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Dokumentation zur Stringtheorie. Die 3sat-Sendung zeigt Überlegungen zur Stringtheorie. Es wird erklärt, was Strings sind, was die Stringtheorie erklären kann und warum die Theorie experimentell (noch) nicht beweisbar ist. Auch die Möglichkeit von "Paralleluniversen" wird besprochen.
- Überblick
- Arten Von Strings
- Bosonische Stringtheorie
- Entwicklung zu Superstringtheorie und M-Theorie
- Experimentelle Überprüfung
- Kritik
- Literatur
- Weblinks
Im Gegensatz zum Standardmodell der Teilchenphysik sind bei der Stringtheorie die fundamentalen Bausteine, aus denen sich die Welt zusammensetzt, keine Teilchen im Sinne von Punkten (also nulldimensionalen Objekten), sondern vibrierende eindimensionale Objekte. Diese eindimensionalen Objekte werden Strings genannt. Elementarteilchen kann man sich a...
Geschlossene und offene Strings
Strings können entweder offen oder geschlossen sein. Ein „geschlossener String“ besitzt keine Endpunkte und ist daher in seiner Topologie einem Kreis äquivalent. Ein „offener String“ hat zwei Enden und ist topologisch äquivalent zu einer Strecke. Nicht alle Stringtheorien enthalten offene Strings, aber jede Theorie muss geschlossene Strings enthalten, da Wechselwirkungen offener Strings immer geschlossene erzeugen können. Die älteste Stringtheorie, die offene Strings enthielt, war die Typ-1-S...
Orientierung
Strings können auch eine „Orientierung“ besitzen, die man sich als stringinternen Pfeil denken kann, der sie von Strings mit der entgegengesetzten Orientierung unterscheidet. Im Gegensatz dazu gibt es auch den „nichtorientierten String“, dem kein solcher Pfeil zugewiesen werden kann.
Nambu-Goto-Wirkung
Die Nambu-Goto-Wirkung ist die einfachste Form der Wirkung einer Stringtheorie, beschreibt eine bosonische Stringtheorie (ohne Fermionen) und wurde um 1970 von Yōichirō Nambu und Tetsuo Gotō eingeführt. Da die Lichtkegelquantisierung der Nambu-Goto-Wirkung nicht manifest kovariant ist, bietet sich hier die äquivalente, aber kompliziertere Polyakov-Wirkung an. Ein Punktteilchen, das sich durch die Raumzeit bewegt, beschreibt eine eindimensionale Kurve, auch Weltlinie genannt. Analog dazu besch...
Polyakov-Wirkung
Die Quadratwurzel der Nambu-Goto Wirkung hat entscheidende Nachteile bei der Quantisierung, eine einfachere Form ist die Polyakov-Wirkung, auch String-Sigma-Modell genannt: 1. Sσ=−T2∫d2σ−hhαβ∂αX⋅∂βX, wobei hαβ(σ,τ) eine zusätzliche Weltflächenmetrik ist (d2σ=dσdτ). Reparametrisierungsinvarianz und Skalierungsinvarianz erlauben es, das Hilfsfeld als hαβ=(−1001)zu wählen, worauf sich die Polyakov-Wirkung vereinfacht zu 1. S=T2∫d2σ(X˙2−X′2) für Bewegungsgleichungen in einer flachen Minkowski-Rau...
Symmetrien der Polyakov-Wirkung
1. Poincaré-Transformation: Globale Symmetrie der Weltflächen-Felder mit δXμ=aνμXν+bμ mit δhαβ=0. 1. Reparametrisierungen: Die Polyakov-Wirkung ist klassisch äquivalent zur Nambu-Goto-Wirkung und daher auch lokal reparametrisierungsinvariant unter σα↦fα(σ)=σ′α und hαβ(σ)=∂fγ∂σα∂fδ∂σβhγδ(σ′). 1. Weyl-Transformationen: Lokal invariant unter Reskalierung hαβ↦eϕ(σ,τ)hαβ und δXμ=0.
