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Strings - Urbausteine der Natur?

Mit der Stringtheorie haben die Physiker offenbar eine mathematische Struktur entdeckt, die alle physikalischen Gesetze vereinigt. In neuen Teilchenbeschleunigern könnte die Theorie ihre ersten Tests bestehen.


Wenn die Physiker in gigantischen Beschleunigern Elementarteilchen bei höchstmöglichen Energien kollidieren lassen, simulieren sie für winzige Augenblicke den Urknall – denn ganz am Anfang war das Universum ähnlich dicht und heiß. Bei solch enormen Ener­gien ist die Welt offenbar einfach, regelmäßig und symmetrisch. Dem Kosmos scheint also ein relativ einfacher Urzustand zugrunde zu liegen, dem die Theoretiker durch möglichst allgemeingültige Gesetze auf die Spur kommen möchten.

Als die Naturforscher während der letzten 25 Jahre nach solchen Gesetzen suchten, ähnelte ihre Tätigkeit der eines Archäologen, der die reich verzierten Scherben einer Amphora findet und durch Zusammenfügen die ursprüngliche Gestalt zu erraten sucht: Er kombiniert die Bruchstücke so lange, bis sich trotz fehlender Fragmente ein stimmiges Ornament erkennen lässt. Ähnlich liegen dem Physiker zwei zwar schöne, aber unvollständige Teile einer allgemeinen Theorie vor: die Quantenchromodynamik zur Beschreibung der starken Kraft zwischen den Bausteinen der Kernteilchen – den Quarks – und die elektroschwache Theorie für Elektromagnetismus und schwache Kraft. Beide zusammen bilden das Standardmodell der Elementarteilchenphysik – das aber nicht vollständig ist, da es die Gravitation nicht zu beschreiben vermag. Der Physiker möchte dies alles nun auf möglichst elegante Art so zusammenfügen, dass sich eine umfassende »Theorie von Allem« ergibt.

Immerhin hat das Standardmodell drei Jahrzehnte der experimentellen Überprüfung praktisch unverändert überstanden; als Achillesferse hat sich nur kürzlich die Entdeckung erwiesen, dass das Neutrino im Gegensatz zum Modell eine kleine, von null verschiedene Masse besitzt. Mit Hilfe der so genannten Strings versuchen die Physiker nun schon seit längerer Zeit eine mathematische Struktur zu konstruieren, in die sich auch das sperrigste Stück – die Gravitation – einfügen lässt. Zunächst gab es mehrere konkurrierende Stringtheorien. Doch in den letzten Jahren haben die Theoretiker erkannt, dass es sich dabei nur um verschiedene Aspekte ein und derselben formalen Struktur handelt, die heutzutage Membran- oder kurz M-Theorie genannt wird.

Im Rahmen des Standardmodells beschreiben die Forscher die Wechselwirkungen zwischen den Teilchen mit Hilfe der Yang-Mills-Theorien, benannt nach dem chinesisch-amerikanischen Physiker C. N. Yang und seinem Kollegen Robert L. Mills. Die Kräfte werden dabei durch Feldquanten vermittelt – masselose Teilchen mit ganzzahligem Spin, so genannte Bosonen. Sie heißen insbesondere Eichbosonen, denn ihre Eigenschaften ergeben sich aus Symmetrieeigenschaften, denen die Materie unter so genannten Eichtransformationen gehorcht.

Die starke Kraft macht sich als Anziehung zwischen den Kernteilchen – Protonen und Neutronen – bemerkbar, die ihrerseits aus Quarks zusammengesetzt sind. Die starke Wechselwirkung zwischen den Quarks hängt von speziellen Quantenzahlen dieser Teilchen ab, den so genannten Farbladungen. Diese »Farben« lassen sich durch eine Gruppe von Transformationen ineinander überführen, denen acht verschiedene Wechselwirkungsteilchen entsprechen, die Gluonen (von englisch glue, Leim).

