Unser Universum, ein vierdimensionales Raum-Zeit-Kontinuum, ist eingebettet in den fünfdimensionalen Hyperraum. Obwohl die fünfte Dimension den menschlichen Sinnen nicht zugänglich ist, können gewisse Eigenschaften doch mit höherdimensionaler Mathematik erfasst werden.
Unser 4-D-Universum, der Einsteinraum, verkörpert das einzige Stück Hyperraum, das wir begreifen können. Es lässt sich definieren durch die Beschreibung eines Zustandes, der sich aus einer großen Zahl von Teilzuständen und Unterzuständen zusammensetzt wie Energieverteilung und Energiegehalt, Materieverteilung, Gesamtimpuls usw. Das 4-D-Universum lässt sich auch darstellen als ein Kontinuum von holographisch organisierten Interferenzmustern von Energieschwankungen oder einfach als gigantischer Schauplatz Wechselwirkender Felder. Es ist eine von sehr vielen Existenzebenen oder Energieniveaus des Kosmos.
Der aus einer unbekannten, aber letztlich begrenzten Zahl von Universen bestehende Kosmos, das Multiversum, lässt sich modellmäßig durch Gleichungssysteme beschreiben, die außer den gewöhnlichen Raum- und Zeitkoordinaten auch die Koordinate der Strangeness berücksichtigt. Die Strangeness ist eine hyperkomplexe Variable, deren Änderung sich im vierdimensionalen Kontinuum durch eine Variation kosmologischer Konstanten wie dem Planckschen Wirkungsquantum h, der elektrischen Elementarladung e, der Lichtgeschwindigkeit c oder der Gravitationskonstante G äußert. Die Strangeness ist ein relativer Wert, der aussagt, wie „entfernt“ ein Universum von einem anderen ist. Was nicht räumlich zu verstehen ist, sondern raumzeitlich (man bezeichnet diesen Wert auch als „Fremdheit“). Die Fremdartigkeit der Universen, d.h., die relativen raumzeitlichen Abstände ändert sich in Quantensprüngen, woraus gefolgert werden kann, dass die Gesamtzahl der Universen zwar sehr groß, aber doch endlich ist. Am gleichen Ort zur selben Zeit befinden sich mehrer Universen. Diese befinden sich nur jeweils in einer anderen raumzeitlichen Konstellation. D.h., an dem Platz an dem sie sich gerade befinden existieren gleichzeitig mehrere andere Zustände (z.B. ein Baum, ein Meer oder eine andere Person usw.) aber diese Zustände sind für sie nicht erfassbar, da diese eine andere raumzeitliche Zusammenstellung haben.
Das Raum-Zeit-Strangeness-Kontinuum stellt den Hyperraum dar, wobei eine reale Überlappung der Universen durch die Dimension der „Tiefe“ verhindert wird. Im Hyperraum relativieren sich die Begriffe Raum und Zeit. Während sich in unserem Universum normalerweise Objekte kontinuierlich von einem Punkt zum anderen bewegen, kann nach dem Übergang in eine andere Ebene des Hyperraums das Objekt an einer gänzlich anderen Stelle materialisieren. Ähnliches gilt für die Zeit: während im 4-D-Kontinuum Zeit mit konstanter Geschwindigkeit von der Vergangenheit über die Gegenwart in die Zukunft verläuft, ist im Hyperraum Zeit eine Ebene, in der Reisen in jede beliebige Richtung sind, sei es vorwärts, rückwärts oder seitwärts.
Es gibt die Hypothese, dass alle Kräfte und Objekte, die wir mit unseren Sinnen wahrnehmen, nichts weiter sind als vierdimensionale Abdrücke von Strukturen und Wechselwirkungen, die konkret im Hyperraum existieren. Die Grundkräfte der Natur wie die Starke und Schwache Wechselwirkung, der Elektromagnetismus und die Gravitation leiten sich von Hyperkräften ab, die bestimmten Frequenzbereichen des hyperenergetischen Spektrums zuzuordnen sind.
