Wie ein Stück Schaum auf dem Kamm einer Ozeanwelle ist unser beobachtbares Universum möglicherweise nichts anderes als ein Splitter, der am Rand einer Blase sitzt, die sich ständig in eine höhere Dimension ausdehnt.
Während diese umwerfende Idee wie etwas aus dem Fiebertraum eines Physikers klingt, ist es tatsächlich ein neues Bestreben, die Mathematik der Stringtheorie mit der Realität der dunklen Energie in Einklang zu bringen, einer mysteriösen, alles durchdringenden kosmischen Kraft, die gegensätzlich wirkt zur Schwerkraft.
Die Stringtheorie ist ein Versuch, die beiden Säulen der Physik des 20. Jahrhunderts - Quantenmechanik und Schwerkraft - zu vereinen, indem angenommen wird, dass alle Teilchen eindimensionale Strings sind, deren Schwingungen Eigenschaften wie Masse und Ladung bestimmen. Die Theorie wurde als mathematisch schön beschrieben und war lange Zeit einer der führenden Anwärter auf das, was Wissenschaftler als Theorie von allem bezeichnen. Dies bedeutet einen Rahmen zur Erklärung der gesamten Physik, der in Büchern wie Brian Greenes The Elegant Universe (Norton, 1999).
Aber Stringtheoretiker sind in letzter Zeit in einem Gewirr ihrer eigenen Spekulationen verloren gegangen. Viele Versionen der Stringtheorie erfordern, dass die Realität aus 10 oder mehr Dimensionen besteht - den drei Dimensionen Raum und Zeit, die wir normalerweise erleben, sowie vielen anderen, die zu einem extrem engen Punkt zusammengefasst sind. Wie genau diese zusätzlichen Dimensionen konfiguriert sind, bestimmt die Eigenschaften des Universums, das wir wahrnehmen.
In den frühen 2000er Jahren erkannten die Forscher, dass die Stringtheorie die Existenz von bis zu 10 ^ 500 (das ist die Nummer 1, gefolgt von 500 Nullen) einzigartigen Universen zuließ, wodurch eine Multiversum-Landschaft entstand, in der unser spezielles Universum nur ein winziger Unterabschnitt war, wie Live Wissenschaft zuvor berichtet. Stringtheoretische Gleichungen erzeugten aber auch meist hypothetische Universen ohne dunkle Energie, die Astronomen in den 1990er Jahren entdeckten und die derzeit die Expansion des Kosmos beschleunigen.
Anfang dieses Jahres versetzten die Forscher der Stringtheorie einen Schlag, indem sie vorschlugen, dass kein einziges der fast unzähligen Universen, die es beschreibt, tatsächlich dunkle Energie enthält, wie wir sie kennen. "Es wird zunehmend klarer, dass die bisher in der Stringtheorie vorgeschlagenen Modelle zur Beschreibung der Dunklen Energie unter mathematischen Problemen leiden", sagte Ulf Danielsson, Co-Autor eines neuen Papiers, das am 27. Dezember in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurde, und theoretischer Physiker in Uppsala Universität in Schweden, sagte Live Science.
Das Grundproblem, sagte Danielsson, ist, dass die Gleichungen, die die Stringtheorie regeln, besagen, dass jedes Universum mit unserer Version der dunklen Energie schnell zerfallen und verschwinden sollte. "Unsere Idee ist es, dieses Problem in eine Tugend zu verwandeln", sagte er.
Zusammen mit seinen Kollegen konstruierte er ein Modell, in dem der Prozess, bei dem diese von dunkler Energie durchdrungenen Universen zerfallen, tatsächlich das Aufblasen von Blasen aus vielen Dimensionen antreibt. Wir leben innerhalb der Grenzen einer dieser expandierenden Blasen und "dunkle Energie wird ... auf subtile Weise durch das Zusammenspiel zwischen den Blasenwänden, auf denen wir leben, und den höheren Dimensionen induziert", schrieb Danielsson in einem Blogbeitrag, der die neue Theorie beschreibt .
Der Urknall, als unser Kosmos geboren wurde, wird laut Danielsson der Moment, in dem sich diese Blase auszudehnen begann. Teilchen in unserem Universum sind einfach die Endpunkte von Strings, die sich in zusätzliche Dimensionen erstrecken. Danielsson und seine Kollegen sind daran interessiert zu prüfen, ob ihr Modell mit anderen bekannten Aspekten der Physik kompatibel ist. Und die Hypothese könnte dazu dienen, Physikern zu helfen, beobachtbare Vorhersagen über das frühe Universum und die Schwarzen Löcher zu treffen, sagte Danielsson.
Aber andere Forscher kaufen es nicht.
"Dies ist eine mathematische Fiktion, für die es keine experimentellen Beweise gibt", sagte Sabine Hossenfelder, Physikerin am Frankfurter Institut für fortgeschrittene Studien in Deutschland, gegenüber Live Science.
Hossenfelder kritisierte viele der neuesten Entwicklungen in der Grundlagenphysik und veröffentlichte letztes Jahr ein Buch mit dem Titel Lost in Math: Wie Schönheit die Physik in die Irre führt (Basic Books, 2018). "Stringtheoretiker schlagen eine scheinbar endlose Menge mathematischer Konstruktionen vor, deren Beziehung zur Beobachtung nicht bekannt ist", sagte sie.
Danielsson glaubt jedoch nicht, dass die Stringtheorie für immer nicht testbar sein wird und dass die aktuellen Debatten darüber bereits einige Überprüfungen der Theorie liefern. "Wenn sich herausstellt, dass die Stringtheorie keine dunkle Energie der Art liefern kann, die wir beobachten, wird die Stringtheorie nicht nur getestet, sondern auch als falsch erwiesen", sagte er.
