Ein Regenwurm kriecht auf einem Blatt Papier herum, und die Welt, die er wahrnimmt, hat nur „vorne-hinten“ und „links-rechts“. Für ihn gibt es so etwas wie „oben-unten“ überhaupt nicht. Eines Tages sticht ein Kind mit einem Bleistift durch das Papier, und vor den Augen des Regenwurms erscheint plötzlich ein nie zuvor gesehener „Punkt“, nur um sofort wieder zu verschwinden. Er kann nicht verstehen, dass dieser „Punkt“ von einem „Oben“ kam, das er sich überhaupt nicht vorstellen konnte.
Wenn du den Regenwurm bemitleidenswert findest, dann sage ich dir – wir Menschen sind im dreidimensionalen Raum auch nur ein anderer „Regenwurm“.
Wir leben in einer dreidimensionalen Welt, die aus „Länge, Breite und Höhe“ besteht. Das erscheint sehr natürlich. Aber Wissenschaftler haben schon lange eine verblüffende Vorstellung geäußert: Unsere Welt ist möglicherweise weit mehr als dreidimensional. Neben den offensichtlichen drei Richtungen gibt es noch eine andere Richtung, die wir nicht sehen oder berühren können, die aber ununterbrochen unser Leben beeinflusst.
Diese Richtung wird als die „vierte Dimension“ bezeichnet.
Was genau ist eine „Dimension“? Lass dich nicht von Science-Fiction-Filmen täuschen
Wenn man von der „vierten Dimension“ spricht, denken viele Leute an den mysteriösen Raum in „Interstellar“, der „durch Wände in die Vergangenheit eindringen“ kann, oder an Superkräfte in bestimmten Fernsehserien, die es Menschen ermöglichen, „durch Wände und Türen zu gehen“.
Aber das müssen wir jetzt beiseiteschieben. Eine „Dimension“ in der Wissenschaft ist ein sehr ernsthaftes Konzept; sie bezeichnet eine „Richtung, in der man sich unabhängig bewegen kann“. In einer eindimensionalen Welt kann man sich nur vorwärts oder rückwärts bewegen. Eine zweidimensionale Welt fügt „links-rechts“ hinzu. In der Dreidimensionalität kommt „oben-unten“ hinzu und bildet unsere vertraute räumliche Welt.
Und die vierte Dimension? Sie ist nicht einfach ein „noch höheres Level“, sondern fügt eine neue Richtung hinzu, die völlig unabhängig von den ersten drei ist. Das heißt, wenn du ein dreidimensionales Lebewesen bist, kannst du, egal wie du dich bewegst oder drehst, nicht direkt in die vierte Dimension „eintreten“. Du musst „hochgehoben“ werden, so wie wir einen Regenwurm vom Blatt Papier hochheben.
Warum können wir sie nicht sehen?
Der Grund ist einfach: Unser Gehirn und unsere Sinne haben diese Funktion nicht.
So wie der zweidimensionale Regenwurm „oben“ nicht verstehen kann, können wir dreidimensionalen Lebewesen die vierte Dimension nicht wirklich „sehen“. Wir können sie uns vorstellen, berechnen und sogar mathematische Modelle zeichnen, aber wir werden immer nur ihre „Projektion“ in der dreidimensionalen Welt sehen.
Zum Beispiel gibt es ein geometrisches Objekt namens „Hyperwürfel“ oder „Tesserakt“, das die Erweiterung eines Würfels in den vierdimensionalen Raum ist. Man kann es sich vorstellen als: ein Würfel, der in einem anderen Würfel steckt, verbunden durch seltsame Linien. Es wird sich in unserer dreidimensionalen Welt „drehen und verformen“, wie ein Zauberwürfel falten. Das ist keine Illusion; das ist eine Projektion einer höherdimensionalen Struktur, die wir in der dreidimensionalen Welt nicht verstehen. Genauso wie eine zweidimensionale Welt, wenn sie eine Kugel durch eine Ebene gehen sieht, nur einen „Punkt“ sehen wird, der sich in einen „Kreis“ verwandelt und dann verschwindet.
Die Mathematik spielt schon lange mit der vierten Dimension
In der Welt der Mathematik ist die vierte Dimension längst „umgesetzt“.
Ein Punkt im dreidimensionalen Raum wird durch (x, y, z) dargestellt; in vier Dimensionen muss man nur eine „w“-Koordinate hinzufügen, die zu (x, y, z, w) wird. Dann kann man die vierdimensionale Distanzformel aufschreiben, ähnlich wie eine Erweiterung des Satzes des Pythagoras:
Distanz = √(x² + y² + z² + w²)
Das ist nicht nur Theorie; viele Theorien höherer Dimensionen basieren auf dieser Darstellung, wie zum Beispiel die „multidimensionale Skalierung“ in der Statistik, „hochdimensionale Vektorfeatures“ im maschinellen Lernen und eine der zentralsten Theorien der Physik: die Relativitätstheorie.
