22.03.2011

Verschwindende Dimensionen

Mit LISA ließe sich überprüfen, ob das frühe Universum weniger als drei räumliche Dimensionen hatte.

Mit LISA ließe sich überprüfen, ob das frühe Universum weniger als drei räumliche Dimensionen hatte.

Es gibt einen theoretischen Ansatz, der mit der kühn klingenden Überlegung aufwartet, dass mit extrem hohen Energien niedrigere Dimensionalitäten einhergehen. Diese Annahme bietet verschiedene Vorteile in der Kosmologie und der Teilchenphysik. Möglicherweise gibt es sogar bereits experimentelle Hinweise für diese Annahme: In früheren Experimenten mit kosmischer Strahlung fiel eine statistisch signifikante planare Anordnung von Ereignissen mit Energien in der Größenordnung oberhalb von TeV auf.

Ein interessanter Effekt der Reduzierung der Dimensionen liegt außerdem in den sich unterscheidenden Gravitationseigenschaften bei niedrigeren Dimensionen, was für die Geschichte des Universums in der Phase, als es noch extrem heiß war, bedeutsam sein könnte. So gibt es die Überlegung, dass das frühe Universum nur zwei, vielleicht sogar zunächst nur eine, räumliche Dimensionen hatte. In einem solchen Universum gibt es keine Gravitationsfreiheitsgrade. Damit zusammenhängend existieren keine Gravitationswellen. Erst mit dem Abkühlen des Universums ist nach dieser Theorie die weitere Dimension entstanden. Ab diesem Zeitpunkt gibt es dann auch Gravitationswellen.

Abb.: Die drei Satelliten von LISA sollen Gravitationswellen von supermassiven Schwarzen Löchern und dem Urknall aufspüren. Eine Theorie legt nahe, dass wenn LISA oberhalb einer bestimmten Frequenz keine primordialen Wellen findet, das frühe Universum weniger Dimensionen hatte. (Bild: NASA)

Wissenschaftler der University of Buffalo, NY, USA und der Loyola Marymount University in Los Angeles, CA, USA beschreiben nun eine Möglichkeit mit der sich die Annahme, das frühe Universum habe weniger als drei räumliche Dimensionen, überprüfen ließe: Mit der Laser Interferometer Space Antenna (LISA), einem von NASA und ESA geplanten interferometrischen Gravitationswellendetektor im All, sollte festgestellt werden können, ob es Gravitationswellen aus der Zeit gibt, als das Universum noch sehr jung war. Sollte die Annahme der niedrigeren Dimensionalität zutreffen, müsste es für sogenannte primordiale (primordialis, lat.: ursprünglich) Gravitationswellen (PGWs) eine maximale Frequenz geben, die mit dem Übergang zwischen den Dimensionen korrespondiert. Oberhalb dieser Frequenz, die den ältesten Wellen entspräche, dürfte es keine PGWs geben. Wenn zukünftige Messungen von LISA das bestätigen sollten, wäre es möglich, dass das Universum zu Beginn nicht dreidimensional war.

MH

  

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