Neues Instrument Holometer: Ist unser Universum zweidimensional?

Unsere dreidimensionale Welt könnte eine Illusion sein. Wissenschaftler in den USA wollen mit einem neuen Messgerät, dem Holometer, herausfinden, ob unsere Welt ganz anders aufgebaut ist, als wir sie wahrnehmen.

Artikel veröffentlicht am 27. August 2014, 13:17 Uhr, Werner Pluta

Blick in den Holometer: Vorstellungen über den Raum grundlegend ändern (Bild: Fermilab)

Leben wir wirklich - wie es uns erscheint - in einer dreidimensionalen Welt? Oder ist das Universum ein zweidimensionales Hologramm? Das wollen Forscher vom Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) nahe Chicago herausfinden. Dazu haben sie ein neues wissenschaftliches Instrument gebaut und in Betrieb genommen: den holographischen Interferometer oder Holometer.

Es sei möglich, dass unsere Wahrnehmung einer dreidimensionalen Welt nur eine Illusion sei, erklären die Fermi-Forscher, und dass die Informationen über alles, was in unserem Universum existiert, in winzigen Paketen in zwei Dimensionen codiert sind. Das sei wie bei Figuren in einer Fernsehsendung, vergleichen die Wissenschaftler: Sie glaubten, sie befänden sich in einer dreidimensionalen Welt. Diese gebe es aber in Wirklichkeit nur auf einem zweidimensionalen Bildschirm.

Universum aus zweidimensionalen Pixeln

Der Zuschauer wiederum sehe ein vollständiges Bild. Gehe er aber ganz nah an den Bildschirm heran, so erkenne er, dass das Bild in Wirklichkeit aus vielen kleinen Pixeln, also Datenpunkten, zusammengesetzt sei. Mit dem Universum könnte es ähnlich sein: Seine Daten könnten in zweidimensionalen Pixeln enthalten sein. Diese Pixel wären aber immens klein - sehr viel kleiner als etwa ein Atom im Bereich der Planck-Skala.

"Wir wollen herausfinden, ob die Raumzeit ein Quantensystem wie die Materie ist", erklärt Craig Hogan, Leiter des Center for Particle Astrophysics am Fermilab. Er hat diese Theorie des holographischen Rauschens entwickelt. Laut der Quantentheorie ist es unmöglich, den genauen Ort und die genaue Geschwindigkeit subatomarer Teilchen zu bestimmen. Bestehe der Raum tatsächlich aus zweidimensionalen Bits mit eingeschränkten Informationen über den präzisen Ort von Objekten, dann würde der Raum selbst dieser Theorie der Unschärfe unterliegen. Dieser digitalisierte Raum sollte auch im niedrigsten Energiezustand Vibrationen aufweisen.

Quantenvibrationen messen

Diese wollen die Forscher mit dem Holometer nachweisen. Das Instrument besteht aus zwei Laserinterferometern - das sind Geräte, die Wellen überlagern, um sie zu vergleichen. Sie sind eng nebeneinander platziert und senden beide einen 1-Kilowatt-Laserstrahl aus. Der Strahl trifft auf einen Strahlteiler, der ihn teilt und auf zwei Spiegel leitet. Die Spiegel sind an den Enden von zwei 40 Meter langen Auslegern angebracht, die im rechten Winkel zueinander stehen.

Die Spiegel reflektieren das Licht zurück auf den Strahlteiler, wo sie sich wieder vereinen. Bewegungen, also Vibrationen, verursachen auf dem Strahlteiler Helligkeitsschwankungen. Diese Schwankungen wollen Forscher untersuchen. Dabei müssen sie zunächst alles Rauschen, das von anderen Quellen stammt, etwa elektronischen Geräten, ausfiltern.

Grundlegende Erkenntnisse

Störungen aus bekannten Quellen erkennt der Holometer selbstständig und eliminiert sie. Die Forscher interessieren sich für das, was übrig bleibt. "Wenn wir ein Rauschen finden, das wir nicht beseitigen können, dann könnten wir etwas Grundlegendes über die Natur erfassen: ein Rauschen, das der Raumzeit inhärent ist", sagt Aaron Chou, wissenschaftlicher Leiter des Projekts. "Das ist ein spannender Moment für die Physik."

Erste Ergebnisse soll es in etwa einem Jahr geben. "Wenn wir etwas finden, dann wird das unsere Vorstellungen über den Raum, die wir seit Jahrtausenden haben, grundlegend ändern", kündigt Hogan an.