In einer Version der Quantentheorie wird die Existenz von parallelen Universen vermutet: 1957 deutete Hugh Everett die Quantenphysik im Rahmen seiner „Viele-Welten-Theorie“ derart, dass sich immer dann, wenn eine Messung durchgeführt wird, um zwischen zwei Zuständen zu unterscheiden, das Universum teilt. Das Universum spaltet sich fortwährend in eine Unzahl paralleler Universen auf, die zwar physikalisch nicht verbunden, aber in gleich hohem Maß wirklich sind. Dieser Prozess spaltet auch den Geist des Beobachters in zahlreiche Ebenbilder auf.
Der Hyperraum könnte technisch genutzt werden zur Energiegewinnung und für den Transport über interstellare und intergalaktische Distanzen. Die Fortbewegung eines Raumschiffs würde über den Linearraum erfolgen, einer instabilen Halbraumzone zwischen vierdimensionalem Einsteinraum und fünfdimensionalen Hyperraum. Interstellare und intergalaktische Entfernungen konnten in „Nullzeit“ bewältigt werden, was einer „Absoluten Bewegung“ entspricht (topologisches Tunneln).
Die von Albert Einstein im Jahr 1915 veröffentlichten Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie ersetzten das bisher dominierende dreidimensionale System physikalischer Ereignisse durch eine vierdimensionale Geometrie mit drei Raumdimensionen und einer Zeitdimension. Raum und Zeit wurden zu einem nichteuklidischen, vierdimensionalen Kontinuum zusammengefasst. Aus der Geometrie der Raumzeit folgte die Theorie der Gravitation als Nahwirkung. Der Einfluss der durch Materie verursachten Raumkrümmung auf Teilchen und Strahlen ist äquivalent dem Einfluss der Gravitation. Nach Einstein ist die Schwerkraft nichts anderes als die Geometrie der Raumzeit. Aus der Allgemeinen Relativitätstheorie ergaben sich erstaunliche Schlussfolgerungen. Der deutsche Astronom Karl Schwarzschild fand 1915 eine einfache Lösung für Einsteins Gleichungen, die die Krümmung des Raums in der Umgebung einer kugelförmigen symmetrischen Masse wie der Sonne beschrieb. Danach gibt es für eine kompakte Masse einen endlichen Radius, bei dem die ausgesandten Lichtwellen eine unendliche Wellenlänge haben, was bedeutet, dass aus diesem Bereich kein Licht mehr austreten kann. Dieser so genannte „Schwarzschild-Radius“ kennzeichnet die Oberfläche eines Schwarzen Loches, den „Ereignishorizont“. Dieser Typ von Black Hole hat nur eine einzige Eigenschaft, nämlich seine Masse, die auf einen Punkt unendlicher Dichte, die so genannte „Singularität“, konzentriert ist. Von allen Eigenschaften eines Stern behalten Black Holes am Ende nur drei: Masse, Drehimpuls und elektrische Ladung. Der Neuseeländer Roy Kerr beschrieb 1963 eine mathematische Lösung der Einstein-Gleichungen für ein rotierendes Black Hole. Ein Schwarzes Loch entsteht, wenn ein massereicher alternder Stern seinen nuklearen Brennstoff aufgebraucht hat. Es kommt schließlich zu einem tödlichen stellaren Kollaps: der Stern kann der Gravitationskraft seiner eigenen Partikel nicht mehr entgegenwirken und wird zu extremer Dichte zusammengepresst. An seine Stelle tritt ein Raumzeit-Abgrund.
