Der mehrdimensionale Begriff Gott
Die semantische Bedeutung des Begriffes „Gott“ kommt in Menschen allen bekann-ten menschlichen Zivilisationen vor. Dieses Synonym beinhaltet ein oder mehrere allmächtige und wissende Wesen, die Menschen in der Form eines Glaubens, Re-ligion, an sich binden und Menschen bei der Überwindung des Todes behilflich sein sollen. Angesichts der Kenntnisse in den Naturwissenschaften wurde diese Möglichkeit für diesen Text verworfen. In dem abendländischen, soziokulturellen Kreis kommt noch der Umstand hinzu, den meines Erachtens gut Camus darstellte, dass Menschen spätestens nach der Französischen Revolution von dem Prinzip Gott entfernt haben. Spätestens nach der Enthauptung von Ludwig dem XVI. wurde der Macht, die ihre Legitimation auch im Göttlichen suchte, entsagt und Menschen haben sich vom blinden Glauben zu aufgeklärten Wesen entwickelt. Dadurch haben sie allerdings eine tragende Idee der Gesellschaft. Stattdessen versuchten sie durch die Vernunft viele Ideen zu entwickeln („Ismen“), die jedoch nicht geschafft haben, eine wirklich universelle Idee, die alle Menschen umfassen würde, zu entwickeln. Erst als der Autor die Meldung und die Idee der Quantenphysik eines über die bekannten vier Dimensionen reichenden Raumes las, fing er an, die Idee des Göttlichen neu zu überdenken.
Also: Wie viele Dimensionen hat die Welt?
„Zusammenfassung
Die Stringtheorie spielt eine zentrale Rolle bei der Suche nach einer konsisten-ten Quantentheorie der Gravitation. Die Theorie zwingt uns, vertraute Vorstel-lungen von Raum und Zeit zu überdenken. Dies wird im folgenden Artikel an-hand von Beispielen erläutert.
In ihrer inzwischen mehr als 30-jährigen Geschichte hat sich aus der Stringtheorie eine Vielzahl hochinteressante Querverbindungen zu anderen Gebieten der theo-retischen Physik und auch zu Unterdisziplinen der reinen Mathematik ergeben. In einer Reihe von Fällen – die Beispiele reichen von der Knotentheorie bis zur theo-retischen Festkörperphysik – hat sie dabei wertvolle Anregungen für andere For-schungszweige geliefert. Die Kernfrage, ob mit der Stringtheorie denn nun die schon seit langem gesuchte große vereinheitlichte Theorie aller Elementarteilchen und ihrer Wechselwirkungen gefunden wurde, ist allerdings noch offen. Letztgültig lässt sich diese Frage nur experimentell beantworten, und das hat sich als äußerst schwierig herausgestellt.
Das Problem
Eine zentrale Erkenntnis der modernen Physik besteht darin, dass sich die Materie-vielfalt, die wir im Alltag wahrnehmen, aus einer vergleichsweise kleinen Anzahl von Grundbausteinen zusammensetzt, den Elementarteilchen. Zwischen ihnen wirken vier Grundkräfte: der Elektromagnetismus, der beispielsweise Elektronen an den Atomkern bindet, die starke Kernkraft, welche Quarks zu Protonen und Neutro-nen und diese zu Atomkernen zusammenbindet, die schwache Kernkraft, die für bestimmte radioaktive Zerfälle verantwortlich ist, und die universell wirkende Gravi-tation. Dabei kommt jede Wechselwirkung ihrerseits durch den Austausch von Ele-mentarteilchen, so genannten Eichbosonen, zustande: von Photonen, Gluonen, W- und Z-Bosonen und Gravitonen. Die Kräfte werden so auf fundamentale Teilchen zurückgeführt.
Mit Ausnahme der Gravitation lassen sich die Materieteilchen und die zwischen ihnen wirkenden Kräfte im Einklang mit den Gesetzen der Quantentheorie und der speziellen Relativitätstheorie beschreiben. Das Ergebnis ist das so genannte Stan-dardmodell der Elementarteilchenphysik, das Paradebeispiel einer Quantenfeldthe-orie.
