Die Welt als Hologramm

Leben wir in einer holografischen Projektion? (Bild: TU Wien)

Dass sich die Physiker immer kompliziertere Theorien ausdenken müssen, liegt vielleicht daran, dass wir die Welt komplexer wahrnehmen, als sie ist

Einfache Antworten - danach sucht der Mensch besonders gern in schwierigen Zeiten. Ob sie nun "42" lauten, "Gott" oder "Merkel ist schuld", sie haben einen besonderen Charme, dem sich auch Physiker nicht verschließen können. Und man muss ja auch zugeben, dass gerade die Physiker jedes Recht der Welt haben, nach einfachen Antworten zu suchen. Schließlich wird ihre Wissenschaft von Jahr zu Jahr immer komplexer.

Je genauer die Physiker (der Verfasser ist selbst einer) unsere Welt betrachten, desto mehr Dimensionen brauchen sie, um sie perfekt zu beschreiben. Zunächst reichten drei, mit der Allgemeinen Relativitätstheorie wurden es dann schon vier. Damit kam man über einige Jahre gut aus, bis klar wurde, dass weder Relativität noch Quantentheorie das Universum komplett erfassen können.

Einen Ausweg boten die Stringtheorien mit ihren zunächst zehn, dann elf und schließlich bis zu 21 Dimensionen. Natürlich kann man sich schwer vorstellen, dass die zusätzlichen Dimensionen so eng gefaltet sind, dass der Mensch sie nicht wahrnimmt. Mathematisch spricht jedoch einiges dafür.

Dass man aber damit rechnen kann, hat ja schon in der Quantentheorie dazu geführt, dass man die mangelnde Vorstellungskraft ignoriert und genau das tut, wozu Theorien da sind, also auf ihrer Grundlage Dinge zu berechnen und dann nachzumessen, ob Prognose und Wirklichkeit übereinstimmen ("shut up and calculate").

Aber womöglich ist die fassbare Wirklichkeit ja nur eine komplexe Illusion - eine holographische Projektion einer viel simpleren Realität? Dieses erfrischende Konzept versuchen Forscher in der holografischen Kosmologie einzusetzen. Das Hologramm auf Ihrer EC-Karte etwa, es wirkt dreidimensional - und ist doch eben, also in zwei Dimensionen gespeichert.

Wenn Sie mit einer VR-Brille durch beeindruckende virtuelle Landschaften marschieren, sehen Sie einen dreidimensionalen Raum - doch dieser wird von zwei flachen Bildschirmen vor Ihren Augen aufgespannt. Allgemein bezeichnet man als das "holografische Prinzip" einen Zusammenhang zwischen einer räumlichen Struktur und von deren Äquivalent auf einer Fläche.

Das Prinzip lässt sich zum Beispiel einsetzen, um das Informations-Paradoxon des Schwarzen Loches zu lösen, das gegen den Determinismus verstößt, ein fundamentales Prinzip der Quantentheorie. Wenn wir eine komplette Beschreibung aller Eigenschaften eines Objekts zu einer bestimmten Zeit besitzen, müssten wir demnach herausfinden können, wie es sich kurz zuvor verhalten hat.

Wenn diese Information jedoch zerstört wurde - und genau das, wies Stephen Hawking nach, passiert im Schwarzen Loch - ist das nicht mehr möglich. Es sei denn, die Informationen wäre irgendwie in der Fläche des Ereignishorizonts kodiert. Damit wären die räumlichen Entsprechungen zuvor nie etwas anderes als Hologramme gewesen.

Vielleicht können wir uns das Universum ja als das Innere eines riesigen Schwarzen Lochs vorstellen, auf dessen Ereignishorizont die Wirklichkeit in der Fläche stattfindet, der Rest ist Illusion. Doch wenn das so ist, muss es einen Projektionsmechanismus geben: Mehrdimensionale Theorien müssen sich in niederdimensionale überführen lassen (oder umgekehrt), ohne dass etwas verloren geht.

Lange war das nur für negativ gekrümmte Räume nachgewiesen, seit 2015 weiß man, dass es auch in unserem fast flachen Universum möglich ist. Eine Studie in den Physical Review Letters geht nun noch einen Schritt weiter: Die Autoren haben dazu verschiedene holografische Quantenfeldtheorien (dreidimensional, also um eine Dimension reduziert) in Simulationen auf das frühe Weltall kurz nach dem Urknall angewendet und verglichen, bei welchen Parametern dann welche Eigenschaften des Kosmos herauskommen.

Tatsächlich eignen sich einige der holografischen Theorien nicht schlechter zur Beschreibung als das Standardmodell der Kosmologie (Λ CDM). Die für gut befundenen Theorien sagen auch die Anomalien der kosmischen Hintergrundstrahlung voraus.

Natürlich ist das noch kein Beweis, dass wir in einem holografischen Universum leben. Dazu müssen die Forscher nachweisen, dass die kleinen Unwägbarkeiten der zugrunde liegenden Quantentheorien auch im Raum deutlich werden. Das heißt, der Raum selbst sollte in den allerkleinsten Dimensionen unscharf werden. Das soll zum Beispiel das Holometer des Fermi-Lab mit Messungen zeigen. (Matthias Matting)

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