Physikalische Dimensionen

Wer sich heute in den Gefilden der Physik einen kleinen Überblick verschaffen möchte, der wird unter Umständen nicht sehr weit kommen, wenn er hierfür nur irdische Maßstäbe, wie einst Isaac Newton ansetzt. Sehr schnell wird er mit der allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein konfrontiert, oder geistig mit auf die Suche nach einer einheitlichen Weltformel genommen. Dabei wird er neue Dimensionen kennen lernen, doch was ist eigentlich eine Dimension?

Betrachten wir uns den Begriff Dimension etwas näher. Eine Dimension ist ja vom Prinzip her nichts anderes als eine berechenbare Einheit und spiegelt den Zusammenhang einer mathematischen oder physikalischen Größe, zu den Grundgrößen des verwendeten Maßsystems wieder. Vereinfacht könnte eine Definition etwa so aussehen: Eine Dimension ist die messbare und berechenbare Eigenschaft einer Größe. In der Physik ist beispielsweise der Meter eine physikalische Raumgröße, ebenso die Stunde als Zeitgröße. Im Bankwesen wäre somit auch der Euro eine Größe und Dimension.

Das es so ist, dies beweist eigentlich eine einfache Feststellung. Um uns im Leben nicht eingeengt zu fühlen oder unter stetigen Stress zu leiden, muss unser Leben sich mindestens in einem fünfdimensionalen Lebensraum abspielen. Unser dreidimensionaler Raum, in dem wir uns bewegen, besteht aus Länge x Breite x Höhe. Einschränkungen hierbei, zum Beispiel in Form einer Gefängniszelle, würden unserem Gemüt nicht sehr bekommen. Weiterhin muss uns ausreichend genug Zeit zur Verfügung stehen, um uns in unserem Lebensraum ohne ständige Hast und Eile bewegen zu können. Letztendlich muss auch die finanzielle Größenordnung (in Euro gemessen) stimmen, damit wir uns befriedigend in unserem, scheinbar nur dreidimensionalen Raum, bewegen können.

Wie man an diesem kleinen Beispiel sieht, obwohl wir nur in einem dreidimensionalen Raum leben, wird unser Leben in diesem dreidimensionalen Raum jedoch von vielen weiteren Dimensionen beeinflusst, ohne deren Einbeziehung zum Beispiel keine Berechnung der eigentlichen Lebensqualität erfolgen könnte. Wollten wir diese Lebensqualität auch nur annähernd genau in Form einer Nährungsgleichung berechnen, müssten wir noch sehr viele Dimensionen mit einbeziehen.

Doch bleiben wir bei der Physik. Viel wichtiger und hier spricht man von vornherein von einem vierdimensionalen Raum oder vierdimensionalen Raumzeitgefüge, wird diese Einbeziehung von weiteren Dimensionen, wenn wir uns mit den Vorgängen im Universum beschäftigen. Darüber wurde bereits sehr viel geschrieben, oder in populärwissenschaftlichen Sendungen berichtet, das wir hier wohl dieses vierdimensionale Raumzeitgefüge unter Allgemeinwissen abgelegen können. Einige Anregungen zur Dimension Zeit und zum Wesen der Zeit folgen jedoch noch auf den nächsten Seiteen.

Nun steht die Wissenschaft nicht still und seit dem letzten Jahrhundert bemühen sich namhafte Wissenschaftler vergebens eine einheitliche Weltformel zu finden, bisher eher erfolglos. Um diesem Ziel jedoch ein wenig näher zu kommen, war und ist man bemüht eine Brücke zwischen den wissenschaftlichen Forschungsergebnissen auf den Gebieten des Mikrokosmos und des Makrokosmos zu schlagen. Wie der Name schon andeutet, bei den wissenschaftlichen Disziplinen des Mikrokosmos beschäftigt man sich mit den physikalischen Eigenschaften kleinster Teilchen, auch unter dem Begriff Quantenphysik hinreichend geläufig. Bei den Forschungen auf der Ebene und im Bereich Makrokosmos geht es um die Relativitätstheorie, sowie damit verbundene Zusammenhänge.

