Die Grundlagen der Stringtheorie

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

Die Grundlagen der Stringtheorie

Im Kern verwendet die Stringtheorie ein Modell eindimensionaler Strings anstelle der Teilchen der Quantenphysik. Diese Saiten, die Größe der Planck-Länge (10^-35m), schwingen bei bestimmten Resonanzfrequenzen. Einige neuere Versionen der Stringtheorie haben vorhergesagt, dass die Strings länger sein könnten, bis zu einer Größe von fast einem Millimeter, was bedeuten würde, dass sie in dem Bereich liegen, in dem Experimente sie nachweisen könnten. Die aus der Stringtheorie resultierenden Formeln sagen mehr als vier Dimensionen voraus (10 oder 11 in den gängigsten Varianten, obwohl eine Version 26 Dimensionen erfordert), aber die zusätzlichen Dimensionen werden innerhalb der Planck-Länge „zusammengerollt“.

Zusätzlich zu den Strings enthält die Stringtheorie eine andere Art von fundamentalem Objekt namens a Brane , die viel mehr Dimensionen haben kann. In einigen „Braneworld-Szenarien“ „steckt“ unser Universum tatsächlich in einer dreidimensionalen Brane (als 3-Brane bezeichnet).

Die Stringtheorie wurde ursprünglich in den 1970er Jahren entwickelt, um zu versuchen, einige Widersprüchlichkeiten mit dem Energieverhalten von Hadronen und anderem zu erklären fundamentale Teilchen der Physik .

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 von Näherungslösungen zu erhalten. Solche Lösungen beinhalten natürlich Annahmen, die wahr sein können oder nicht.

Die treibende Hoffnung hinter dieser Arbeit ist, dass sie zu einer „Theorie von allem“ führen wird, einschließlich einer Lösung für das Problem von Quantengravitation , und zu versöhnen Quantenphysik mit generelle Relativität , wodurch die in Einklang gebracht werden Grundkräfte der Physik .

Varianten der Stringtheorie

Die ursprüngliche Stringtheorie konzentrierte sich nur auf Bosonenteilchen .

Die Superstring-Theorie (kurz für „supersymmetrische String-Theorie“) beinhaltet Bosonen mit einem anderen Teilchen, Fermionen , sowie Supersymmetrie zur Modellierung der Schwerkraft. Es gibt fünf unabhängige Superstring-Theorien:

• Typ 1
• Typ IIA
• Typ IIB
• Geben Sie HO ein
• Geben Sie HE ein

M-Theorie : Eine 1995 vorgeschlagene Superstring-Theorie, 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 zu der Frage veranlasst, ob dieser Ansatz jemals tatsächlich die „Theorie von allem“ entwickeln wird, die viele Forscher ursprünglich hofften. Stattdessen haben viele Forscher die Ansicht vertreten, dass sie eine riesige Stringtheorie-Landschaft möglicher theoretischer Strukturen beschreiben, von denen viele unser Universum nicht wirklich beschreiben.

Forschung in der Stringtheorie

Bisher hat die Stringtheorie keine Vorhersage erfolgreich gemacht, die nicht auch durch eine alternative Theorie erklärt wird. Es ist weder spezifisch bewiesen noch falsifiziert, obwohl es mathematische Eigenschaften hat, die es für viele Physiker sehr attraktiv machen.

Eine Reihe von vorgeschlagenen Experimenten könnte die Möglichkeit haben, 'String-Effekte' anzuzeigen. Die für viele solcher Experimente erforderliche Energie ist derzeit nicht verfügbar, obwohl einige in naher Zukunft im Bereich des Möglichen liegen, wie beispielsweise mögliche Beobachtungen von Schwarzen Löchern.

Nur die Zeit wird zeigen, ob die Stringtheorie in der Lage sein wird, einen dominierenden Platz in der Wissenschaft einzunehmen, abgesehen davon, dass sie die Herzen und Köpfe vieler Physiker inspiriert.