Forscher haben die Existenz von „Raumzeit-Quasikristallen“ theoretisiert – Strukturen, die Raum und Zeit in einem sich nicht wiederholenden, aber geordneten Muster verschmelzen –, was darauf hindeutet, dass diese Formationen die Struktur des Universums selbst untermauern könnten. Während dieses Konzept bereits bei Materialien wie Meteoriten und Atomtesttrümmern beobachtet wurde, erstreckt es sich über die drei Dimensionen hinaus in den vierdimensionalen Bereich der Raumzeit, wie er in Einsteins Relativitätstheorie beschrieben wird.
Die Natur der Quasikristalle
Traditionelle Kristalle weisen eine perfekte Wiederholung auf: ein Muster, das sich bei Verschiebung nahtlos aneinander anpasst. Quasikristalle besitzen jedoch eine Ordnung ohne diese regelmäßige Wiederholung, eine Eigenschaft, die erstmals in natürlichen Materialien entdeckt und später in Laboren synthetisiert wurde. Das Neue daran ist, dieses Konzept auf die Raumzeit selbst auszudehnen.
Warum das wichtig ist: Die Standardmodelle der Physik gehen davon aus, dass die Raumzeit bestimmten Symmetrien wie der Lorentz-Symmetrie folgt, was bedeutet, dass sich die Gesetze der Physik für Beobachter bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten nicht ändern sollten. Reguläre Kristalle und Quasikristalle brechen diese Symmetrie, wenn sie aus unterschiedlichen Bezugssystemen betrachtet werden, aber Raumzeit-Quasikristalle könnten eine Struktur bieten, die unabhängig von der Bewegung konsistent bleibt.
Theoretische Grundlagen und Lorentz-Symmetrie
Die Modelle der Forscher erfüllen die Lorentz-Symmetrie, indem sie diese Strukturen aus höherdimensionalen Gittern konstruieren. Diese Gitter werden mit einer irrationalen Steigung geschnitten – einer mathematischen Konstante wie Pi, die nicht als einfacher Bruch ausgedrückt werden kann –, um sicherzustellen, dass die Scheibe die Gitterpunkte niemals direkt schneidet. Diese Nichtüberschneidung erzeugt das sich wiederholende Nichtmuster, das einen Quasikristall definiert.
Im Wesentlichen: Die Geometrie dieser Raumzeit-Quasikristalle würde Beobachtern im Ruhezustand oder bei Reisen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit identisch erscheinen. Dies ist von entscheidender Bedeutung, da viele Grundgesetze der Physik auf der Konsistenz von Beobachtungen über verschiedene Referenzsysteme hinweg beruhen.
Implikationen für die Quantengravitation und die Stringtheorie
Die Implikationen dieser theoretischen Strukturen erstrecken sich auf andere Bereiche der theoretischen Physik. Forscher vermuten, dass Raumzeit-Quasikristalle einen Rahmen für Quantengravitationstheorien bilden könnten, die versuchen, die Quantenmechanik mit der allgemeinen Relativitätstheorie in Einklang zu bringen. Auf kleinsten Skalen ist die Raumzeit möglicherweise nicht glatt, sondern in diskrete Punkte unterteilt. Quasikristalle könnten erklären, wie diese Fragmentierung die Lorentz-Symmetrie respektiert.
Darüber hinaus überschneiden sich die Modelle mit der Stringtheorie, die besagt, dass das Universum zehn Dimensionen hat, aber nur vier direkt beobachtbar sind. Es wird angenommen, dass die anderen sechs Dimensionen zu klein sind, um erkannt zu werden. Diese Raumzeit-Quasikristalle legen eine Alternative nahe: dass die beobachteten Dimensionen des Universums aus einer höherdimensionalen Struktur konstruiert sind, die in einem irrationalen Winkel geschnitten wird, wodurch die Illusion von unendlichem Raum und unendlicher Zeit entsteht.
Status und zukünftige Forschung
Die Forscher selbst erkennen die Arbeit als „unausgegoren“ an, was darauf hindeutet, dass es sich um eine vorläufige Untersuchung handelt. Die mathematische Eleganz des Konzepts hat jedoch das Interesse der Physiker geweckt.
„Es ist wunderschöne Mathematik“, sagt Gregory Moore von der Rutgers University. „Die Physik ist höchst spekulativ.“
Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um festzustellen, ob diese theoretischen Strukturen reale Gegenstücke oder messbare Auswirkungen haben. Dennoch bietet die These von Raumzeit-Quasikristallen eine neuartige Möglichkeit, die grundlegende Natur der Realität zu betrachten.
