Die Grundlagen der Stringtheorie

Die Stringtheorie ist eine mathematische Theorie, die versucht, bestimmte Phänomene zu erklären, die derzeit unter dem Standardmodell der Quantenphysik nicht erklärbar sind.

Die Grundlagen der Stringtheorie

Die Stringtheorie verwendet im Kern ein Modell eindimensionaler Strings anstelle der Teilchen der Quantenphysik. Diese Saiten haben die Größe der Planck-Länge (10^-35 m) bei bestimmten Resonanzfrequenzen schwingen. Einige neuere Versionen der Stringtheorie haben vorausgesagt, dass die Strings eine längere Länge von bis zu fast einem Millimeter haben könnten, was bedeuten würde, dass sie sich in dem Bereich befinden, in dem Experimente sie erkennen könnten. Die Formeln, die sich aus der Stringtheorie ergeben, sagen mehr als vier Dimensionen voraus (10 oder 11 in den gängigsten Varianten, obwohl für eine Version 26 Dimensionen erforderlich sind), aber die zusätzlichen Dimensionen werden innerhalb der Planck-Länge "zusammengerollt".

Zusätzlich zu den Zeichenfolgen enthält die Zeichenfolgentheorie eine andere Art von Fundamentalobjekt, die als Brane bezeichnet wird und viel mehr Dimensionen haben kann. In einigen "Braneworld-Szenarien" steckt unser Universum tatsächlich in einer 3-dimensionalen Brane (genannt 3-Brane).

Die Stringtheorie wurde ursprünglich in den 1970er Jahren entwickelt, um einige Inkonsistenzen mit dem Energieverhalten von Hadronen und anderen grundlegenden Teilchen der Physik zu erklären.

Wie bei einem Großteil der Quantenphysik kann die Mathematik, die für die Stringtheorie gilt, nicht eindeutig gelöst werden. Physiker müssen die Störungstheorie anwenden, um eine Reihe angenäherter Lösungen zu erhalten. Solche Lösungen beinhalten natürlich Annahmen, die wahr sein können oder nicht.

Die treibende Hoffnung hinter dieser Arbeit ist, dass daraus eine "Theorie von allem" hervorgeht, einschließlich einer Lösung des Problems der Quantengravitation, und dass die Quantenphysik mit der allgemeinen Relativitätstheorie in Einklang gebracht wird, wodurch die fundamentalen Kräfte der Physik in Einklang gebracht werden.

Varianten der Stringtheorie

Die ursprüngliche Stringtheorie konzentrierte sich nur auf Bosonenteilchen.

Die Superstringtheorie (kurz für "supersymmetric string theory") beinhaltet Bosonen mit einem anderen Teilchen, Fermionen, sowie Supersymmetrie zur Modellgravitation. Es gibt fünf unabhängige Superstringtheorien:

• Typ 1
• Typ IIA
• Typ IIB
• Typ HO
• Typ HE

M-Theorie: Eine 1995 vorgeschlagene Superstringtheorie, die versucht, die Modelle vom Typ I, Typ IIA, Typ IIB, Typ HO und Typ HE als Varianten desselben grundlegenden physikalischen Modells zu konsolidieren.

Eine Konsequenz der Forschung in der Stringtheorie ist die Erkenntnis, dass es eine immense Anzahl möglicher Theorien gibt, die konstruiert werden könnten, was einige dazu veranlasst, sich zu fragen, ob dieser Ansatz jemals die "Theorie von allem" entwickeln wird, auf die viele Forscher ursprünglich gehofft hatten. Stattdessen haben viele Forscher die Ansicht vertreten, dass sie eine riesige String-Theorie-Landschaft möglicher theoretischer Strukturen beschreiben, von denen viele unser Universum nicht wirklich beschreiben.

Forschung in der Stringtheorie

Derzeit ist es der Stringtheorie nicht gelungen, eine Vorhersage zu treffen, die auch nicht durch eine alternative Theorie erklärt wird. Es ist weder spezifisch bewiesen noch verfälscht, obwohl es mathematische Merkmale aufweist, die es für viele Physiker attraktiv machen.

Bei einigen vorgeschlagenen Experimenten besteht möglicherweise die Möglichkeit, "Zeichenfolgeneffekte" anzuzeigen. Die Energie, die für viele dieser Experimente benötigt wird, ist derzeit nicht verfügbar, obwohl einige davon in naher Zukunft in Frage kommen, wie etwa mögliche Beobachtungen von Schwarzen Löchern.

Nur die Zeit wird zeigen, ob die Stringtheorie einen dominanten Platz in der Wissenschaft einnehmen kann, ohne die Herzen und Gedanken vieler Physiker zu inspirieren.