Neues mathematisches Modell verbindet Raumzeit-Theorien

Diese Grafik zeigt ein "Black String"-Phänomen mit Störungen. (University of Southampton)
Diese Grafik zeigt ein "Black String"-Phänomen mit Störungen. (University of Southampton)

Wissenschaftler der University of Southampton haben im Rahmen eines Projekts, um die Geheimnisse der Struktur unseres Universums zu entschlüsseln, einen entscheidenden Schritt nach vorn gemacht.

Professor Kostas Skenderis, Vorsitzender für Mathematische Physik an der University of Southampton, sagte: “Einer der jüngsten und wichtigsten Fortschritte in der theoretischen Physik ist das holografische Prinzip. Dieser Theorie zufolge kann unser Universum möglicherweise als Hologramm angesehen werden und wir möchten gerne verstehen, wie man die physikalischen Gesetze für solch ein holografisches Universum formuliert.”

Eine neue Abhandlung stellt Beziehungen zwischen negativ gekrümmter Raumzeit und flacher Raumzeit her. Sie wurde von Professor Skenderis und Dr. Marco Caldarelli von der University of Southampton, Dr. Joan Camps von der University of Cambridge und Dr. Blaise Goutéraux vom Nordic Institute for Theoretical Physics (Schweden) im Journal Physical Review D (Rubrik: Rapid Communication) veröffentlicht.

Die Raumzeit wird normalerweise benutzt, um den in drei Dimensionen existierenden Raum zu beschreiben, wobei Zeit die Rolle einer vierten Dimension spielt. Zusammen bilden sie ein Kontinuum oder einen Zustand, in dem die vier Elemente nicht voneinander unterschieden werden können. Die flache und die negative Raumzeit beschreiben eine Umgebung, in der das Universum nicht kompakt ist und sich der Raum für immer in alle Richtungen ausdehnt. Die Gravitationskräfte, die beispielsweise von einem Stern erzeugt werden, werden am besten durch die flache Raumzeit beschrieben. Negativ gekrümmte Raumzeit beschreibt ein Universum, das mit negativer Vakuumenergie gefüllt ist. Die Mathematik der Holografie funktioniert am besten für negativ gekrümmte Raumzeiten.

Professor Skenderis hat ein mathematisches Modell entwickelt, das verblüffende Ähnlichkeiten zwischen flacher und negativ gekrümmter Raumzeit zeigt, wobei letztere allerdings durch eine negative Anzahl von Dimensionen formuliert wird, was außerhalb unseres Bereichs der physikalischen Wahrnehmung liegt. Er kommentierte: “Der Holografie zufolge besitzt das Universum auf fundamentaler Ebene eine Dimension weniger, als wir in unserem Alltagsleben wahrnehmen und wird durch Gesetze bestimmt, die dem Elektromagnetismus ähneln. Die Theorie ist vergleichbar mit einem gewöhnlichen Hologramm, bei dem ein dreidimensionales Bild auf einer zweidimensionalen Oberfläche codiert wird – wie das Hologramm auf einer Kreditkarte -, aber jetzt ist es das gesamte Universum, das auf diese Art und Weise codiert wird.

“Unsere Forschung wird fortgeführt und wir hoffen, weitere Verbindungen zwischen flacher Raumzeit, negativ gekrümmter Raumzeit und Holografie zu finden. Gängige Theorien über die Funktionsweise des Universums beschreiben seine grundlegende Natur zwar individuell, versagen jedoch auf verschiedenen Gebieten. Es ist unser wichtigstes Ziel, ein neues, kombiniertes Verständnis des Universums zu finden, das auf allen Gebieten funktioniert.”

Die Abhandlung mit dem Titel “AdS/Ricci-flat correspondence and the Gregory-Laflamme instability” erklärt insbesondere, was als Gregory Laflamme Instabilität bekannt ist: Bestimmte Typen von Schwarzen Löchern spalten sich in kleinere Schwarze Löcher auf, wenn sie gestört werden, so wie sich ein dünner Wasserstrahl in kleine Tropfen aufteilt, wenn man ihn mit dem Finger berührt. Computersimulationen haben bereits nahegelegt, dass dieses Phänomen existiert und diese Arbeit liefert eine tiefere theoretische Erklärung.

Im Oktober 2012 war Professor Skenderis einer von 20 prominenten Wissenschaftlern aus der ganzen Welt, die einen Preis im New Frontiers in Astronomy and Cosmology Wettbewerb erhielten. Er bekam 175.000 US-Dollar, um folgender Frage nachzugehen: Gab es einen Anfang von Zeit und Raum?

Quelle: http://www.southampton.ac.uk/mediacentre/news/2013/may/13_96.shtml

(THK)

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