Zu den ersten Wissenschaftlern die erkannten, dass auch eine Relativitätstheorie sich nur dann mit befriedigen Ergebnissen durchrechnen lässt, wenn weitere Dimensionen hinzugezogen werden, gehörten Theodor Kaluza und Oskar Klein. Bereits im Jahre 1921 rechnete Kaluza die allgemeine Relativitätstheorie nicht mit 4, sondern mit 5 Dimensionen durch und erhielt nur durch die Zuhilfenahme dieser 5. Dimension befriedigende Ergebnisse in seinen Gleichungen. Oskar Klein erweiterte später diese Theorie dahingehend, dass diese 5. Dimension nicht erkennbar wäre, da diese zusätzliche Dimension sich wie eine aufgerollte Dimension verhielt. Der Leser könnte sich diese aufgerollte Dimension etwa wie ein aufgerollter Wollknäuel vorstellen. Ein Wollknäuel würde der Mensch aus der Entfernung auch nur als Punkt wahrnehmen, ohne die eigentliche Dimension der Länge des Pfaden zu erkennen.

Doch zurück zur einheitlichen Weltformel und den Dimensionen des Mikrokosmos und des Makrokosmos. Vermutlich würde man bei den vielen großen, und in genauso vielen Teilbereichen auch noch weitgehend ungelösten Fragen nach der Entstehung, Entwicklung und natürlichen Gesetzmäßigkeiten unseres Universums kaum einen Schritt weiter kommen, würden beide Bereiche dieser wissenschaftlichen Disziplinen getrennt voneinander betrachtet und behandelt. Eine Brücke, als gemeinsame Grundlage, sollte geschlagen werden.

Um diese Brücke auch nur ansatzweise schlagen zu können, reichten 4 Dimensionen bei weiten nicht aus. Es mussten weitere Dimensionen zur Hilfe mit einbezogen werden, sollten Gleichungen auch nur annähernd aufgehen. Unter anderem wurde hierzu die String-Theorie entwickelt, die heute von der Mehrheit der Quantenphysiker anerkannt ist. Diese String-Theorie besagt, das jedes Quark als Urteilchen der uns bekannten Materie 6 Ladungen besitzt und diese sechs Ladungen 6 Dimensionen bilden. Daraus ergeben sich dann folgende Dimensionen für unser heutiges, derzeitiges Weltbild, wobei die aufgerollte Dimension von Kaluza und Klein sich nicht durchsetzen konnte:

Diese Ladungen sollen sich in einem sechsdimensionalen Ladungsraum befinden. Gesehen hat diesen Ladungsraum zwar noch niemand, doch mit Quantenzahlen lässt sich dieser halt berechnen und definieren und hier werden dann auch wieder aufgerollte Dimensionen in der Stringtheorie verwendet. Das sich nun daraus ergebene 10 bis 11 dimensionale Weltbild hat den großen Vorteil, es lässt sich zu Berechnungen der Quantenphysiker wohl genauso heranziehen wie für Berechnungen im Bereich Makrophysik, bzw. steht zu Berechnungen letzterer nicht im Wiederspruch.

Wenn sich nun die vorhandenen Größen immer noch nicht als ausreichend erweisen, damit bestimmte Rechenwege ein in ihren Gleichungen befriedigendes Ergebnis liefern, so kann man weitere Dimensionen heranziehen und einsetzen. Unter diesem Gesichtspunkt wundert es auch nicht mehr, das einige Rechenkünstler Antiwelten und Parallelwelten erfinden, wodurch sich die Anzahl der Dimensionen mehr als verdoppeln lässt und nun kommt das eigentlich Paradoxe, diese abstrakten Gebilde dann auch noch als Theorien vertreten. Bleibt die große Frage, ist unser Universum wirklich auf Zahlen aufgebaut? Wenn nicht, lässt sich dann jemals alles berechnen oder nur in Näherungsgleichungen ohne Vervollkommnung einige Schritte auf dem Weg zur Erkenntnis voranschreiten?

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Thema dieser Seite: Einführende Übersicht über physikalische Dimensionen und über Theorien, wie der Theorie von einer aufgerollten Dimension und mehr über die physikalische Dimensionen von Zeit und Raum.