Stringtheorie

Was besagt eigentlich die Stringtheorie und was würde sie ausmachen in unserem Universum?
Wie kommt man eigentlich auf so eine Idee und ist sie sehr umstritten unter den Physikern?
mfg Silvester

Hallo Sylvester,

Silvester schrieb in Beitrag Nr. 1158-1:

Was besagt eigentlich die Stringtheorie und was würde sie ausmachen in unserem Universum? Wie kommt man eigentlich auf so eine Idee und ist sie sehr umstritten unter den Physikern?

Da hast du dir ein sehr schwieriges Thema ausgesucht. Die Stringtheorie ist bislang noch nicht das, was man als physikalische Theorie bezeichnen könnte. Der begriffliche Rahmen der Stringtheorie ist bisher auch unter Physikern unverstanden. Ich kann dir lediglich Fragmente der Stringtheorie mitteilen, so dass du vielleicht in die Lage versetzt wirst, gezielte Fragen zu stellen. Hilfreich wäre es, wenn du schreiben würdest, was dir bereits von der Stringtheorie zur Kenntnis gelangt ist. Dann müsste ich nichts Überflüssiges schreiben.

Erstes Fragment: Raumzeit.
In der Physik wurden Raum und Zeit bisher stets als die "Bühne", als nichthinterfragbarer Hintergrund für alle physikalischen Erscheinungen angesehen. In der Stringtheorie wird die Raumzeit durch vibrierende Strings konstituiert. Diese Strings vibrieren nicht in Raum und Zeit, sondern sie sind die Raumzeit. Das ist jedenfalls ein Aspekt der Stringtheorie, die bisher noch nicht durch Experimente belegt ist.

Zweites Fragment: Photonen.
Das elektromagnetische Feld ist an die Existenz von Teilchen geknüpft, die man Photonen nennt. Diese Photonen entsprechen einer bestimmten Schwingungsmode eines Strings. Das, was man als elektrische Ladung bezeichnet, entsteht also durch die Kopplung von Strings mit etwas unterschiedlichen Schwingungsmoden.

Mit freundlichen Grüßen
Eugen Bauhof

hallo bauhof,
Erst einmal danke für deine bisherigen Informationen. ich weis so gut wie garnichts über die stringtheorie. Das heißt Überflüßiges gibt es für dich nicht zu berichten. Ich habe nur kurz darüber gehört und will jetzt mehr darüber wissen. Noch ein paar fragen: Wie kommt man auf so eine Idee? Was hat sie für einen Sinn für die Physik?
Und in welchen größen stellt man sich diese Strings vor?

Du hast zuvor angesprochen, dass die Strings Raum und Zeit sind. Das heißt, dass selbst im leersten Vakuum noch Strings vorhanden sind?

mfg Silvester

Hallo Silvester,

Grundsätzlich: Durch Experimente und Messungen kann man auf Regelmäßigkeiten stossen, die wiederum zu Gesetzmäßigkeiten führen. Über die Natur unserer Welt sagen die Messungen nur wenig aus. Dazu müssen die Ergebnisse der Messungen interpretiert werden, und Interpretationen gibt es meistens mehrere; einige finden viel Beachtung unter den Wissenschaftlern, andere weniger, einige kommen und gehen, andere halten sich hartneckig.
Die Stringtheorie ist dabei nur eine von mehreren. Sie hat wohl an Akzeptanz verloren und ist mir auch eher unsympatisch, da sie von sehr vielen rein hypotetischen Annahmen ausgeht.
Die Frage nach der Größe von Strings kann nicht beantwortet werden, weil sie keine Größe in dem Sinne haben, was wir unter Größe verstehen. Laut Definition sollen Strings eine Länge besitzen, aber keine weitere räumliche Ausdehnung. So etwas wie ein Bindfaden mit einem Durchmesser von 0 mm.

Ich empfehle Dir, bevor Du Dich mit solchen Fragen beschäftigst, einfach zu verstehende populärwissenschaftliche Literatur über die Relativitätstheorie und die Quantenmechanik zu besorgen. Schnüffle einfach einmal in einem gut sortierten Buchladen herum. Ich habe es so gemacht und das hat mich besagten Themen ohne Physikstudium näher gebracht, was nicht heißt, dass ich wirklich etwas verstanden habe. Außerdem war es ein jahrelanger Prozess, bei dem so nach und nach ab und zu ein Aha-Erlebnis kam.

Gruß, okotombrok

Hallo Silvester,

auch ich weiß noch sehr wenig darüber, bin aber aus mehreren Gründen (nicht nur wissenschaftlichen) fasziniert von dieser Theorie.
Ich werd mal mein weniges Wissen dazu beitragen, um weitere Impulse zu geben.

Zitat:

Noch ein paar fragen: Wie kommt man auf so eine Idee? Was hat sie für einen Sinn für die Physik?

