Stringtheorie
Die Superstringtheorie, oft auch nur Stringtheorie genannt, ist einer der vielversprechenden Kandidaten der GUT (Grand Unified Theory), des heiligen Grals der Physik. Der Begriff Superstringtheorie soll ausdrücken, dass die Stringtheorie der Supersymmetrie gehorcht. Das letztendliche Ziel ist es, die beiden Haupttheorien der heutigen Physik zu vereinigen: Die Allgemeine Relativitätstheorie, welche bei Strukturen im Großen gültig ist, und die Quantenfeldtheorie, die im Mikrokosmos angewendet wird.
Die primäre Aussage der Stringtheorie ist: Alle Elementarteilchen sind nichts anderes als verschiedene Aspekte eines einzelnen Objekts, des so genannten Strings. Daneben stellte sich heraus, dass eine solche Theorie nur in 10 oder 11 Dimensionen sinnvoll formuliert werden kann. In Anlehnung an Kaluza-Klein-Theorien werden dabei alle über die 3+1 Raum-Zeit-Dimensionen herausgehenden Dimensionen als Kompaktifizierte Dimensionen aufgefasst, die der direkten Beobachtung nicht zugänglich sind.
Die Strings der Stringtheorie sind eindimensionale Fäden, welche wie Saiten (daher auch der englische Name String) in diesem vieldimensionalen Raum schwingen. Je nachdem, mit welcher "Frequenz" (Energie) und in welchen der Raumdimensionen die Strings schwingen, stellen sie nach den Vorstellungen der Stringtheoretiker z. B. Elektronen oder Quarks dar. Besonders ermutigend ist, dass einer der Schwingungszustände dem des hypothetischen Gravitons entspricht; dies gilt als Anzeichen, dass die Superstringtheorie ihrem Anspruch, die Gravitation zu umfassen, gerecht werden könnte.
Da alle bekannten Elementarteilchen nach allen bisherigen Messungen punktförmig erscheinen, müssen Strings deutlich kleiner als die bisherige Messauflösung sein. Aus theoretischen Überlegungen sollten Strings eine Ausdehnung in der Größenordnung der Planck-Länge besitzen. Um Objekte dieser Ausdehnung zu untersuchen wäre ein Teilchenbeschleuniger von der Ausdehnung des Sonnensystems notwendig.
Verallgemeinerungen der Strings sind Membrane und höherdimensionale Objekte, die ebenfalls schwingen; allerdings sind die Massen derartiger Objekte so hoch, dass sie wahrscheinlich nicht von Bedeutung sind.
Die Stringtheorie wurde ursprünglich rein mathematisch aus Symmetrieprinzipien abgeleitet. Hieraus ließen sich fünf Stringtheorien (Typ I, Typ IIA, Typ IIB, O-heterotisch, E-heterotisch) entwickeln, die sich später als verschiedene Approximationen einer umfassenden Theorie (M-Theorie) herausstellten. Der Nachweis, dass es sich bei diesen Theorien um Aspekte einer einzelnen Theorie handelt, wurde durch Aufzeigen von Dualitäten zwischen den einzelnen Stringtheorien erbracht.
Ein interessantes Ergebnis dieser Vereinignung der Teiltheorien war, dass die elfdimensionale Supergravitation als weiterer Grenzfall der M-Theorie erkannt wurde. Diese enthält keine Strings, sondern approximiert sie durch Punktteilchen.
Wichtige Beiträge zur Stringtheorie wurden u.a. von Michael Green, John Schwarz und Edward Witten gemacht.
Siehe auch: Loop-Quantengravitation
Literatur
- Brian Greene: The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory, ISBN 0393058581.
Weblinks
- teilchen.at
- The Official String Theory Web Site (in Engl. Sprache)
- Superstrings! (in Engl. Sprache)