In der Singularität verlieren die bekannten Gesetze der Physik ihre Gültigkeit. Die Singularität dehnt das Gewebe der Raumzeit wie ein Gummituch und sinkt dabei immer „tiefer“ ein. Theoretisch könnte auf diese Weise eine Verbindung, ein „Tunnel“ oder eine „Transitstraße“, zu einem anderen Bereich der Raumzeit entstehen. Theoretische Physiker spekulieren über die so genannten „Einstein-Rosen-Brücken“ als ultimativem Transportmittel in entfernte Regionen des Universums oder gar in andere Dimensionen. In den 30er Jahren entdeckten Albert Einstein und der theoretische Physiker Nathan Rosen, dass die Singularitäten eines Black Holes einen eigenartigen Effekt auf das Raumzeit-Gefüge ausüben. Darüber veröffentlichten Einstein und Rosen 1935 in der Fachzeitschrift „Physical Review“ einen Artikel unter dem Titel: „The Particle Problem in the General Theorie of Relativity“. Sie verglichen darin separate Teile der Raumzeit mit Gummilaken, die durch zeitlose Passagen verbunden sind, und nannten sie Brücken. Sie stellten fest, dass das Gravitationsgefüge einer Singularität nach unten völlig offen sein müsse, so dass er entweder in ein hypothetisches Nachbar-Universum oder eine andere Raumzeit-Region unseres eigenen Universums münden müsse. Diese Verbindung, die zunächst die Bezeichnung Einstein-Rosen-Brücke erhielt, wurde später nach John Wheeler in „Wurmloch“ umbenannt. So wie der Gang, den ein Wurm durch einen Apfel frisst, eine Abkürzung von einer Seite des Apfels zur anderen darstellt, so könnte ein Wurmloch in der Raumzeit voneinander entfernte Teile des Universums verbinden. Mehr noch, ein solches Wurmloch könnte der im Innern eines Schwarzen Lochs zu einem Nichts zusammengepressten Materie einen Durchgang zu einer anderen Region des Universums verschaffen. Theoretisch könnten die von der gewaltigen Gravitation des Schwarzen Lochs angesogenen Photonen, Planeten und massearmen Sternen durch dieses Wurmloch geschleudert und am anderen Ende wieder ausgestoßen werden. Materie wäre auf diesen kosmischen Durchgangsstraßen schneller als das Licht, das den Weg „außen rum“ zurücklegen müsste. Wurmlöcher würden demnach Tore in ein Labyrinth vergangener und zukünftiger Universen darstellen. Forscher spekulieren auch über Mini-Black-Holes, die Raumzeitverwerfungen hervorrufen könnten. Mittels der Hawking-Strahlung könnten solche Mini-Black-Holes jederzeit explodieren und als „Weißes Loch“ in Erscheinung treten. Ein Weißes Loch könnte der Gegenpol eines Schwarzen Lochs in einem anderen Universum sein.
Könnte unser ganzes Universum eine künstlich erschaffene Raumzeitverfaltung sein? Ein Beobachter im Innern eines Schwarzen Lochs würde, wenn er Astronomie betreibt, Himmelskörper von sich fortstreben sehen, und zwar um so schneller, je weiter sie von ihm entfernt sind. Objekte, die sich annähernd mit der Geschwindigkeit des Lichts von ihm entfernen, befinden sich am „Rand“ seines Mikrouniversums, und die Grenze des Universums ist dort erreicht, wo die Fluchtgeschwindigkeit gleich der des Lichts ist. Die Analogie ist bestechend: unser Universum wäre demnach nichts weiter als ein gigantisches Black Hole. Dieselben Formeln, aus denen die Existenz von Wurmlöchern hervorgeht, deuten darauf hin, dass eine Wurmlochöffnung sehr viel kleiner sein müsste als ein subatomares Teilchen. Und selbst wenn man ein größeres Wurmloch schaffen könnte, würde es sich unmittelbar nach seiner Entstehung wieder verengen. Die amerikanischen Physiker Michael Morris und Kip Thorne schlugen einen