Obwohl durch viele Experimente beeindruckend bestätigt, ist das Standardmodell keine vollends befriedigende Beschreibung der Grundlagen unserer Welt. Zum ei-nen enthält es rund zwei Dutzend freier Parameter, deren Werte nicht aus der Theo-rie selbst folgen, sondern experimentell bestimmt werden müssen. Dazu zählen beispielsweise die Massenverhältnisse der Teilchen und die Stärke ihrer Wechsel-wirkungen. Von einer vollständigen Theorie kann man sich andererseits erhoffen, dass sie keine freien Parameter aufweist. Zweiter Mangel ist, dass es in der Welt des Standardmodells keinerlei Gravitation gibt. Zugegeben: Für alle irdischen Experi-mente, etwa an Teilchenbeschleunigern, ist diese Kraft im Vergleich zu den ande-ren drei Kräften vernachlässigbar schwach, sodass dieses Manko in der experimen-tellen Teilchenphysik nur von sehr geringer Bedeutung ist. Im ganz frühen Univer-sum sollte es dagegen, den herkömmlichen kosmologischen Modellen zufolge, durchaus Phasen gegeben haben, in denen alle vier Kräfte von vergleichbarer Stärke waren. Obwohl diese Verhältnisse im Labor niemals werden erreicht werden können, benötigen wir zum besseren Verständnis des Ursprungs unseres Univer-sums eine Erweiterung des Standardmodells, die im Einklang mit den Gesetzen der Quantentheorie und der allgemeinen Relativitätstheorie stehen muss. Weil die für eine solche Quantengravitationstheorie typischen Energien äußerst hoch sind, wird eine experimentelle Verifikation sehr schwierig sein. Doch bereits die theoretische Beschreibung bringt Probleme mit sich: Versuche, für die Formulierung der Quan-tengravitation auf das im Standardmodell der Elementarteilchenphysik so außeror-dentlich gut bewährte theoretische Konzept der Quantenfeldtheorie zurückzugrei-fen, erleiden Schiffbruch. Das Ergebnis einer solchen Übung ist eine Theorie ohne jede Vorhersagekraft.
Die Lösung
Ein Ausgangspunkt des Standardmodells ist die Vorstellung idealisierter Punktteil-chen, wie sie aus der klassischen Physik bekannt sind. Einiges deutet darauf hin, dass dieser Umstand für das Scheitern der direkten Verallgemeinerung des Stan-dardmodells auf die Gravitation verantwortlich sein könnte. Dies führt zur Kernidee der Stringtheorie, die eben nicht von punktförmigen Teilchen ausgeht, sondern de-ren Grundbausteine eindimensionale, winzig kleine schwingende Saiten sind. Ein und dieselbe Saite kann auf unterschiedliche Arten schwingen; vereinfacht gesagt entspricht die Vielfalt der „Obertöne“ der Vielfalt der Elementarteilchen. Die Strings sind so extrem kurz, dass sie in den Experimenten punktförmig scheinen, aber eben je nach Schwingungszustand als punktförmige Teilchen mit unterschiedlichen Ei-genschaften. Es gibt offene und geschlossene Strings, die sich ineinander um-wandeln können. Unter den Schwingungszuständen des geschlossenen Strings ist immer einer, der die richtigen Eigenschaften aufweist, um die Rolle des Austauschteilchens der Gravitation zu spielen, des Gravitons. Wie auch immer man eine kon-sistente Stringtheorie formuliert, dieser besondere Schwingungszustand wird immer enthalten sein. Gravitation ist demnach eine zwangsläufige Konsequenz einer stringtheoretischen Beschreibung der Welt. In der Stringtheorie ist die Idee der Ver-einheitlichung aller Elementarteilchen und ihrer Wechselwirkungen auf sehr öko-omische Weise realisiert.
Von zehn nach vier Dimensionen?
Allerdings hat diese Vereinheitlichung ihren Preis. Es stellt sich heraus, dass Strings nicht in einer beliebigen Raum-Zeit schwingen können. Eine besonders auffallende Einschränkung, die sich aus den Gesetzen der Quantentheorie ergibt, ist, dass der Kosmos nicht nur die üblichen drei, sondern neun oder sogar zehn Raumdimensionen aufweisen muss. In einer Welt mit einer Zeit- und zehn Raum-dimensionen würde die Stringtheorie zu einem vollständigen Modell ohne freie Pa-rameter führen, das als M-Theorie bekannt, aber noch weitgehend unverstanden
Dabei gibt es Möglichkeiten, wie ein höherdimensionaler Raum uns als dreidimen-sional erscheinen kann. Eine davon besteht darin, dass die sechs Extradimensio-nen „eng aufgerollt“ sind: Genauso wie wir einen Draht, aus der Distanz betrachtet, als effektiv eindimensionales Objekt behandeln können, wäre ein Universum, von dessen zehn Dimensionen sechs winzig klein eingerollt sind, für seine Bewohner effektiv vierdimensional (drei Raumrichtungen und die Zeitrichtung). Dafür, wie ge-nau man durch das Aufrollen von Dimensionen von neun zu drei Raumdimensio-nen kommt, existiert eine riesige Anzahl von Möglichkeiten, die mit allen Konsistenzbedingungen der Stringtheorie vereinbar sind. Die zulässigen dreidimensiona-len Welten unterscheiden sich in mehrerlei Hinsicht, beispielsweise durch die Grö-ße der aufgerollten Dimensionen und, eng damit zusammenhängend, durch das Spektrum der vorhandenen Elementarteilchen, deren Massen und weitere Eigen-schaften davon abhängen, wie die Strings unter den beispielsweise durch die Ei-genschaften der Extradimensionen definierten Bedingungen schwingen können.