Ursprünglich war die Entdeckung der Strings (als „duale Modelle“) eine Formel von Gabriele Veneziano aus dem Jahre 1968 im Rahmen der Streumatrix-Theorie stark wechselwirkender Teilchen. 1970 gaben Yōichirō Nambu, Holger Bech Nielsen und Leonard Susskind eine Interpretation in Form von eindimensionalen Strings. Zunächst nur für Teilchen mit ganzzah...
Gemäß der Stringtheorie gibt es ein Vibrationsspektrum von unendlich vielen Schwingungsmodi, die aber viel zu hohe Massen (Energien) haben, um direkt beobachtet werden zu können. Berücksichtigt man die geringe Ausdehnung der Strings in der Größenordnung der Planck-Länge, so bedeutet das nach einem quantenmechanischen Standardargument, dass die Vibr...
An der Stringtheorie entzündete sich seit den 2000er-Jahren eine zum Teil heftige Kritik. Der Nobelpreisträger und Festkörperphysiker Robert Laughlin, der vor allem die starke Bindung von Forschungsressourcen auf einem den Anwendungen fernstehenden Gebiet kritisiert, fasst es wie folgt zusammen: „Weit entfernt von einer wunderbaren technologischen ...
Populärwissenschaftliche Bücher
1. Brian Greene: The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory. Vintage Books, 2000, ISBN 0-393-05858-1. (Das elegante Universum.2002, Goldmann Verlag, 2005, ISBN 3-442-76026-7.) 2. Brian Greene: Der Stoff, aus dem der Kosmos ist – Raum, Zeit und die Beschaffenheit der Wirklichkeit. Siedler Verlag, 2004, ISBN 3-88680-738-X. (Goldmann TB 2008; Originalausgabe The fabric of the cosmos.) 3. Steven Gubser: The little book of string theory.Princeton U...
Lehrbücher
1. Katrin Becker, Melanie Becker, John Schwarz: String Theory and M-Theory: A Modern Introduction.Cambridge University Press, 2007, ISBN 978-0-521-86069-7. 2. Ralph Blumenhagen, Dieter Lüst, Stefan Theisen: Basic concepts of string theory.Springer, 2013. 3. Michael Green, John Schwarz, Edward Witten: Superstring theory. Cambridge University Press, 1987. 3.1. Vol. 1: Introduction.ISBN 0-521-35752-7. 3.2. Vol. 2: Loop amplitudes, anomalies and phenomenology.ISBN 0-521-35753-5. 4. Luis E. Ibáñez...
Aufsätze
1. Michael Green: Superstrings. In: Scientific American. November 1986, (damtp.cam.ac.uk). 2. Edward Witten: What every physicist should know about string theory. In: Physics Today. November 2015, sns.ias.edu(PDF).
25. Aug. 2009 · Die Stringtheorie bietet eine alternative Beschreibung unserer Welt – wie sich mit ihrer Hilfe die Starke Kraft zwischen den Quarks beschreiben lässt, untersuchen die Physiker, zum Beispiel in der Theoriegruppe beim Forschungszentrum DESY.
Als Stringtheorie bezeichnet man eine Sammlung eng verwandter hypothetischer physikalischer Modelle, die anstelle der Beschreibung von Elementarteilchen in den gewohnten Modellen der Quantenfeldtheorie als punktförmige Teilchen (räumliche Dimension Null) in der Raum-Zeit sogenannte Strings ( englisch für Fäden oder Saiten) als ...
Durch die Stringtheorie soll versucht werden, alle Materien und Kräfte durch eine mathematische Formel zu erklären. Stringtheorie für Anfänger: Wie die Saiten eines Instruments schwingen die...
- 3 Min.
Als Stringtheorie bezeichnet man eine Sammlung eng verwandter hypothetischer physikalischer Modelle, die Strings (englisch für Fäden oder Saiten) als fundamentale Objekte mit eindimensionaler räumlicher Ausdehnung verwenden.
Die Stringtheorie in der Schule Anhand von praktischen Unterrichtsbeispielen wird gezeigt, an welchen Stellen beispielsweise im niedersächsischen Lehrplan Anknüpfungspunkte zum Einstieg in die Stringtheorie gegeben sind.