Einstein: Du sagst, Zeit ist nicht Teil des Raumes?
Anfang des 20. Jahrhunderts vollbrachte Einstein etwas Bahnbrechendes: Er integrierte die Zeit in den Raum und bildete so das, was wir heute als „Raumzeit“ kennen.
In seiner Allgemeinen Relativitätstheorie ist das Universum kein statischer dreidimensionaler Hintergrund, sondern eine vierdimensionale Struktur, die gebogen, gestreckt und sogar verzerrt werden kann – drei Raumdimensionen + eine Zeitdimension. Diese Struktur nennt man „Raumzeit“.
In diesem Modell wird die Erde nicht von der „Schwerkraft angezogen“, sondern weil die Sonne die Raumzeit um sich herum „krümmt“ und die Erde in dieser Krümmung kreist. Die Flugbahn eines Objekts ist keine Linie, sondern ein Gleiten entlang der „Raumzeit-Oberfläche“.
Und diese „Zeit“ wurde zur „vierten Dimension“ in unserer realen Welt.
Wissenschaftler sind immer noch nicht zufrieden: Lasst uns gleich zehn Dimensionen nehmen!
Du dachtest, Wissenschaftler geben sich mit vier Dimensionen zufrieden? Falsch.
Es gibt eine Theorie namens „Stringtheorie“, die versucht, Schwerkraft, Licht, Elektromagnetismus, die schwache Kraft und die starke Kraft alle mit einer einzigen mathematischen Formel zu vereinheitlichen. Diese Theorie behauptet kühn: Das Universum, in dem wir leben, hat tatsächlich zehn, oder sogar elf Dimensionen!
Wo sind die zusätzlichen Dimensionen hin? Wissenschaftler sagen: Sie sind aufgerollt. Ja, wirklich aufgerollt, wie ein Haarstrang, der sich zu einem Kreis zusammenrollt, geschrumpft auf eine extrem kleine Skala, die menschliche Instrumente nicht erkennen können.
Diese werden als „kompaktifizierte Dimensionen“ bezeichnet, und sie könnten im inneren Aufbau jedes Atoms verborgen sein und nur unter extrem hoher Energie „sichtbar“ werden.
Könnte neben dem Raum auch die Zeit mehr als eine Dimension haben?
Hier betreten wir den wirklich kniffligen Bereich.
Einige schlagen vor: Wir haben Zeit immer als eine einzige gerade Linie betrachtet, aber tatsächlich könnte Zeit auch mehrere Richtungen haben – sogar mehrere „Versionen“. Das nennt man die „Multi-Temporal-Theorie“, die spekuliert, dass Zeit wie der Raum auch mehrere Dimensionen haben kann, dass es möglicherweise mehrere Zeitlinien, mehrere Universen gibt und sogar, dass der „du, der das gerade erlebt“, nicht der „einzige du“ ist.
Diese Theorie wurde bisher nicht experimentell bestätigt, wird aber in der Quantenmechanik, der Viele-Welten-Interpretation und sogar in Science-Fiction-Romanen ausgiebig diskutiert.
Unsichtbar ≠ Nicht existent
Wenn du denkst, all das sei Spinnerei, dann denke doch mal darüber nach: Luft kannst du nicht sehen, aber du weißt, dass sie da ist; ein Magnetfeld kannst du nicht berühren, aber es lässt eine Kompassnadel rotieren; du kannst nicht einmal die Zeit selbst „sehen“, aber du kannst fühlen, wie sie vergeht.
Die Bedeutung der Wissenschaft war nie, dir eine Welt zu geben, die „Gesehenes ist Glauben“, sondern dir zu helfen, die „Wahrheiten“ zu verstehen, die du mit bloßem Auge nicht sehen kannst.
Höherdimensionale Räume, vierdimensionale Strukturen, können den menschlichen Sinnen vielleicht niemals vollständig präsentiert werden, aber Mathematik und Physik haben in dieser unsichtbaren Welt ein vollständiges System aufgebaut. Und wir sind vielleicht nur noch nicht erwachte „zweidimensionale Lebewesen“. Sobald ein Durchbruch kommt, werden wir erkennen, dass die Realität, die wir wahrnehmen, nur die Spitze des Eisbergs ist.
Du denkst, die Welt ist dreidimensional, aber in Wirklichkeit ist die Welt vielleicht viel tiefer, als du sie dir vorstellst. Vielleicht, genau in dem Moment, in dem du diesen Artikel liest, streift etwas aus der „vierten Dimension“ sanft an dir vorbei, nur dass du es nicht wahrgenommen hast.