Das große "Endziel" der Physiker ist es ja, eine Theorie zu schaffen, die alle (materiellen, energetischen und raumzeitlichen) Erscheinungen unserer Welt erklärt. Bisher ist es zum Beispiel immer noch nicht gelungen, die Gravitationskraft mit den anderen drei Kräften (elektromagnetische, starkke und schwache Wechselwirkung) zu einer einheitlichen Theorie zu vereinen. Die Stringtheorie kann das (hypothetisch!). Wie Bauhof schon bemerkte, sind die Strings für raumzeitliche Effekte verantwortlich, die Gravitation ist quasi eine unvermeidliche Auswirkung der Strings. Die Gravitation ist in den Strings "automatisch" verankert.
Die Strings sind eindimensional, haben also nur eine Ausdehnung in der Länge. Sie können zwei offene Enden haben, oder ringförmig geschlossen sein. Diese eindimensionalen Gebilde können nun schwingen - und zwar in mehr als eine Dimension. Laut Theorie sogar in mehr als drei Dimensionen! Die Zahl der Dimensionen ist etwas unübersichtlich geworden, da die Stringtheorie eigentlich eine Gruppe von Theorien ist. Die eine Theorie mit soundsoviel Dimensionen erklärt diese Erscheinung besser, die andere Theorie eine andere Erscheinung. Eine Theorie braucht soundsoviele Dimensionen, die andere mehr oder weniger. Was ist der Sinn der mehrdimensionalen Schwingungen? Sie braucht der Mathematiker (!), um alle Erscheinungen unserer Welt zu erklären. Schwingt ein String (auch in Beziehung zu anderen Strings) soundso, äußert sich diese Schwingung beispielsweise in einem Photon. Was diese mathematischen vielen Dimensionen in der realen Welt bedeuten, ist unbekannt. Sie entziehen sich jeder uns bekannten Begrifflichkeit.

Zitat:

Du hast zuvor angesprochen, dass die Strings Raum und Zeit sind. Das heißt, dass selbst im leersten Vakuum noch Strings vorhanden sind?

Ja. Laut dem gegenwärtigen Stand unserer Erkenntnisse, gibt es kein absolutes Vakuum - es kann und darf nicht existieren.

Was mich an dieser Theorie außerhalb der Wissenschaft so fasziniert, ist ein selbstverständliches Konzept der Natur, über welches wir kaum einen Gedanken verschwenden. Es ist das Konzept der Resonanz. Die Resonanz ist eine Grundeigenschaft der Welt, ohne die auch (oder gerade!) die Stringtheorien nicht auskommen. Resonanz schafft Harmonie und bringt Ordnung ins Chaos. Ein meiner Meinung nach schon beinahe übergeordnetes Konzept (mit aller Vorsicht gesagt!!!), nach dem sich unsere gesamte Welt in allen Bereichen richtet. Hierin steckt meiner Meinung nach mehr Wahrheit, als wir bisher ahnen. Deshalb sind die Stringtheorien mein absoluter Favorit - egal ob sie gerade in Mode sind oder nicht.

das Dimensionsdenken:

Ohne messende Individuen hat der Raum gar keine Dimensionen. Denkbar sind unendlich viele Messungen der Länge in alle Richtungen des Raumes, unter jedem Winkel. Es läßt sich jedoch zeigen, daß drei senkrecht aufeinander stehende Dimensionen ausreichen, um jeden Punkt im Raum exakt zu lokalisieren. Das heißt: Drei Dimensionen genügen zur kürzesten Beschreibung, und mehr sind für Mathematiker nicht nötig. Nicht der Raum hat die Dimensionen, sondern die Menschen haben drei Dimensionen (Länge,Höhe, Breite), um damit den Raum zu beschreiben.

0D = der Punkt
1D = die Linie
2D = die Fläche
3D = der Raum
4D = das Denken( universell )

Die Nullte und die vierte Dimension sind meine Erklärungsansätze in der Stringtheorie ...

http://de.wikipedia.org/wiki/Calabi-Yau-Mannigfalti...

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

Gruß

Hallo Silvester,

Silvester schrieb in Beitrag Nr. 1158-3:

Du hast zuvor angesprochen, dass die Strings Raum und Zeit sind. Das heißt, dass selbst im leersten Vakuum noch Strings vorhanden sind?

Das sind zwei verschiedene "Baustellen".

Erste Baustelle: Das 'leerste' Vakuum ist nicht leer. Das wird experimentell nachgewiesen durch den Casimir-Effekt. Den will ich jetzt nicht näher erläutern. Bei Wikipedia oder sonst wo nachsehen.

Zweite Baustelle: Im Vakuum sind nicht Strings "vorhanden", sondern das Vakuum besteht aus Strings. Ein Aspekt der Stringtheorie ist, dass die Raumzeit durch (geschlossene) Strings konstituiert (zur Existenz gebracht, erzeugt, dargestellt...) wird.