Ähnlich hängen zwei andere Symmetriegruppen des Standardmodells mit den Trägern der elektroschwachen Kraft zusammen: mit dem Photon, dem Feldquant des Elektromagnetismus, sowie den Bosonen Z0, W- und W+, den Quanten der schwachen Kraft. Im Rahmen der Yang-Mills-Theorien ist die Reichweite dieser Wechselwirkungen unendlich; gemäß der Quantenmechanik folgt daraus, dass die Masse der vermittelnden Teilchen null sein muss. Bei hohen Energien ist das tatsächlich der Fall, aber in unserem alten und kalten Universum ist nur noch das Photon masselos, und die zugehörige elektromagnetische Kraft hat dementsprechend unendliche Reichweite. Die Bosonen Z0, W- und W+ besitzen dagegen von null verschiedene Massen und vermitteln eine schwache Kraft mit kurzer Reichweite.

Diese Eigenschaft bricht die elektroschwache Symmetrie, sodass die schwache Kraft – verantwortlich für Phänomene wie den radioaktiven Beta-Zerfall des Atomkerns – völlig verschieden ist von der elektromagnetischen Wechselwirkung. Was aber verursacht bei niedrigen Energien die endlichen Massen der Bosonen Z0, W- und W+? Um dieses Problem zu lösen, haben die Physiker im Standardmodell ein hypothetisches Partikel mit Spin null eingeführt, das Higgs-Boson. Es soll mit den Feldquanten in Wechselwirkung treten und ihnen dadurch ihre tatsächlich beobachteten Massen verleihen.

Vereinte Kräfte

Das Verhalten der Photonen und der Bosonen Z0, W- und W+ zeigt, dass sich die Natur erheblich vereinfacht, wenn man die Energie erhöht, also ähnliche Bedingungen wie beim Urknall produziert: Die schwache und die elektromagnetische Kraft vereinen sich dann zur elektroschwachen Kraft. Die Physiker sind überzeugt, dass sich bei genügend hohen Energien sogar alle drei fundamentalen Kräfte des Standardmodells – starke, schwache und elektromagnetische Wechselwirkung – zu einer einzigen Kraft vereinen. Doch diese »große Vereinigung«, der als Theorie eine künftige Grand Unified Theory (Gut) entspräche, dürfte vermutlich erst bei einer Energie von der Größenordnung 1016 ­Milliarden Elektronenvolt (Gigaelektronenvolt, GeV) pro Teilchen zu Tage treten.

Das Standardmodell lässt viele Fragen offen: Warum spielen einige Arten von Symmetrie eine besondere Rolle? Warum gibt es nur drei Familien von Materiepartikeln – und nicht nur eine einzige oder unendlichviele? Auf welchem Prinzip beruht die Existenz des Higgs-Bosons, und wie lassen sich die genauen Massenwerte erklären, die es den Teilchen verleiht? Außerdem ist die Energie, bei der sich die »große Vereinigung« ereignen soll, viel höher als diejenige, welche der Masse des schwersten Quarks, des Top-Quarks, entspricht. Für die Theoretiker, die stattdessen eine ähnliche Größenordnung erwartet hätten, bildet dieses »Hierarchieproblem« eines der größten Rätsel der Elementarteilchenphysik. Das Standardmodell beschreibt somit zwar unser Universum einige Sekundenbruchteile nach seiner Entstehung recht gut, erklärt aber nicht seine Struktur – und dann ist da natürlich noch das Problem der Gravitation.

Im Standardmodell berechnet man die Wahrscheinlichkeit eines Ereignisses, indem man, den Regeln der Quantentheorie folgend, die Wahrscheinlichkeiten für alle Realisierungsmöglichkeiten dieses Ereignisses aufsummiert. Oft erhält man auf diese Weise jedoch ein unendlich großes Resultat. Die Physiker haben eine Methode gefunden – die so genannte Renormierung –, die ihnen erlaubt, diese Unendlichkeiten wieder loszuwerden. Unglücklicherweise lässt sich dieses Verfahren nicht auf die Gravitation anwenden: Anscheinend ist es unmöglich, die Allgemeine Relativitätstheorie quantenmechanisch zu formulieren, ohne unaufhebbare Unendlichkeiten zu erzeugen.

