Auf der Suche nach der zehnten Dimension

Nach der Stringtheorie besteht die Natur aus zehn Dimensionen. Wie das "Spektrum der Wissenschaft" berichtet, versuchten amerikanische Forscher nun diese im Mikrokosmos nachzuweisen.

In drei Dimensionen fühlt sich wohl noch jeder zu Hause. Mit der vierten Dimension - der Zeit - fängt es langsam an, kompliziert zu werden.

Dessen ungeachtet meinen Physiker, dass noch ein paar weitere Dimensionen ganz brauchbar wären, um das Universum vernünftig erklären zu können.

Wissenschaftler in den USA versuchten, eine dieser zusätzlichen Dimensionen im mikroskopischen Maßstab aufzuspüren - bislang allerdings erfolglos. Jedenfalls wissen sie jetzt, dass Newtons Gravitationsgesetz auch im Mikrokosmos gilt.

Stringtheorie: Quantenmechanik und Relativitätstheorie

Seit Ende der 60er Jahre arbeiten Physiker und Mathematiker an einer neuen Theorie, die nicht nur die vier grundlegenden Kräfte der Natur unter einen Hut bringen soll, sondern auch gleich Quantenmechanik und allgemeine Relativitätstheorie vereint. Dabei beschreibt diese so genannte Stringtheorie alle Teilchen der Natur als Schwingungen winziger Saiten, die gerade mal 10 hoch minus 35 Meter lang sind - viel zu klein, um sie mit heutigen Mitteln sichtbar zu machen. Außerdem erfordert die Theorie gleich sieben zusätzliche Raumdimensionen, von denen man bisher annahm, dass sie sich gänzlich unseren Möglichkeiten der Beobachtung entziehen.

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Durch Gravitation der Lösung näher?

Einige Wissenschaftler gehen aber davon aus, dass die Schwerkraft teilweise diese zusätzlichen Dimensionen aufdecken könnte. Denn sie passt nicht in das bisherige Theoriengebilde: Sie ist eigentlich zu schwach.

"Gravitation ist die einzige Möglichkeit, eine zusätzliche Dimension zu erkennen", meint Eric Adelberger von der University of Washington, "aber die Schwäche der Kraft macht es schwer, die Vermutung zu überprüfen."

Ein entsprechendes Experiment ist nicht einfach zu verwirklichen: Auf kleinem Maßstab - im Bereich von Millimetern - muss die Gravitationswirkung zweier Objekte aufeinander erfasst werden, denn erst bei solchen Abständen sollen sich der Theorie nach neue Dimensionen in Form von Gravitationsanomalien zeigen. Aber wer misst schon Schwerkraft im Millimeterbereich?

Den Dimensionen auf der Schliche

Wie die jüngste Ausgabe der Physical Review Letters berichtet, hat Adelberger nun zusammen mit Blayne Heckel, ebenfalls von der University of Washington, ein Experiment durchgeführt, um den weiteren Dimensionen auf die Schliche zu kommen.

Die Forscher hängten einen Ring mit zehn kleinen Löchern an einem zwanzig Mikrometer dicken Wolframfaden über einer rotierenden Scheibe auf. Diese Scheibe - ebenfalls von zehn Löchern durchbohrt - übt nun eine Gravitationskraft auf den Ring aus und dreht ihn hin und her, zehnmal bei jeder Umdrehung der Platte.

Den Grad der Verdrillung messen die Physiker mit Hilfe eines Laserstrahls, der von einem kleinen Spiegel am Ring reflektiert wird. Alle Hauptteile des Versuchs sind außerdem mit Gold beschichtet, und eine hauchdünne Goldfolie spannt sich zwischen Ring und Scheibe, damit keine elektrischen Kräfte den Gravitationsruck überdecken.

Doch keine weiteren Dimensionen?

So präpariert, maßen Adelberger und Heckel die Gravitationswirkung im Abstand von 0,2 Millimetern, fanden jedoch keinerlei Abweichung vom Newtonschen Gravitationsgesetz - also auch keinen Hinweis auf weitere Dimensionen. Heckel kommentiert: "Niemand hat bislang nachgewiesen, dass Gravitation auf einer derartig kleinen Entfernung überhaupt existiert."

Adelberger ergänzt: "Wir haben herausgefunden, dass eine weitere Dimension, so es sie denn gibt, kleiner als zwei Zehntel eines Millimeters sein muss. Das heißt keineswegs, dass diese Dimension nicht existiert."

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