Die Stringtheorie ist ein Versuch, die beiden Säulen der Physik des 20. Jahrhunderts - die Quantenmechanik und Albert Einsteins Relativitätstheorie - mit einem übergreifenden Rahmen zu verbinden, der die gesamte physikalische Realität erklären kann. Dies wird versucht, indem angenommen wird, dass Partikel tatsächlich eindimensionale, fadenartige Einheiten sind, deren Schwingungen die Eigenschaften der Partikel wie Masse und Ladung bestimmen.
Diese kontraintuitive Idee wurde erstmals in den 1960er und 1970er Jahren entwickelt, als Strings verwendet wurden, um Daten zu modellieren, die aus subatomaren Kollidern in Europa stammen. Dies geht aus einer Website über Stringtheorie hervor, die von der University of Oxford und der British Royal Society erstellt wurde. Strings lieferten eine elegante mathematische Möglichkeit, die starke Kraft zu beschreiben, eine der vier fundamentalen Kräfte im Universum, die Atomkerne zusammenhält.
Das Thema blieb viele Jahre lang marginal, bis zur "Revolution der Stringtheorie" im Jahr 1984, als die Theoretiker Michael Green und John Schwarz Gleichungen erstellten, die zeigten, wie Strings bestimmte Inkonsistenzen vermieden, die Modelle plagten, die Teilchen als punktförmige Objekte beschrieben, so die Universität von Cambridge.
Diese erste Blüte ließ die Forscher jedoch mit fünf verschiedenen Theorien zurück, die erklärten, wie eindimensionale Strings in einer 10-dimensionalen Realität schwangen. Eine zweite Revolution fand 1995 statt, als die Physiker zeigten, dass diese unterschiedlichen Ideen alle miteinander zusammenhängen und mit einer anderen Theorie namens Supergravitation kombiniert werden können, die in 11 Dimensionen funktioniert. Dieser Ansatz erzeugte die aktuelle Inkarnation der Stringtheorie.
Rätsel lösen
Die Stringtheorie ist eine der vorgeschlagenen Methoden zur Erstellung einer Theorie von allem, ein Modell, das alle bekannten Teilchen und Kräfte beschreibt und das Standardmodell der Physik ersetzen würde, das alles außer der Schwerkraft erklären kann. Viele Wissenschaftler glauben wegen ihrer mathematischen Schönheit an die Stringtheorie. Die Gleichungen der Stringtheorie werden als elegant beschrieben, und ihre Beschreibungen der physikalischen Welt werden als äußerst befriedigend angesehen.
Die Theorie erklärt die Schwerkraft über eine bestimmte Schwingungskette, deren Eigenschaften denen des hypothetischen Gravitons entsprechen, einem quantenmechanischen Teilchen, das die Gravitationskraft tragen würde. Dass die Theorie bizarrerweise 11 Dimensionen benötigt, um zu funktionieren - und nicht die drei Dimensionen Raum und Zeit, die wir normalerweise erleben -, hat die Physiker, die sie befürworten, nicht davon abgehalten. Sie haben einfach beschrieben, wie sich die zusätzlichen Dimensionen auf kleinstem Raum in der Größenordnung von 10 bis 33 Zentimetern zusammenrollen, was laut NASA so klein ist, dass wir sie normalerweise nicht erkennen können.
Forscher haben die Stringtheorie verwendet, um grundlegende Fragen über das Universum zu beantworten, z. B. was in einem Schwarzen Loch vor sich geht, oder um kosmische Prozesse wie den Urknall zu simulieren. Einige Wissenschaftler haben sogar versucht, mithilfe der Stringtheorie die Dunkle Energie in den Griff zu bekommen, die mysteriöse Kraft, die die Expansion von Raum und Zeit beschleunigt.
Eine unendliche Verfolgung
Aber die Stringtheorie wurde in letzter Zeit genauer unter die Lupe genommen. Die meisten seiner Vorhersagen sind mit der aktuellen Technologie nicht testbar, und viele Forscher haben sich gefragt, ob sie in ein nie endendes Kaninchenloch gehen. Im Jahr 2011 versammelten sich Physiker im American Museum of Natural History zur 11. jährlichen Isaac Asimov Memorial Debate, um zu diskutieren, ob es sinnvoll ist, sich der Stringtheorie als tragfähige Beschreibung der Realität zuzuwenden.
"Jagen Sie einen Geist oder ist die Sammlung von Ihnen einfach zu dumm, um das herauszufinden?" neckte Neil deGrasse Tyson, Direktor des Hayden Planetariums des Museums, der darauf hinwies, dass die Fortschritte in der Stringtheorie in den vergangenen Jahren lückenhaft gewesen seien.
Die jüngsten Herausforderungen an die Stringtheorie sind auf das Framework selbst zurückzuführen, das die Existenz einer potenziell großen Anzahl einzigartiger Universen vorhersagt, bis zu 10 ^ 500 (das ist die Nummer 1, gefolgt von 500 Nullen). Diese multiverse Landschaft schien genug Möglichkeiten zu bieten, dass Forscher, sollten sie sie erforschen, auf eine stoßen würden, die unserer eigenen Version der Realität entsprach. Aber im Jahr 2018 schlug ein einflussreiches Papier vor, dass kein einziges dieser unzähligen hypothetischen Universen wie unser Kosmos aussah; Insbesondere fehlte jedem eine Beschreibung der dunklen Energie, wie wir sie derzeit verstehen.
"Stringtheoretiker schlagen eine scheinbar endlose Menge mathematischer Konstruktionen vor, deren Beziehung zur Beobachtung nicht bekannt ist", sagte Sabine Hossenfelder, eine Physikerin am Frankfurter Institut für fortgeschrittene Studien in Deutschland, die die Stringtheorie kritisiert hat, zuvor gegenüber Live Science.
Andere Forscher behaupten, dass die Stringtheorie eines Tages Ergebnisse liefern wird. Der Physiker Gordon Kane von der University of Michigan schrieb in der Zeitschrift Physics Today, dass der Large Hadron Collider mit den derzeit durchgeführten Upgrades in naher Zukunft Beweise für die Stringtheorie liefern könnte. Das endgültige Schicksal der Theorie ist jedoch noch nicht bekannt.