Mit freundlichen Grüßen
Eugen Bauhof

Hallo Bauhof,
du hast geschrieben:
"Erstes Fragment: Raumzeit.
In der Physik wurden Raum und Zeit bisher stets als die "Bühne", als nichthinterfragbarer Hintergrund für alle physikalischen Erscheinungen angesehen. In der Stringtheorie wird die Raumzeit durch vibrierende Strings konstituiert. Diese Strings vibrieren nicht in Raum und Zeit, sondern sie sind die Raumzeit. Das ist jedenfalls ein Aspekt der Stringtheorie, die bisher noch nicht durch Experimente belegt ist. "

Dieses sehr anspruchsvolle Ziel wird nur von einer kleinen Minderheit der Stringphysiker verfolgt. Meines Erachtens aber der richtige Weg. Aber woher hast du Infos, Links? Bitte weitersagen.

Hast du dir schon einmal klar gemacht, daß Strings, die nicht in Raum und Zeit gelagert sind gar nicht schwingen können! Alle Observablen einer schwingenden Saite (Frequenz, Wellenlänge, Amplitude...) brauchen den zeitlichen und räumlichen Hintergrund. Auch die Rede von der Eindimensionalität des String wird ohne diesen Hintergrund sinnlos.
Gleichzeitig sind dies alles Größen die im Bereich der Plancklänge eh nicht mehr messbar sind. Prinzipiel nicht.
Größen, die man prinzipiell nicht messen kann sollten aus der Theorie eliminiert werden.
Was bleibt?
Ein elementares Quantenereignis. Viele elementare Quantenereignisse. Potentielle und faktische. Der Superstring, der die Raumzeit aufspannen soll kann als eine Überlagerung aller möglichen Zustände betrachtet werden. Jeder dieser Zustände entspricht einem potentiellen Elementarteilchen (als elementares Quantenereignis, nicht als Teilchen!)

zara.t.

Hallo Zara.t.,

Zara.t. schrieb in Beitrag Nr. 1158-8:

Dieses sehr anspruchsvolle Ziel wird nur von einer kleinen Minderheit der Stringphysiker verfolgt. Meines Erachtens aber der richtige Weg. Aber woher hast du Infos, Links? Bitte weitersagen.

Da stimme ich dir zu. Meine Informationen zum Thema Stringtheorie bezog ich nicht aus dem Internet, sondern aus Büchern. Im Internet müsste ich erst suchen. Brian Greene schreibt in seinem Buch [1] auf Seite 437 folgendes, Zitat:

"In gewisser Weise sind die einzelnen Strings 'Scherben' von Raum und Zeit, und nur wenn sie in bestimmter Weise koordinierte Schwingungen aufnehmen, bilden sich Raum und Zeit im herkömmlichen Sinne. [...] Wie wir unserer Malerin gestatten sollten, auf einer leeren Leinwand zu arbeiten, sollten wir der Stringtheorie die Möglichkeit geben, ihre Raumzeitarena selbst zu schaffen, indem wir sie in einer raum- und zeitlosen Konfiguration beginnen lassen." Zitat Ende.

Das interpretiere ich so: Wenn die Strings die Scherben der Raumzeit sein sollen, dann können diese Scherben nicht in der bereits vorhandenen Raumzeit sein, sondern diese Scherben bilden erst die Raumzeit. Die Raumzeit ist deshalb kein passiver Hintergrund, sondern sie muss aus der String-Dynamik erst entstehen.

David F. Peat formuliert das Problem in seinem Buch [2] auf Seite 332 folgendermaßen, Zitat:
"Wiederholt wurde darauf hingewiesen, dass es nicht sinnvoll ist, von den Schwingungen eines Strings in der Raumzeit zu sprechen. Strings und Raumzeit müssen auf dieser Ebene untrennbar sein. Die Vorstellung von der Hintergrund-Raumzeit ist nicht mehr haltbar." Zitat Ende.

Im gleichen Sinne äußert sich Lee Smolin in seinem Buch [3] auf Seite 85 wie folgt, Zitat:
"Wenn Gravitation sich aus der Bewegung der Strings ergeben soll und wenn gleichzeitig - wie Einstein es uns gelehrt hat - die Gravitation ein geometrischer Aspekt von Raum und Zeit sein soll, dann dürfen sich in einer wirklich befriedigenden Formulierung die Strings nicht in einem festen Raum bewegen. Sie würden Raum und Zeit erst ausmachen."

Mit freundlichen Grüßen
Eugen Bauhof

[1] Brian Greene
Das elegante Universum.
Superstrings, verborgene Dimensionen und die Suche nach der Weltformel.
Berlin 2000, ISBN=3-88680-699-5

[2] David F. Peat
Kosmische Fäden. Die Suche nach der Theorie, die alles erklärt.
Hamburg 1989, ISBN=3-455-08340-4

[3] Lee Smolin
Warum gibt es die Welt? Die Evolution des Kosmos.
München 1999, ISBN=3-406-44895-X

Danke Bauhof,
ich stimme mit deinen Links überein. Vor allem Lee Smolin hat ja einiges zu Hintergrundsfreiheit und relationalen Größen gesagt. Die aus Strings als Quanten der Raumzeit resultierenden Observablen müßten solche relationalen Größen sein.

zara.t.