würde bedeuten, dass die verzerrte Geometrie ebenfalls eine Möglichkeit darstellen könnte, wie eine Dimension verborgen sein kann. [63]  
    Aber warum sollten wir überhaupt glauben, dass es da draußen Extra-Dimensionen geben könnte, wenn wir sie nie gesehen haben? Die Geschichte der Physik enthält viele Beispiele für die Entdeckung von Dingen, die niemand sehen konnte. Niemand konnte Atome »sehen«, und niemand konnte Quarks »sehen«. Doch haben wir jetzt starke experimentelle Belege für die Existenz von beiden.
    Kein Gesetz der Physik sagt uns, dass es nur drei Raumdimensionen geben kann. Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie gilt für jede beliebige Anzahl von Dimensionen. Tatsächlich erweiterte Theodor Kaluza schon bald, nachdem Einstein seine Gravitationstheorie vollendete, Einsteins Ideen und schlug die Existenz einer vierten räumlichen Dimension vor, und fünf Jahre später deutete Oskar Klein an, wie diese aufgerollt sein und sich von den vertrauten drei Dimensionen unterscheiden könnte.
    Die String-Theorie, ein führender Vorschlag einer Theorie, die die Quantenmechanik und Gravitation miteinander kombiniert, ist ein weiterer Grund dafür, dass Physiker gegenwärtig die Vorstellung von Extra-Dimensionen erwägen. Die Stringtheorie führt nicht auf offensichtliche Weise zu der Gravitationstheorie, mit der wir vertraut sind. Die Stringtheorie beinhaltet notwendigerweise zusätzliche Dimensionen des Raumes.
    Ich werde oft von Leuten nach der Zahl von Dimensionen gefragt, die im Universum existieren. Wir wissen es nicht. Die Stringtheorie legt sechs oder sieben Extra-Dimensionen nahe. Aber Modellentwickler sind aufgeschlossen. Es ist vorstellbar, dass verschiedene Varianten der Stringtheorie zu anderen Möglichkeiten führen werden. Jedenfalls sind die Dimensionen, an denen die Modellentwickler in den folgenden Erörterungen interessiert sind, nur diejenigen, die hinreichend verzerrt oder so groß sind, dass sie physikalische Vorhersagen beeinflussen können. Es könnte andere Dimensionen geben,