In der Stringtheorie spielen mehrdimensionale geometrische Formen mit „aufgeroll-ten“ Extradimensionen eine wichtige Rolle. Das Beispiel zeigt Gebilde, zu denen höherdimensionale Räume aufgerollt sein können: Eine Kugel, einen Torus und einen Schnitt durch ein sechsdimensionales Gebilde namens Calabi-Yau
Die Gravitation ist jedoch immer eine der vorhandenen Wechselwirkungen. Die Frage, ob die Anzahl dieser Möglichkeiten, die „Stringvakua“ genannt werden, end-lich oder unendlich ist, ist noch offen. In jedem Fall ist sie enorm groß – oft liest man in diesem Zusammenhang die Zahl 10, also eine 10 gefolgt von 500 Nullen!
Die Stringtheoretiker fanden bereits zulässige Welten, deren Eigenschaften denen unserer eigenen Welt sehr nahe kommen – dies ist keinesfalls selbstverständlich in Anbetracht der unübersichtlich riesigen Menge von Möglichkeiten. Die Suche nach dem exakten Standardmodell innerhalb der Stingtheorie geht indes weiter.
Ob es ein Auswahlprinzip gibt, dass dieses spezielle Modell – und damit die Welt, in der wir leben – vor den anderen Möglichkeiten auszeichnet, oder die Stringtheorie andere Möglichkeiten bietet zu erklären, warum unsere Welt so ist, wie sie ist, ist eine offene und derzeit heiß diskutierte Frage.“ Aus: Theisen, Stefan/ Pössel, Markus, 2007. Wie viele Dimensionen hat die Welt?. [Online] Available at: https://www.mpg.de/328977/forschungsSchwerpunkt,
[Zugriff am 20. 04. 2021].
Die Verfasser sind sich der Tatsache bewusst, dass die Länge dieses Zitates unüblich, jedoch aufgrund der Wichtigkeit für die weiteren Überlegungen von einer funda-mentalen Bedeutung ist. Zuvor hat er bereits Abhandlung mit unterschiedlichen Anzahlen an Dimensionen gelesen, die von 9, 11 oder sogar 26 Dimensionen aus-gehen. Indessen geht es dem Autor nicht um die Anzahl, sondern um ihre Interakti-on und die sich daraus ergebenden Möglichkeiten oder Postulate.
Weiterführend ein Beispiel: Auf ihrem Tisch im Wohnzimmer liegt ein Blatt Papier. Sie nehmen einen Bleistift und kritzeln darauf einen sichtbaren Punkt. Es ist simple Tätigkeit mit einer einfachen Wirkung. Die Implikationen für die Dimensionalität sind hingegen komplizierter, als es den Anschein hat. Der eindimensionale Punkt befin-det sich im zweidimensionalen Raum, sodass sich hier die Frage der Interaktion im Sinne der Erkenntnis stellt. Kann der Punkt Kenntnis von den zweidimensionalen Räumen haben? Angenommen, hierbei handelt es sich um ein Vernunftwesen, was sich bewegen und denken kann. Würde es sich dann auch von einer Ecke zur anderen bewegen können, Erfahrungen sammeln und diese in seinen eindimensionalen Raum übersetzen können? Weiter mit einem Vergleich mit einem Blatt Papier. Es kennt weder sein Ursprung oder Schöpfer und kann mit der dreidimensio-nalen Welt ebenfalls nur in den eigenen Grenzen kommunizieren, außer einer Kraft verändert und faltet es zusammen. Dann gewinnt das Blatt Papier Kenntnis von der dritten Dimension. Dies wiederum impliziert aber die Einwirkung eines höher entwi-ckelten Systems bzw. Dimension auf eine niedrigere. Die Interaktion wird dann deutlich, wenn die höhere Dimension sich offenbart oder die niedrigere Dimension durch die eigene Materie und Energie beeinflusst. Weitergedacht: Stellen sich Menschen vor, sie hätten so viel Kraft in den Arm, dass eine Papierkugel mit so ho-her Geschwindigkeit auf Reise geschickt wird, dass sie die Erdanziehungskraft überwindet und sich gen Mond bewegt, sodann würden die Gesetze der Relativi-tätstheorie eintreten müssen und das Papier erfährt die vierte Dimension, nämlich die Menschen bekannte Raumzeit. Natürlich wird dieses Blatt nichts von der vierten Dimension wahrnehmen bzw. beschreiben können, da die Möglichkeit des Be-schreibens, der Erkenntnistheorie, fehlen. Alles, was es gibt, sind Länge und Breite. Die Höhe kann es vermutlich erfahren, indem das höhere System es krümmt, dann wird es dreidimensional, doch