Ausweg aus diesem Dilemma vor: einen Balsam aus „exotischer Materie“ für den Schlund des Wurmlochs, der die Gravitations-Krämpfe besänftigen und das Sternentor offen halten würde. Diese exotische Materie könnte von einem imaginären Partikelfeld stammen, wie es die Quantentheorie zulässt. Diese Materie wäre ultradicht und übte einen enormen Druck auf alles aus, was mit ihr in Berührung kommt. Deshalb müssten Raumfahrer, die sich in den Schlund und Tunnel des Wurmlochs befördern möchten, sich gegen diesen Druck abschirmen: dies könnte mit einer Vakuumröhre geschehen, die durch die Trichteröffnung in das Wurmloch eingeführt wird. Wurmlöcher ließen sich auch als Zeitmaschinen verwenden. Wenn es den Raumfahrern gelänge, ein massereiches Objekt, etwa einen Neutronenstern, als eine Art Gravitations-Anker zu benutzen, könnten sie eine der beiden Wurmloch-Öffnungen fast mit Lichtgeschwindigkeit hin und her ziehen. Diese Öffnung würde aufgrund der relativistischen Bewegung langsamer altern als ihr stationäres Gegenstück. Ein in den „jüngeren“ Schlund eindringendes Raumschiff würde demnach beim Passieren des Wurmlochs in der Zeit rückwärts reisen - aber nur bis zu dem Moment, als die Öffnung zum ersten Mal in Bewegung gesetzt wurde. Mögliche Orte für Wurmlöcher sind nach Ansicht der Physiker mikrokosmische Bereiche der Raumzeit. In diesen subatomaren Dimensionen verliert die Struktur der Raumzeit die Glätte, die sie auf atomarer Ebene besitzt. Eine Vielzahl hochenergetischer Quantenteilchen lösen gewaltige Energiefluktuationen aus, die die Raumzeit-Geometrie verzerren und in eine Art brodelnden Schaum verwandeln. Man vermutet, dass einige der heftigeren Schwankungen die Raumzeit durchstoßen und infinitesimal kleine Wurmlöcher entstehen lassen. Stephen Hawking glaubt, dass die Quantenfluktuationen Miniaturbläschen erzeugen, die sich zu Universen aufblähen könnten. Möglicherweise wurde auch unser Universum auf diese Weise erschaffen, als ein winziger Funke, ausgeschleudert von einem früheren Kosmos. Jeder neue Kosmos würde seinerseits unzählige Universen erschaffen, und so weiter, bis ein unendlich komplexes Filigranmuster knospender Weltenräume existieren würde.
Die Wurmlöcher stellen Tunnelverbindungen zwischen diesen weit entfernten Bereichen von Raum und Zeit dar. Sidney Coleman vertritt die Theorie, dass solche Quantenverbindungen ein interkosmisches Kommunikationsnetz darstellen könnten. Partikelboten, die diese Tunnel zwischen den einzelnen Universen durchqueren, könnten ihren physikalischen Zustand gegenseitig beeinflussen. Der Partikelaustausch würde zu einer Durchmischung aller Raum- und Zeitstrukturen führen. Die physikalischen Eigenschaften eines einzelnen Universums entsprächen dann den Durchschnittseigenschaften aller Universen. In der Quantenmechanik ist der „Tunneleffekt“ bekannt. Teilchen können ein Hindernis überwinden, das in der klassischen Physik als unüberwindlich. Die Erklärung hierfür liefert der Welle-Teilchen-Dualismus. Ein Quantenteilchen hat immer auch einen Wellencharakter, und die Welle kann mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit die andere Seite des Hindernisses erreichen. Wegen der riesigen Anzahl von Teilchen in einem makroskopischen Objekt ist es allerdings so gut wie ausgeschlossen, dass etwa ein Auto eine geschlossene Garagentür „durchtunneln“ kann. Quantenphysiker haben nun Hinweise darauf gefunden, dass Photonen beim „Durchtunneln“ durch einen Hohlleiter sich schneller als das Licht fortgepflanzt haben.
