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Was ist die Stringtheorie? Wer hat es erfunden / entdeckt?

FRAGE #138
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Gefragt von: John

Antwort

Stringtheorie ist ein Begriff, der verwendet wird, um eine Reihe von sehr eng verwandten mathematischen Modellen von zu beschreibenelementarteilchen und ihre Wechselwirkungen. Stringtheorien versuchen, die Gravitationstheorie (allgemeine Relativitätstheorie) mit den drei anderen Naturkräften zu vereinheitlichen, die wir mit den Techniken der Quantenfeldtheorie beschreiben gelernt haben.In der Stringtheorie werden die bekannten Elementarteilchen nicht mehr als dimensionslose mathematische Punktobjekte beschrieben, sondern als ausgedehnte eindimensionale Objekte (daher der Name ‚String‘). Diese Objekte können entweder offene Bits einer Linie oder in Schleifen geschlossen sein. Die Größe der einzelnen Strings ist so fantastisch klein, dass jedes Experiment, das wir möglicherweise an einem Elementarteilchen durchführen könnten, seine String-ähnliche Natur nicht offenbaren würde – es würde genauso aussehen wie das Punktteilchen, das wir erwarten.
Da die Saiten eine endliche Größe haben, können sie vibrieren. Alle bekannten Teilchen der Natur sind nurverschiedene Schwingungsarten der Saite. Somit ist die Saite das einzige wirklich ‚fundamentale‘ Teilchen.Damit Stringtheorien mathematisch konsistent sind, müssen sie Strings beschreiben, die sich in mehr als vier Dimensionen bewegen. Wenn eine Stringtheorie die richtige Theorie der Natur ist, müssen diese zusätzlichen Dimensionen offensichtlich vor unserer Fähigkeit verborgen sein, sie zu erkennen. Die allgemeine Annahme ist, dass sie ‚kompakt‘ sind – in eine Dimension gerollt, die so klein ist, dass unsere tägliche Erfahrung nur die vier großen (drei Räume, eine Zeit) offenbart, in denen wir leben.Ursprünglich wurden diese Modelle erfunden, um das Muster von Massen und Spins der sogenannten’Hadronen‘ zu beschreiben: stark wechselwirkende Teilchen aus Quarks, die in den Teilchenbeschleunigern der 50er und 60er Jahre in Hülle und Fülle produziert wurden. Der Schlüsseltheoretiker hinter diesen frühen Modellen wäre wahrscheinlich Gabriele Veneziano. Die Stringtheorien erwiesen sich als das falsche Modell für die Hadronenphysik, wurden aber später von einer Reihe von Theoretikern an ihre heutige Rolle als Theorie aller Elementarteilchen angepasst. Einige der frühesten und wichtigsten waren Pierre Ramond, Andre Neveu, JohnSchwarz und Joel Scherk. Diese Entwicklung fand Mitte der 1970er Jahre statt. Natürlich waren viele, viele Theoretiker an der Entwicklung der Stringtheorie beteiligt, die bis heute andauert.Dies war eine sehr grobe Beschreibung einer komplizierten Theorie, und ich verweise Sie auf den Artikel von Michael Green in der September-Ausgabe 1986 von Scientific American mit dem Titel ‚Superstrings. Obwohl dieser Artikel über zehn Jahre alt ist, ist er immer noch eine der besten Beschreibungen der Stringtheorie für den allgemeinen Leser. Der Artikel wurde kurz nach der Entwicklung der speziellen Art der Stringtheorie geschrieben, die als ‚heterotische‘ Stringtheorie bekannt ist. Noch heute ist diese Art der Stringtheorie der führende Kandidat für eine sogenannte ‚Theorie von allem‘. Wir sind jedoch noch weit davon entfernt, eine solche endgültige Theorie zu entwickeln – und viele neue Entwicklungen entstehen jeden Tag in diesem sich schnell verändernden Bereich.
Beantwortet von: Brent Nelson, M.A. Physik, Ph.D. Student, UC Berkeley

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