Formenraten - Bausteine für ein 5D-Universum
Ein von der EU finanziertes Forscherteam hat sich der Aufgabe verschrieben, Mathematikern ihr ganz eigenes Periodensystem bereitzustellen ... das der Formen. Forscher vom Imperial College London im Vereinigten Königreich haben sich mit Kollegen in Australien, Japan und der Russischen Föderation zusammengetan, um die Grundbausteine aller möglichen Formen des Universums in drei, vier und fünf Dimensionen zu identifizieren. Eine weitere Frage lautet: Wie stehen diese Komponenten zueinander in Beziehung? Das dreijährige Projekt wird teilweise vom Europäischen Forschungsrat (ERC) finanziert, dessen Mittel aus dem Programm "Ideen" des Siebten Rahmenprogramms (RP7) der EU stammen. Projektleiter Alessio Corti von der Fakultät für Mathematik am Imperial College London erklärt die Ziele: "Das Periodensystem ist eines der wichtigsten Werkzeuge in der Chemie. Es listet die Atome auf, die Bausteine der gesamten Materie, und erklärt ihre chemischen Eigenschaften. Mit unserer Arbeit wollen wir das Gleiche für drei-, vier- und fünfdimensionale Formen tun: Wir wollen ein Verzeichnis erstellen, das alle geometrischen Bausteine auflistet und deren Eigenschaften mit relativ einfachen Gleichungen im Detail enthält". Dem Team zufolge kann man rund 500 Millionen Formen algebraisch in vier Dimensionen definieren. Die Forscher erwarten, dass sie unter diesen Formen bis zu mehrere Tausend finden werden, die nicht weiter geteilt werden können: die Grundbausteine, aus denen alle anderen Formen zusammengesetzt sind. Tom Coates, Teammitglied und Kollege von Professor Cortis an der Fakultät für Mathematik, hat eine Modellierungssoftware entwickelt, die den Forschern bei dieser gigantischen Aufgabe helfen soll. So ehrgeizig, wie es klingen mag, die Identifizierung dieser Formen und die Erstellung der sie beschreibenden Gleichungen bilden jedoch nur eines der Ziele. Die Wissenschaftler stellen sich außerdem die Frage, wie diese Komponenten die Formen beeinflussen werden, zu denen sie sich zusammenfügen. "Sie können sich diese Grundbausteine als 'Atome' und die größeren Formen als 'Moleküle' vorstellen. Die nächste Herausforderung ist es, zu verstehen, wie die Eigenschaften der größeren Formen von den 'Atomen', aus denen Sie bestehen, abhängen. Mit anderen Worten: Wir wollen eine chemische Theorie der Formen aufstellen", sagt Dr. Coates. Einer der faszinierendsten Aspekte dieser Forschung besteht in der Tatsache, dass viele dieser Formen in ihrer vollen, mehrdimensionalen Komplexität nicht wirklich sichtbar sind. Neben den drei räumlichen Dimensionen, die wir aus unserem täglichen Leben kennen, kann selbst die Berücksichtigung der Zeit als vierte Dimension tückisch sein. Das Projekt wird bis zu fünf Dimensionen berücksichtigen, und die String-Theorie nimmt sogar an, dass es viel mehr geben könnte. "Die Meisten sind mit dem Konzept dreidimensionaler Formen vertraut", sagt Dr. Coates, "aber für diejenigen, die nicht in unserem Bereich arbeiten, ist es vielleicht schwierig, sich Formen in vier und fünf Dimensionen vorzustellen. Allerdings ist das Verständnis dieser Art von Formen wirklich wichtig für viele Aspekte der Wissenschaft." Zum Beispiel für die Zahlentheorie, die theoretische Physik und Computer Vision. "In der Robotik kann es vorkommen, dass man eine Gleichung für eine fünfdimensionale Form aufstellen muss, um herauszufinden, wie man einem Roboter beibringt, ein Objekt anzuvisieren, seinen Arm zu bewegen und das Objekt schließlich aufzuheben", sagt Dr. Coates. "Als Physiker muss man möglicherweise die Formen versteckter Dimensionen im Universum analysieren, um die Funktionsweise subatomarer Teilchen zu verstehen." Die Bemühungen des Teams könnten sehr wahrscheinlich eine wichtige Referenz für die Forschung in vielen Disziplinen liefern - aber die Klassenzimmer künftiger Generationen wird die Tabelle wohl nicht schmücken. "Wir denken, wir können eine große Anzahl dieser Formen finden", sagt Professor Corti, "sodass es wahrscheinlich nicht möglich sein wird, die Tabelle an der Wand aufzuhängen, aber wir erwarten, dass sie ein sehr nützliches Werkzeug sein wird." Unterstützung erhielt das Projekt auch vom britischen Engineering and Physical Sciences Research Council, dem Leverhulme Trust und der Royal Society.Weitere Informationen unter: Imperial College London: http://www3.imperial.ac.uk Europäischer Forschungsrat: http://erc.europa.eu/ Programm "Ideen": http://ec.europa.eu/research/fp7/index_en.cfm?pg=ideas
Länder
Australien, Japan, Russland, Vereinigtes Königreich