Med den nye partikelaccelerator LHC håber CERN-forskerne at opdage hemmeligheden bag yderligere rumlige dimensioner. Foto: Maximilien Brice, CERN
Læs breddegrad, længdegrad, højde, ... Kan du fortsætte denne sætning? Ingen kan gøre det endnu. Når alt kommer til alt, har fysikere ikke opfundet ord for de ekstra rumdimensioner, der muligvis gemmer sig i vores univers. Indtil videre er der ikke engang eksperimentelle bevis for, at disse teoretisk forudsagte dimensioner overhovedet eksisterer. Men det kan ændre sig snart - måske senere i år. For hvis alt går gnidningsløst inden for et par måneder i det europæiske laboratorium for partikelfysik CERN nær Genève, starter den nye partikelaccelerator LHC sin operation. Hvis de skjulte dimensioner af rummet faktisk eksisterer og når ud over en bestemt størrelse, producerer LHC enorme mængder små sorte huller, som beregnet af Marcus Bleicher fra University of Frankfurt. Udtrykket sort hul tænker først på de gigantiske tyngdekraftsfælder, der suger ind alt, hvad der kommer for tæt på dem. Et sådant monster med en masse på tre millioner soler, for eksempel, sidder i centrum af vores Mælkevej. Men for størrelsen på et sort hul er der ingen nedre grænse. Teoretisk set kan sorte huller være næsten vilkårligt små. Praktisk set er der imidlertid et problem: Et objekt kan kun omdannes til et sort hul, hvis dets stof "presses" så langt, at det falder under den såkaldte Schwarzschild-radius. F.eks. Ville hele jordens masse blive presset ind i en radiuskugle på ni millimeter.

I henhold til Einsteins generelle relativitetsteori er denne Schwarzschild-radius proportional med objektets masse. I modsætning hertil er reglen: mellem den faktiske radius af et sfærisk objekt og dets masse: dobler du radius, så firedobles massen ved konstant densitet. Med andre ord, stjerne B, der har en fjerdedel af massen af ​​stjerne A, har halve radius af A. Men: Schwarzschild-radius af B er kun en fjerdedel af størrelsen på A. Det vil sige, jo mindre objekt er er, jo mere er du nødt til at klemme den sammen, så den kan gå under Schwarzschild-radius og blive et sort hul.

Et eksempel: Solen har en diameter på 1, 4 millioner kilometer. For at gøre det til et sort hul skulle du reducere dens diameter "kun" med en faktor på 250.000. Man får derefter et sort hul med en diameter på cirka seks kilometer. Jordens diameter - ca. 13.000 kilometer - skulle reduceres med en faktor på næsten en milliard for at opnå et sort hul med en diameter på ca. 18 millimeter.

Derfor var det indtil for et par år siden næsten umuligt at kunstigt skabe sorte mini-huller på jorden. Fordi de krævede energier kun kunne give en partikelaccelerator, der i det mindste ville være størrelsen på vores solsystem. Men beregningerne ville ændre sig pludseligt, hvis vores rum havde andre skjulte dimensioner ud over de åbenlyse tre dimensioner. Eksistensen af ​​sådanne yderligere rumdimensioner forudsiges af strengteori, der af mange fysikere betragtes som den hotteste kandidat til "alt om teori". udstilling

Hvis disse dimensioner findes, skal de "skjules", fordi vi tydeligvis ikke ser dem, og indtil videre har vi ikke været i stand til at bevise deres eksistens i fysiske eksperimenter. Teoretikerne antager, at disse dimensioner rulles op i det mindste rum. For eksempel vises en haveslange, der består af en sammenrullet gummihud, kun i stor afstand som en endimensionel linje i landskabet. Tilsvarende skal den opføre sig med de skjulte rumdimensioner. Kun genstande, der er mindre end "rullende radius" af disse dimensioner, kan føle deres virkning.

Hvor stor denne rullende radius er, forudsiges ikke klart af strengteorien - eller rettere sagt af dens forskellige varianter. Baseret på eksperimenter er det kun tydeligt, at de skjulte sammenrullede dimensioner ikke kan være større end ca. en tyvendedel af en millimeter.

Pointen er, at tyngdeloven og dermed tyngdekraften ændres dramatisk, når rummet har mere end tre dimensioner. Mens der i tredimensionelt rum falder gravitationskraften med kvadratet på afstanden, i et firedimensionelt rum formindskes det med afstanden, i fem dimensioner med den fjerde kraft, og så videre. Omvendt, når afstanden mindskes, øges tyngdekraften med den tilsvarende effekt. Denne stigning udfolder sig, når et objekt er så lille, at det "mærker" de sammenrullede dimensioner.

Af denne grund er oprettelsen af ​​et sort minihul meget lettere, hvis der findes yderligere rumdimensioner. Ifølge beregningerne fra Marcus Bleicher er de energier, der genereres i "Large Hadron Accelerator" LHC til frembringelse af sorte minilarer tilstrækkelige med massen af ​​et par atomer forudsat at de viklede radier med de skjulte dimensioner er tilstrækkelige store, Med to sammenrullede "store" dimensioner ville rullende radier være i størrelsesordenen en tiendedel af en millimeter, som allerede er eksperimentelt udelukket. Men hvis alle syv yderligere dimensioner, der kræves af strengteori, er tilstrækkelig store, betyder "tilstrækkelig" i dette tilfælde rullende radier i størrelsesordenen en milliarddel af en millimeter. Ifølge Bleichers beregninger er "produktionshastigheden" i LHC en milliard sorte miniluere om året!

Mange læsere stiller måske nu sig selv spørgsmålet: er fysikerne faktisk forladt af alle gode ånder? Sorte huller sutter med deres tyngdekraft ind i alt, hvad der kommer for tæt på dem. Som et resultat vokser de og bliver endnu farligere. Er der ikke fare for, at de sorte mineraler først vil fortære deres miljø og derefter hele jorden?

Denne fare ville være, hvis miniloerne "levede" længe nok til at tilfredsstille deres ubegrænsede appetit på enhver form for stof. Men ifølge beregninger foretaget af den britiske fysiker Stephen Hawking for over tredive år siden udsender sorte huller materie. For astronomisk store sorte huller med massen af ​​en stjerne er tabet af stof på grund af Hawking-strålingen ubetydelig. Selv hvis de ikke fik forsyninger med stof, er deres levetid meget større end universets alder. Men med Minil chern er det anderledes. De knuses helt inden for en lille brøkdel af et sekund. Sabine Hossenfelder fra Perimeter Institute of Theoretical Physics, Waterloo, Canada, har beregnet, at for at overleve skulle minilars suge en milliard gange hurtigere masse end de faktisk gjorde kan.

Men hvad hvis Stephen Hawking havde forkert? Derefter forbliver et argument om, at selv de sidste tvivlere skal overbevise sig selv om den sorte minilæcheres uskadelighed: Hvis der findes de tilstrækkeligt store ekstra dimensioner, er det ikke kun i den fremtidige sorte minilæcher i LHC men så er der i fortiden utallige af disse mini-huller allerede blevet skabt i jordens atmosfære - gennem højenergiske kosmiske stråler, der rammer luftmolekyler der. Da disse minilækere ikke var i stand til at fortære jorden, vil deres fremtidige "brødre" ikke være i stand til det.

Marcus Bleicher: European Journal of Physics 28, 509 (2007) og arXiv.org physics / 0703062 Sabine Hossenfelder: arXiv.org hep-ph / 0412265 Axel Tillemans

science.de

Anbefalet Redaktørens Valg