Bereits früh fanden theoretische Physiker heraus, dass bei dem Bestreben, alle bekannten Naturkräfte in einheitlicher Weise zu beschreiben, die Leistungsfähigkeit solcher Theorien wächst, wenn man zusätzliche Dimensionen einführt. Wie sich einem Astronauten beim Aufstieg von der zweidimensionalen Erdoberfläche die globale Symmetrie unseres Planeten enthüllt, so offenbaren die Teilchenwechselwirkungen erst von einem höherdimensionalen Standpunkt ihre subtile Ordnung. In den 20er Jahren des 20. Jahrhunderts entwickelten Theodore Kaluza und Oskar Klein eine fünfdimensionale Variante der Allgemeinen Relativitätstheorie, in der die „Kompaktifizierung“ („Aufwicklung“) der fünften Dimension ein elektromagnetisches Feld erzeugt. Die Theorie der „Supergravitation“ ist in elf Dimensionen formuliert, wobei allerdings die Existenz von „Supermaterie“ gefordert wird.
In den 80er Jahren entwickelten Physiker wie John Schwarz, Michael Green und David Gross Theorien, in denen die grundlegenden Einheiten des Universums nicht Punkte, sondern ausgedehnte „Fäden“ sind. Strings, die rotieren und vibrieren können. Die Superstringtheorie ist in einem zehndimensionalen Raum formuliert, wobei sechs Dimensionen kompaktifiziert sind. Diese Aufwicklung entspricht mathematisch der Bildung eines „Orbifolds“ oder „Calabi-Yau-Raums“, sechsdimensionale Räume mit einer besonderen Topologie. Solche Sphären wären Räume mit einer geschlossenen Krümmung, gewissermaßen Hyperraumblasen.
Nach dem Modell der chaotischen Inflation von Andrej Linde ist unser Universum nicht einzigartig, sondern Teil eines umfassenden Multiversums bw. Omniversums. Dieses kann man sich als wabernden Raum-Zeit-Schaum vorstellen, wobei Fluktuationen eingefroren werden und sich zu inflationären expandierenden Blasen entwickeln. Der Urknall wäre demnach kein einmaliges Ereignis gewesen. Die einzelnen Universen kann man sich als Ballons vorstellen. Die Ballonoberflächen sind übersät von winzigen, kurzlebigen Protuberanzen, den Baby-Universen. Die Ballons selbst sind durch dünne, gummiartige Raumzeit-Hälse miteinander verbunden - den Wurmlöchern. Ein solches Raum-Zeit-Gewebe, in dem die Universen durch die tunnelartigen Wurmlöcher netzartig miteinander verflochten wären, gliche einem kosmischen Organismus.
Eine weitere Konsequenz der Superstring-Theorie wäre die Existenz eines Schattenuniversums neben unserem Standarduniversum; bekannt ist die Hypothese, dass unser Universum durch ein hyperdimensionales Möbiusband in zwei Sphären, das Arresum und das Parresum, aufgeteilt sind.
Eine andere Variante der Superstring- Theorie erfordert sogar 26 Dimensionen.
Ob es in der „Dimensionszwiebel“ eine Grenze nach oben gibt, ist unbekannt. Jedenfalls kennen Mathematiker und Physiker auch einen unendlichdimensionalen Raum: Gemäß der Quantentheorie manifestieren sich Zustände und statistische Wahrscheinlichkeiten eines unendlichdimensionalen Hyperraums in unserer Makro-Realität als Objekte und Kausalitäten.
Letztlich beruht die Physik darauf, Analogien und Modelle zu erfinden, um zu erklären, was in Bereichen vor sich geht, die wir nicht mit unseren eigenen Sinnensorganen, die an eine dreidimensionale Welt adaptiert sind, erforschen können.
Kontakt zur Gesellschaft für Raumzeitforschung e.V. GRZ: kontakt@g-r-z.org