Hartmann-Instabilität

Mit dem Siegeszug der String- und Superstringtheorie hat sich auch beim breiten Publikum das Wissen durchgesetzt, dass die Welt ein 11-dimensionaler Quantenschaum ist. Diese anschauliche Tatsache bedarf an dieser Stelle daher keiner weiteren Erläuterung. Dass unter gern als bizarr bezeichneten Umständen sich genau 7 dieser Dimensionen aufwickeln und uns daher lediglich die wohlbekannte 4-dimensionale Raum-Zeit gegenübertritt, ist jedem aufgeweckten Zeitgenossen klar, der jemals an einem heißen Sommertag versucht hat, barfuss eine asphaltgedeckte Straße zu überqueren.

Jedoch bietet die Stringtheorie noch einige offene Fragen, die durch die nun auch experimentell nachgewiesene Hartmann-Instabilität noch an Virulenz gewinnen. Einige Aspekte sollen daher kurz beleuchtet werden.

Wer bislang glaubte, Quantenphysik vollzöge sich nur in submikroskopischen Bereichen, sieht sich durch die Existenz des z. B. Bose Einstein Kondensats (BEK) eines Anderen, sprich Besseren belehrt. BEK können derzeit zwar nur unter recht speziellen Bedingungen hergestellt werden, Fachleute versprechen aber, dass in Zukunft das BEK weite Teile unseres Alltages bestimmen wird.

Wichtig an dieser Stelle ist nun folgende Frage: Warum wickeln sich ausgerechnet jene 7 Dimensionen des Quantenschaumes auf und nur Zeit, links-rechts, oben-unten sowie vorne-hinten bleiben als nichtaufgewickelte makroskopische Dimensionen übrig?

Faktisch gesehen ist obige Frage falsch gestellt, denn in Wahrheit ist es gar nicht so. Für genügend kleine Teilchen, wie z. B. Strings, wickeln sich gerne auch mal 8, 9 oder gar 10 Dimensionen auf. Dies erklärt, warum beispielsweise Materiebausteine wie Elektronen als punktförmig und alterungsresistent anzusehen sind. Der sattsam bekannte Tunneleffekt erklärt sich genau dadurch, dass sich eine ganz andere Kombination von Dimensionen aufwickelt, als die klassischen 7. Diese Tatsache wurde von N. Hartmann bereits 1981 theoretisch vorhergesagt, von der Science Community aber kaum beachtet. Erst mit der Herstellung von BEK und dessen Untersuchung geriet die Hartmann-These wieder in den Fokus der Forschung. Unter bestimmten Bedingungen (Pseudospin, Tachyonenbeschuss sowie fluides BEK) kommt es zum spontanen Auftreten der sogenannten Hartmann-Instabilität, welche zum sofortigen Zusammenbruch der Vorne-Hinten-Dimension führt.

Zusammenbruch der dritten Dimension

Auf dem Foto (mit freundlicher Genehmigung des CERN) sieht man ein Versuchsboot in einem mit Deuteriumoxid gefüllten Tank. Durch Beschuss mit Tachyonen (erkennbar an der bläulichen Cherenkov-Strahlung) ist die Flüssigkeit im Bose-Einstein-Zustand, was zu einem sofortigen Zusammenbruch der normalen Geradeaus-Dimension führt. Das Boot muss daher im Moment der Hartmann-Instabilität entweder in die Links-Rechts- oder aber Oben-Unten-Dimension ausweichen. Aufgrund Links-Pseudospins (Pauli-Prinzip!) des Bootes erfolgt hier die Oben-Unten-Bahn.

Die Anwendungen der Hartmann-Instabilität sind offensichtlich vielfältig. Senkrechtstarter beispielsweise können in normaler Automobiltechnik ausgelegt werden und verlassen bei Passieren der Hartmann-Schranke am Ende der Startbahn diese senkrecht nach oben (oder unten, welch letzterer Umstand derzeit einer technischen Nutzung noch entgegensteht).