damit wäre erneut das Problem des Einwirkens der Materie und Energie einer höheren Dimension gegenwärtig. Eine Übertragung die-ses Gedankenmodells auf den Menschen ist es schwer, ein mehrdimensionales Modell auf die 4 Dimensionen, die Menschen wahrnehmen können, zu reduzieren. Ähnlich wie der Punkt im zweidimensionalen Blatt Papier, der nur die Manifestatio-nen der höheren Ebenen wahrnehmen oder notfalls beschreiben kann. So können mithilfe der modernen Wissenschaften die Existenz der dunklen Materie oder Energie nachgewiesen und experimentell oder mathematisch erfasst werden, ihren Ur-sprung jedoch und ihre Relationen auf der Welt nicht wirklich erkennen. Ähnlich verhält es sich mit dem Ursprung des Urknalls. Menschen versuchen je nach Theorie, den Ursprung des Urknalls, als Schöpfung des Universums, durch Energie oder ein Teilchen mit hoher Dichte zu erklären bzw. zu erahnen. Aus meinem Verständ-nis des mehrdimensionalen Zeit-Raum-Kontinuums muss die letzte bzw. höchste Dimension ähnlich des Ursprungs des Urknalls ein Zustand des Nichts sein. Bild-lich gesprochen werden aus den Farben des sichtbaren Lichtspektrums durch Mi-schen andere Farben erzeugt und mischt diese alle zusammen, so resultiert Weiß. Das heißt, dass die letzte Instanz oder der Ursprung das Nichts ist, was in dem platonischen Höhlengleichnis nicht erwähnt wird, da seine Erkenntnisse nicht so weit waren. Das bedeutet, in der letzten Instanz herrscht ein Gleichgewicht zwischen Seiendem und Nichtseiendem, alle Dimensionen münden dort. Eine Art allumfas-sende Energie, die erst durch Einwirkung von einer Art Prisma bricht und in anderen Farben strahlt. Da dem Autor Nomenklatur fehlt, wird die letzte Instanz Logos genannt, der nicht fassbar ist, da jener der Ursprung aller Dinge ist. Erst durch Einwirkung des Prismas erstrahlt die letzte Instanz in anderen Farben, wird sichtbar und bildet so weiter Instanzen, Dimensionen. Welche Kraft das Prisma ist, kann ich nur mutmaßen, vielleicht die für Menschen eine so große Rolle spielende Gravitation oder ein anderes Prinzip. Erst durch die Wirkung des Prismas, bei Platon wäre es die Sonne, werden die anderen Gegenstände, Dimensionen, Facetten der Realität sichtbar, messbar, erfahrbar. Das göttliche Prinzip, den Logos, wird nie beweisen werden können, da er der Ursprung ist. Menschen können nur versuchen, das Geheimnis des Prismas und der anderen Dimensionen zu entschlüsseln. Der letzte Grund wird jedoch unaufgedeckt bleiben. Die letzte Dimension ist Apriori da, nur einiges von der Existenz mithilfe der Naturwissenschaften Aposteriori bewiesen werden kann, als eine Art des Seins, das sich Menschen offenbart. Für die Leser, die bereits mit den bestehenden religiösen Systemen behaftet sind, hat eine subtile Energie des Dualen Systems Körper und Geist bestand, was im Beispiel des Christentums die Manifestation Christi in der Himmelfahrt wäre. Für die Atheisten ist die Antwort nicht so einfach, denn einige von ihnen leben immer noch in der platoni-schen Höhle, in der sie dem Sensualismus verfallen sind, andere vertrauen dem gemütlichen Hedonismus, sich auf Schicksal berufend, wieder andere sind bereits auf der Oberfläche des Gleichnisses und suchen den letzten zureichenden Grund. Hierzu kann nur gesagt werden, dass die letzte Dimension, genauso wie der Zustand vor dem Urknall, unsichtbar ist, eine Art allverbindender Energie, die erst durch Einwirkung einer Kraft (zurzeit entdeckt die Quantenphysik das Phänomen der Quantengravitation) sichtbar wird bzw. eine der Möglichkeit von Facetten ist, jedoch nie die Ganzheit. Diese letzte Stufe ist neutral, weder gut noch böse, in ihr verbirgt sich sowohl das Seiende als auch Nichtseiende.
Verfasser: Lars Lakowski, Dr. Ireneus Lakowski
An dieser Stelle möchten wir uns bei Frau Stalmann für die Möglichkeit der Publikation bedanken.
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