Wissenschaftlicher Durchbruch in 12 Millionen Dimensionen!

Mathematischer Algorithmus liefert Daten in Femtosekunden-Takt!

Physikalische Abläufe, wie Kernspaltungen oder ähnliches darzustellen oder zu messen stellt heutzutage kein großes Problem mehr dar. Wie sieht es aber in der Biologie oder in der Chemie aus? Können wir chemische Reaktionen vergleichbar gut analysieren? Nein. Chemische Reaktionen laufen in teilweise einer einzigen Femtosekunde ab. So schnell konnte man aber bisher keine Daten aufzeichnen. Um überhaupt Daten aufzuzeichnen, setzen Wissenschaftler Röntgenlaser ein, die Bilder von der beobachteten Reaktion machen. Da die Prozesse so schnell von statten gehen, können die Daten zeitlich nicht genau geordnet werden.

„Alle uns bisher bekannten experimentellen Lösungen haben es nicht geschafft, eine Zeitauflösung von besser als etwa 14 Femtosekunden zu liefern.“, so Abbas Ourmazd von der University of Wisconsin.

Ourmazd bezeichnet den bis dato geltenden wissenschaftlichen Stand sogar als „Fluch“: “Die zeitliche Unschärfe ist in vielen Bereichen der Wissenschaft ein Fluch„. Bei einer solchen Analyse entsteht also jede Menge ungeordneter und aufgrund des großen zeitlichen Intervalls unvollständiger „Datenmüll“. Mit der neuen Methode sei dieser Fluch jedoch gebrochen.

Mathematik macht es möglich!

Ein mathematischer Algorithmus macht es ihnen jetzt möglich, Daten einer chemischen oder auch biologischen Reaktion, in einem Intervall von einer Femtosekunde aufzuzeichnen. Eine Femtosekunde, das ein ziemlich kurzer zeitlicher Abschnitt, 0,000.000.000.000.001 Sekunden um genau zu sein. Für den Algorithmus trugen die Forscher die Daten in ein Modell ein, das bis zu 12 Millionen Dimensionen hat. Dann suchten sie eine eindimensionale Kurve, auf der alle Daten-Punkte der aufgezeichneten Reaktion liegen. Gelingt ihnen dies, unterscheiden sich die Punkte ja nur noch in einem Parameter, der Zeit – und somit können sie einen temporären Ablauf der Reaktion skizzieren. Im Zuge der im Fachmagazin Nature veröffentlichten Studie untersuchten sie die Dynamik von doppelt elektrisch geladenen Stickstoffmolekülen und konnten dabei, wie es in der Pressemitteilung des Deutschen Elektronen-Synchrotron heißt: „[…] das dynamische Verhalten der Stickstoffmoleküle mit einer um den Faktor 300 verbesserten Präzision rekonstruieren.“. Mit einer solch sensationellen Präzision wäre es uns Menschen dann auch möglich die kleinsten Enzymreaktionen der Biologie mit Hilfe der Datenanalyse von 12 Millionen Dimensionen zu erklären!

Sollten wir uns mit vier Dimensionen zufrieden geben?

Wie kann man sich 12 Millionen Dimensionen eigentlich vorstellen? Bisher kennen WIR – abgesehen von der Mathematik – nur „unsere“ vier Dimensionen, also drei Raum-Dimensionen und eine Dimension die für die Zeit verantwortlich ist. Diese vier Dimensionen können wir halbwegs auch noch ganz gut verstehen. Wie kommen Forscher darauf in 12 Millionen Dimensionen zu suchen? Einige wissenschaftliche Hinweise deuten darauf hin, dass es mehrere Dimensionen geben muss. Da gibt es auch ein paar Modelle, die von Forschern entwickelt wurden um das zu erklären. Zum Beispiel das Randall-Sundrum-Modell. So richtig vorstellen kann sich unser Gehirn diese allerdings nicht. Warum aber denken wir überhaupt über höhere Dimensionen nach und geben uns nicht mit unseren vier Dimensionen zufrieden?
Zuerst einmal ist es gut, dass wir uns nicht damit zufrieden geben. Es gibt beispielsweise Kräfte, die nur im Zusammenhang mit mehreren Dimensionen Sinn ergeben. Abgesehen davon stellt sich noch die Frage, ob ein Raum ohne Zeit möglich ist und umgekehrt? Eigentlich nicht, denn wenn wir den Raum erfahren möchten brauchen wir Zeit und umgekehrt brauchen wir natürlich auch einen Ort, eine räumliche Dimension in der wir die Zeit erleben können. Und dann kommen wir auch zum gleichen Ergebnis wie Albert Einstein mit seiner Relativitätstheorie.

Quellen:
http://uwm.edu/news/uwm-researchers-create-a-better-way-to-find-out-when/
http://uwm.edu/news/split-second-imaging-sheds-light-on-biologys-grand-questions/
http://www.desy.de/aktuelles/news_suche/index_ger.html?openDirectAnchor=990
http://www.desy.de/aktuelles/news_suche/index_ger.html?openDirectAnchor=1035&two_columns=0
http://science.sciencemag.org/content/352/6286/725
http://dx.doi.org/10.1038/nature17627
http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-20134-2016-05-02.html
http://www.chemie.de/lexikon/Chemische_Reaktion.html#Abgrenzung_zu_physikalischen_Vorg.C3.A4ngen
http://clixoom.de/gibt-es-hoehere-dimensionen/2636

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