Solche Quantengravitationseffekte tauchen allerdings erst bei Energien von rund 1018 GeV auf – dem Hundertfachen der Energie der großen Vereinigung. Die einzelnen Teile des Standardmodells fügen sich also zu einer halbwegs vollständigen Amphora, solange die Gravitation keine Quanteneigenschaften zeigt. Um die Vereinheitlichung aller Kräfte – den unerfüllten Traum Einsteins – zu verwirklichen, sind völlig neuartige Theorien nötig: die Stringtheorien.

Schon 1968 suchten einige Physiker die Quantenfeldtheorie so zu modifizieren, dass sie die starke Kraft zwischen Protonen und Neutronen zu erklären vermochte. Dieser Versuch wurde zwar bald zugunsten der Quantenchromodynamik aufgegeben, aber einige Forscher bemerkten, dass die neue Gleichung die Elementar­teilchen wegen der quantenmechanischen Welle-Teilchen-Dualität auf verschiedene Moden von Schwingungen sehr kleiner »Fäden« (englisch strings) zurückführt. Diese Strings, die sowohl gestreckt (»offen«) als auch ringförmig (»geschlossen«) sein können, schwingen allerdings in einem Raum von 25 Dimensionen. Weist dieser Ansatz vielleicht den Weg zur gesuchten allumfassenden Theorie, die alle Bruchstücke zusammenfügt? Ja und nein.

Einerseits ja: Die Stringtheorie sagt nicht nur die Existenz von masselosen Teilchen mit Spin eins voraus, die man als die Eichbosonen des Standardmodells ansehen könnte, sondern auch Elementarteilchen mit Spin zwei, ebenfalls ohne Masse, die alle charakteristischen Eigenschaften des Gravitons aufweisen, des Austauschteilchens der Schwerkraft. Um eine Gravitation passender Stärke zu erzeugen, dürfen die Strings nur rund 10-35 Meter lang sein. Tatsächlich entdeckten die Physiker, dass im Rahmen einer solchen Theorie die Unvereinbarkeit zwischen Relativitätstheorie und Quantenmechanik verschwindet.

Andererseits nein: Leider waren einige Vorhersagen der Theorie völlig inakzeptabel, insbesondere die des Tachyons, eines Teilchens mit Überlichtgeschwindigkeit. Darüber hinaus existieren in der Theorie keine Fermionen, das heißt Teilchen mit halbzahligem Spin – und somit keine normale Materie!

Die Theoretiker konnten diese Unzulänglichkeit jedoch beheben, indem sie eine neue Art der Symmetrie einführten, die sie »Supersymmetrie« nannten. Diese Symmetrie tauscht Bosonen (Teilchen mit ganzzahligem Spin) und Fermionen (mit halbzahligem Spin) gegeneinander aus. So entstand die Superstringtheorie, in der es nicht nur die Feldquanten des Standardmodells und die Gravitonen mit Spin zwei gibt, sondern auch Fermionen mit halbzahligem Spin. Außerdem enthielt diese Theorie wie durch ein Wunder keine Tachyonen mehr. Und nebenbei reduzierte sich die Anzahl der Raumdimensionen auf »nur« noch neun.

Fünferlei Superstrings

Aber leider mussten die Physiker feststellen, dass diese Theorie immer noch einen großen Fehler enthielt: Sie war nicht »chiral«. In der Realität wechselwirken W- und Z-Bosonen auf unterschiedliche Art mit »rechtshändigen« und »linkshändigen« Fermionen, die sich durch ihre Spin-Orientierung unterscheiden: Die Partikel verhalten sich nicht wie ihr räumliches Spiegelbild. Die ursprüngliche, TypI genannte Theorie machte diesen Unterschied nicht. Also wurden neue Theorien vom Typ IIA und IIB aufgestellt. Sie enthalten geschlossene Strings, sind supersymmetrisch und erfordern ebenfalls neun Dimensionen. Eine von ihnen, IIB, ist sogar chiral; aber in ihr gibt es wiederum keine Eichbosonen, das heißt keine Wechselwirkungsquanten.

