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Alt 30.12.14, 18:15
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Bauhof Bauhof ist offline
Singularität
 
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Standard AW: Ist die Stringtheorie eine Theorie?

Hallo zusammen,

Peter Eisenhardt schreibt zur String-Theorie in seinem Buch [1] auf Seite 223 folgendes:

Zitat:
Ein anderes Bild malt die Elementarteilchen als das Ergebnis der «Vibrationen» von Strings. Dann könnte man sich imaginieren, dass auch die Raumzeit als Gravitationsfeld das Resultat von Stringschwingungen sein könnte, denn Materie/Energie und Raum-Zeit sind ja nach der allgemeinen Relativitätstheorie eng aneinander gekoppelt.

Richtig ist, dass zum Beispiel die Dynamik geschlossener eindimensionaler Strings als «Spur» einen Zylinder hinterlässt, welche als Bestreichung ihrer Weltfläche beschrieben wird, ähnlich wie ein null-dimensionales Teilchen als Weltlinie eine eindimensionale Spur hinterlässt.

Diese Spuren sind in eine Raumzeit mit je passender Dimension eingebettet. Das ist aber nicht die ganze Geschichte. In der Stringtheorie spielt die Raumzeit eine etwas merkwürdige Rolle. Im allgemeinen lässt sich mit den Worten von Edward Witten sagen, dass «die Struktur der Raumzeit in den Gesetzen verschlüsselt ist, durch welche die Strings sich ausbreiten».

Ein vibrierender String kann so durch ein bestimmtes physikalisches Feld («auxiliary field») beschrieben werden, das seine Wirkung oder Wechselwirkung beinhaltet. Die Pointe liegt nun darin, dass dieses Feld einer Feldtheorie (ähnlich einer Quantenfeldtheorie) «eine fundamentalere Rolle als die Raumzeit spielt, und die Raumzeit existiert nur in dem Ausmaß, dass sie aus dieser zweidimensionalen Feldtheorie rekonstruiert werden kann».

In diesem Sinne ist die Raumzeit in der Stringtheorie nicht fundamental. Dabei spielt natürlich auch eine entscheidende Rolle, dass die Strings eine endliche diskrete Größe haben, die nahe an der Plancklänge liegt, und dass diese Eigenschaft in das Feld eingehen muss. Das Bild wird also ein bisschen umgemalt. Der Stringtheoretiker Gary Horowitz zeichnet es so:

«... es wurde oft vorgeschlagen, dass Raum und Zeit abgeleitete Größen in der Quantengravitation sein sollten. Aber das Problem war immer: Falls Raum und Zeit nicht fundamental sind, was ersetzt sie? Hier liegt die Antwort darin, dass es eine Hilfsraumzeitmetrik gibt, die durch Randbedingungen in der Unendlichkeit festgelegt wird. Die [Feldtheorie] benutzt diese Metrik, aber die physikalische Raumzeitmetrik ist eine abgeleitete Größe. Es ist wichtig zu betonen, dass die Raumzeit nicht aus <Strings> emergiert. In diesem Zugang sind die sogenannten fundamentalen Strings der Stringtheorie ebenfalls abgeleitete Größen. Sowohl Strings als auch Raumzeit sind aus der [Feldtheorie] entwickelt.»

Es ist freilich unklar, welche genaue Rolle diese «Hilfsgröße» eigentlich spielt, da es sich nur um einen Zugang von vielen zu einer fundamentalen hintergrundfreien Stringtheorie handelt (der sogenannten M-Theorie), die noch aufgestellt werden muss. Die Wandlung des Bildes ist also noch nicht vollendet.
Mich würde als Laie interessieren, was Edward Witten durch den nachstehenden Satz zum Ausdruck bringen will:

Zitat:
Im allgemeinen lässt sich mit den Worten von Edward Witten sagen, dass «die Struktur der Raumzeit in den Gesetzen verschlüsselt ist, durch welche die Strings sich ausbreiten».
Kennt man denn die Gesetze, durch welche die Strings sich ausbreiten?

M.f.G Eugen Bauhof

[1] Eisenhardt, Peter
Der Webstuhl der Zeit. Warum es die Welt gibt.
Reinbek bei Hamburg 2006
ISBN=3-499-60884-7
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Ach der Einstein, der schwänzte immer die Vorlesungen –
ihm hatte ich das gar nicht zugetraut!

Hermann Minkowski

Geändert von Bauhof (30.12.14 um 18:18 Uhr)
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