Superstringtheorie

[Marco Polo]

Hallo zusammen,

wie bereits angekündigt, werde ich hier die Geschichte der Stringtheorie kurz zusammenfassen. Das kann man auch im Buch von Brian Greene "Das elegante Universum" nachlesen.

richy war so nett, folgende Links zu diesem Thema anzugeben:

http://de.wikibooks.org/wiki/Die_Str..._Stringtheorie

http://de.wikipedia.org/wiki/Stringtheorie

übrigens @richy: dein Feynman-Zitat liegt über 20 Jahre zurück. Wer weiss, wie er jetzt über die Theorie urteilen würde? Sie hat sich seitdem rsasant weiter entwickelt.

Im Grunde werde ich mich kurz fassen und ggf. noch das Eine oder Andere ergänzen.

Eine kurze Geschichte der Stringtheorie

1968 hatte sich der theoretische Physiker Gabriele Veneziano mit verschiedenen experimentell beobachteten Eigenschaften der starken Kernkraft beschäftigt.

Ihm viel dabei auf, dass eine Formel von Euler (die Eulersche Beta-Funktion)



zu seiner grossen Überraschung, zahlreiche Eigenschaften stark wechselwirkender Teilchen sozusagen in einem Aufwasch zu beschreiben schien. Seine Beobachtung lieferte eine leistungsfähige mathematische Zusammenfassung vieler Eigenschaften der starken Kraft und löste eine hektische Forschungstätigkeit aus.

Das Problem war, dass niemand verstand, warum Eulers Beta-Funktion funktionierte.

Später (1970) haben dann Yoichiro Nambu und Leonard Susskind entdeckt, welche bislang unentdeckten physikalischen Gesetzmässigkeiten sich hinter der Formel verbargen.

Wenn man Elementarteilchen als kleine schwingende und eindimensionale Saiten oder Strings darstellt, lassen sich ihre Kernkraft-Wechselwirkungen, wie gezeigt werden konnte, exakt durch die Eulersche Beta-Funktion beschreiben.

Falls die Strings klein genug sind, so ihre Übelegung, sehen sie wie punktförmige Teilchen aus und ihre Eigenschaften decken sich daher mit den Experimentalbeobachtungen.

Soviel zum 1.Teil, der aus Zeitgründen recht kurz geraten ist. Teil 2 folgt erst am Donnerstag. Mittwoch spielt Schalke04 in der Champions-Quali., da habe ich natürlich keine Zeit.

Ich werde den Thread vorerst schliessen und dann öffnen, wenn der etwas umfangreichere Teil 2 am Donnerstag fertig ist.

Gruss, Marco Polo

[Marco Polo]

So, es folgt nun der 2. Teil.

schon bald zeigte sich aber, dass die Stringbeschreibung der starken Kraft schwerwiegene Mängel aufwies. Anfang der siebziger Jahre belegten Hochenergieexperimente, die tiefer in die subatomare Welt eindrangen, dass das Stringmodell zahlreiche Vorhersagen machte, die in direktem Widerspruch zu den Beobachtungen standen.

Gleichzeitig wurde die von punktförmigen Teilchen ausgehende Quantenfeldtheorie der Quantenchromodynamik entwickelt. Ihre eindrucksvollen Erfolge bei der Beschreibung der starken Kraft führten zum Verzicht auf die Stringtheorie.

Wegen der "Schönheit" ihrer mathematischen Strukturen, glaubten aber noch einige Physiker, dass dieser Umstand auf irgendeine tiefere Wahrheit hindeuten musste.

1974 wurde den Physikern Joel Scherk und Schwarz von der Ecole Normale Supérieure klar, dass die in der Theorie vorkommenden schwingenden Stringmuster, die teilweise botenartigen Teilchen ähnelten, haargenau den Merkmalen des hypothetischen Botenteilchens der Gravitationskraft - des Gravitons - entsprachen.

Obwohl diese kleinsten Pakete der Gravitation bislang noch nicht beobachtet worden sind, können Theoretiker zuverlässig bestimmte Grundeigenschaften vorhersagen, die diese Teilchen aufweisen müssen.

Und wie Scherk und Schwarz feststellten, werden diese Eigenschaften durch bestimmte Schwingungsmuster exakt verkörpert. Aufgrund dieser Entdeckung nahmen sie an, der erste Versuch mit der Stringtheorie sei fehlgeschlagen, weil man ihren Anwendungsbereich ohne Not eingegrenzt hatte. Es handele sich um eine Quantentheorie, so die beiden Forscher, die auch die Gravitation einschliesse.

Bis zu Jahr 1984 blieb ihre Arbeit weitgehend unbeachtet. Schwarz und diesmal Green (ein anderer Green als der Autor) wiesen nach über 10 Jahren intensiver Forschung in einem wegweisenden Aufsatz nach, dass die Theorie vielseitig genug war, um alle vier Kräfte und die gesamte Materie einzubeziehen.

Danach folgten dann bis 1986 über 1000 Forschungsarbeiten zur Stringtheorie (erste Superstringrevolution). Wie diese Arbeiten schlüssig zeigten, ergaben sich zahlreiche Eigenschaften des Standardmodells natürlich und einfach aus den Grundzügen der Stringtheorie und das sogar noch überzeugender, als es das Standardmodell vermochte.

Das Problem war aber, dass selbst das Aufstellen der Gleichungen so kompliziert war, dass man sie bisher nur in Näherungsform abgeleitet hat.
Ganz zu schweigen von der Lösung dieser Gleichungen.

1995 hielt dann Edward Witten auf einer Stringkonferenz einen sensationellen Vortrag, der aufzeigte, dass die verschiedenen Ansätze der Stringtheorien zu einer einzigen Theorie (M-Theorie) zusammengefasst werden konnten (2. Superstringrevolution).

Mit dieser Entwicklung beschäftigen sich dann beide Bücher von Brian Green.

Ich kann nur empfehlen, sich diese Bücher zuzulegen. Es lohnt sich. Das war jetzt nur ein ganz grober Überblick, der aber vielleicht das Interesse bei dem Einen oder Anderen geweckt hat.

Gruss, Marco Polo