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Dreidimensional? Vierdimensional? Völlig egal!

03.02.2009
Daniel Grumiller von der TU Wien erforscht das holographische Prinzip: Hat das Universum weniger Dimensionen als wir glauben?

Einige der hellsten Köpfe der Welt arbeiten daran, aber noch immer ist es nicht gelungen: Die Vereinheitlichung von Einsteins Relativitätstheorie mit der Quantenphysik.

Die Formulierung einer umfassenden Theorie der "Quantengravitation" gilt als großes Ziel, als "Heiliger Gral" der modernen Wissenschaft. Daniel Grumiller vom Institut für Theoretische Physik der TU Wien erweckt mit neuen Ideen über Schwarze Löcher und Gravitationswellen Aufsehen. Das Geld des START-Preises, den er kürzlich dafür gewann, wird er verwenden, um weitere junge Gravitations-PhysikerInnen an die TU Wien zu holen.

Den Raum, in dem wir leben, nehmen wir als dreidimensional wahr. Nach Einstein gehören Raum und Zeit untrennbar zusammen. Zählen wir die Zeit zu unseren drei Raumrichtungen hinzu, leben wir in einer vierdimensionalen "Raumzeit". Schon jahrzehntelang wurde spekuliert, ob es nicht zusätzliche verborgene Raumdimensionen geben könnte, die uns bisher einfach nicht aufgefallen sind. Grumiller und seine Kollegen allerdings gehen den entgegengesetzten Weg: Anstatt zusätzliche Dimensionen zu postulieren, glauben sie, dass man möglicherweise sogar weniger als vier Dimensionen benötigt, um Raum und Zeit zu beschreiben.

"Wir kennen das von Hologrammen, wie man sie auf Geldscheinen und Kreditkarten findet", erklärt Daniel Grumiller. "Das Bild erscheint uns dreidimensional, obwohl es sich eigentlich nur um eine zweidimensionale Oberfläche handelt". Die Wirklichkeit hat hier also weniger Dimensionen als es uns scheint. Dieses "holographische Prinzip" taucht nun auch in der Physik der Raumzeit auf: Anstatt eine Theorie der Gravitation in allen Raum- und Zeitdimensionen aufzustellen, formuliert man eine neue Quantentheorie, die mit einer Dimension weniger auskommt. Aus einer 3D-Gravitationstheorie wird dann eine 2D-Quantentheorie, in der die Gravitation gar nicht mehr vorkommt. Trotzdem sagt diese Quantentheorie Phänomene wie schwarze Löcher oder Gravitationswellen richtig voraus.

"Auf die Frage, in wie vielen Dimensionen wir wirklich leben, gibt es vielleicht also gar keine Antwort", glaubt Daniel Grumiller. "Je nach der physikalischen Fragestellung, die wir behandeln, kann manchmal die eine, manchmal die andere Betrachtungsweise die bessere sein." Grumiller selbst beschäftigt sich mit Gravitationstheorien, die zwei Raum- und eine Zeitdimension haben. Sie können auf eine gravitationslose zweidimensionale Quantentheorie zurückgeführt werden. Diese Theorien ermöglichen die Beschreibung von rasch rotierenden schwarzen Löchern, oder auch von sogenannten "kosmischen Strings" - das sind Defekte in der Raumzeit, die vermutlich kurz nach dem Urknall im Universum entstanden sind.

Grumiller organisiert zu solchen brandaktuellen Fragen der Gravitationsphysik gemeinsam mit Kollegen der Universität Wien einen internationalen Workshop, der zwischen 14. und 24. April stattfinden wird. Die höchst prominent besetzte Teilnehmerliste, mit Wissenschaftern aus Harvard, Princeton, dem MIT und vielen anderen Universitäten, ist ein deutliches Zeichen der internationale Wertschätzung, die den Wiener Gravitationsphysikern heute entgegengebracht wird.

Rückfragehinweis:
Technische Universität Wien
E136 - Institut für Theoretische Physik
Dr.techn. Daniel Grumiller
T +43-1-58801x13634
F +43-1-58801x13699
daniel.grumiller+e136@tuwien.ac.at
grumil@hep.itp.tuwien.ac.at
Aussender:
TU Wien - PR und Kommunikation
DI Florian Aigner
Operngasse 11/E011, A-1040 Wien
M +43-650 5256414
E pr@tuwien.ac.at

Werner Sommer | idw
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at/pr
http://quark.itp.tuwien.ac.at/~grumil

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