Befinden wir uns in einem holographischen Universum?

Es wurde mit einem Gravitationswellendetektor in Hannover (GEO600) begonnen, seltsame Störsignale zu erforschen, die zwar seit längerem bekannt, aber dessen Ursache bislang unbekannt blieben. Laut Craig Hogan, Direktor des Zentrums für Astroteilchenphysik am Fermi National Accelerator Laboratory und Professor für Astronomie & Astrophysik an der Universität von Chicago, könnte dies ein Zeichen dafür sein, dass wir in einem holographischen Universum leben. Wenn diese Theorie, die bereits von einigen Wissenschaftlern vertreten wird, bestätigt werden kann, könnte sich unser Verständnis von der bekannten Raumzeit radikal ändern und einen Paradigmenwechsel der bekannten Physik einleiten. Ob sich Craig Hogans Vermutungen bestätigen lassen, soll in den kommenden Monaten mit neuen Experimenten direkt am Detektor untersucht werden.

Es geht bei diesen Experimenten um die so genannte „Planck-Zeit“, sie beträgt 5,4 mal 10^-44 Sekunden – dies entspricht der Planck-Länge von 1,6 mal 10^-35 Metern als kleinster Bruchteil des Raumes. Sieht man unser Universum als eine Kugel, deren äußere Oberfläche in kleine Einheiten von Planck-Länge eingeteilt ist, die jeweils ein Bit an Information enthalten, dann besagt das holographische Prinzip, dass sich im Inneren der Kugel die gleichen Informationen befinden müssen wie außen.

Nun ist das Volumen der Kugel, also das unseres Universums, aber deutlich größer als die äußere Oberfläche. Damit nun im Inneren genauso viele Bits an Informationen vorhanden sind wie auf der Oberfläche, muss, laut der These von Craig Hogan, die Körnigkeit hier größer sein als die Planck-Länge.

"Mit anderen Worten", erläutert Hogan gegenüber der britischen Zeitschrift New Scientist, "ein holographisches Universum ist verschwommen. Dies aber bringt - entgegen allen Erwartungen - die mikroskopische Quantenstruktur in die Reichweite von schon vorhandenen Experimenten."

Tatsächlich haben die Wissenschaftler von GEO600 ein eigentümliches Rauschen bei ihren Experimenten festgestellt, für das sie bislang noch keine Ursache finden konnten. Sollte sich tatsächlich herausstellen, dass das rätselhafte Rauschen bei höheren Frequenzen dem bei niedrigeren Frequenzen entspricht, wäre dies allerdings noch kein Beweis für ein holographisches Universum. Aber es wäre ein handfester Grund für weiterführende Untersuchungen, laut der Aussage von Prof. Dr. Karsten Danzmann, Direktor des Hannoveraner Albert-Einstein-Instituts: "GEO600 bietet derzeit weltweit als einziges Experiment die Möglichkeit, die umstrittene Theorie zu überprüfen. Wir befinden uns sozusagen im Mittelpunkt eines Wirbelsturms in der Grundlagenforschung."

Die GEO600 Einrichtung ist vergleichsweise klein und muss aus diesem Grund mit einigen Tricks arbeiten, um die Empfindlichkeit von Gravitationswellendetektoren mit deutlich längeren Messstrecken zu erreichen. "Im Gegensatz zu den anderen großen Laserinterferometern reagiert GEO600 durch die eingesetzte Signal Recycling-Methode bauartbedingt empfindlich auf Seitwärtsbewegungen des Strahlteilers", erklärt Danzmann. „Das ist eigentlich unbequem, aber wir brauchen das Signal Recycling, um die kürzere Armlänge im Vergleich zu den anderen Detektoren zu kompensieren. Aber holographisches Rauschen erzeugt genau so ein Seitwärtssignal und so wird der Nachteil in diesem Fall zum Vorteil.“