Cumrun Vafa - Das Universum in Rätseln

Es zeigte sich bald, dass Strings keine sonderlich gute Beschreibung von Hadronen sind, obwohl sie sich ausgezeichnet zur Beschreibung von Quantenaspekten der Gravitation eigneten. Die Stringtheorie sagt für den Zustand mit der niedrigsten Energie Eigenschaften voraus (ein masseloses Teilchen mit Spin zwei), die genau denen des Gravitons entsprechen, des Quants der Gravitation (so wie das Photon das Quant des Elektromagnetismus ist), was sie zu einem erstklassigen Kandidaten für eine Quantentheorie der Gravitation macht. Wenn wir Gravitonen als winzige Strings statt als Punktteilchen auffassen, verschwinden viele der Unendlichkeiten, unter denen frühere Theorien litten.

Die Stringtheorie ist eine stark mathematisch geprägte Theorie. Sie wurde enorm von der Mathematik beeinflusst und sogar geformt; im Gegenzug hatte die Physik in Form der Stringtheorie ebenfalls einen großen Einfluss auf die reine Mathematik. Die Stringtheorie wird derzeit als der heißeste Kandidat für die Beschreibung einer Quantentheorie der Gravitation gehandelt. Darüber hinaus könnte sie – quasi als Nebenprodukt – auch alle anderen Kräfte in einem einzigen Ansatz vereinen, indem sie sie als Manifestationen von Strings und deren Aufspaltung und Vereinigung beschreibt. An diesem Punkt befindet sich die Grundlagenphysik zur Zeit: Wir haben eine Theorie, die mathematisch sehr tiefgehend und umfassend ist (wie wir später noch sehen werden), die aber experimentell noch nicht bestätigt wurde – und dies aufgrund der extremen Kleinheit der Strings in naher Zukunft vermutlich auch nicht werden wird.

1 1)Siehe Über den Himmel von Aristoteles.

2 2)Siehe Goldstein, B.R. (1977). Ibn Muadh’s treatise on twilight and the height of the atmosphere. Arch. Hist. Exact Sci. 17: 97–118; 10.1007/BF02464977.

3 3)Es wurde ferner postuliert, dass diese Welle ein Medium benötigte, das zu der Zeit als Lichtäther oder einfach äther bezeichnet wurde – eine Hypothese, die später durch das berühmte Michelson-Morley-Experiment widerlegt wurde. (Mehr über die wissenschaftliche Gedankenwelt dieser Zeit findet sich in dem klassischen Werk A Guide to the Scientific Knowledge of Things Familiar von Ebenezer Cobham Brewer.)

4 4)Die Ausdrücke in dieser Gleichung sind Operatoren. ist der Operator der Gesamtenergie, –iħ∇ der Impulsoperator und V̂ der Operator der potentiellen Energie. Die Masse m ist wie in der klassischen Mechanik ein einfacher Skalar.

5 5)Eine gut lesbare Darstellung dieses Problems findet sich in Der seltsamste Mensch: Das verborgene Leben des Quantengenies Paul Dirac von Graham Farmelo (Springer-Verlag 2018).

6 6)Die korrekte – und physikalisch treffendere – Übersetzung des englischen Begriffs Dirac sea wäre eigentlich Dirac-Meer, allerdings hat sich der ,,Dirac-See“ im Deutschen fest etabliert. Sprache ist nicht immer logisch.

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