Erst nach 1984 begannen die Theoretiker, im Universum aller möglichen Stringtheorien Inseln zu entdecken, deren Eigenschaften den physikalischen Gesetzen besser entsprechen. So stießen sie auf zwei Theorien mit geschlossenen Strings, so genannte heterotische Stringtheorien, die jeweils mit einer eigenen Eichsymmetriegruppe ausgestattet sind. Eine von ihnen verdient besondere Aufmerksamkeit: Sie beruht auf einer Symmetriegruppe namens E8×E8, die alle drei Symmetrien des Standardmodells umfasst und somit die Existenz der entsprechenden Eichbosonen vorhersagt. Sie ist supersymmetrisch und sieht die Existenz von Materie vor. Außerdem ist sie chiral wie die Naturgesetze, und sie enthält zusätzlich zu den Kräften des Standardmodells die Gravitation. Dies war die erste Superstringtheorie, die auf die reale Welt anwendbar zu sein schien.

Somit gibt es heute fünf Superstringtheorien: eine Theorie mit offenen und geschlossenen Strings, genannt Typ I, sowie vier Theorien mit geschlossenen Strings: die Typen IIA und IIB und zwei Theorien mit heterotischen Strings. Allen ist gemeinsam, dass sie die Supersymmetrie einführen und vom Universum fordern, dass es neun statt drei räumliche Dimensionen besitzt.

Bisher konnten die Experimentalphysiker allerdings keine supersymmetrischen Spiegelbilder der herkömmlichen Elementarteilchen nachweisen – weder Bosonen mit Spin null namens Squarks, Selektronen und Sneutrinos noch Fermionen mit Spin einhalb namens Photino, Gluino und so weiter. Falls die Supersymmetrie bei hohen Energien tatsächlich existiert, muss sie bei den uns heute erreichbaren Energien so gebrochen sein, dass wir nur die Hälfte aller möglichen Teilchen sehen, nämlich die Fermionen und Bosonen des Standardmodells. Zudem haben wir noch niemals die Existenz zusätzlicher räumlicher Dimensionen festgestellt.

Zunächst: Warum sehen wir nur drei Raumdimensionen? Darauf könnte es zwei extreme Antworten geben: Entweder sind die zusätzlichen Dimensionen so winzig, dass wir sie nicht bemerken – oder sie sind zwar unendlich groß, aber für uns unzugänglich.

Im ersten Fall betrachten die Forscher Räume, bei denen einige Dimensionen »kompaktifiziert« sind, das heißt eng zusammengerollt. In unserem Universum gäbe es dann drei unendlich ausgedehnte sowie sechs zusätzliche, eingerollte Dimensionen. Betrachten wir der Einfachheit halber einen zweidimensionalen Raum, bei dem eine Dimension unendlich ist und die andere einen kleinen Kreis mit Radius R bildet. Von weitem sieht dieser Raum wie eine eindimensionale Linie aus. Erst aus großer Nähe – bei einer Auflösung der Größenordnung R – lässt sich erkennen, dass es sich in Wirklichkeit um einen unendlich langen Zylinder handelt, also um eine zweidimensionale Fläche.

Die Quantenmechanik lehrt, dass wir, um eine Länge der Größenordnung R zu erforschen, eine Energie der Größenordnung hc/R brauchen, wobei h die Planck’sche Konstante und c die Lichtgeschwindigkeit bedeutet. Um winzige zusätzliche Dimensionen der Größenordnung 10-35 Meter nachzuweisen, wären also enorme Energien nötig, die selbst die größten Teilchenbeschleuniger bei weitem nicht aufbringen.

Das Studium der Geometrie und Topologie unterschiedlich kompaktifizierter Dimensionen hat sich dennoch als sehr fruchtbar erwiesen. Wenn eine zusätzliche Dimension auf einen Kreis vom Radius R aufgerollt ist, hängt die Energie der Strings von zwei Faktoren ab: von den Schwingungen, die sie vollführen, und von der Art, wie sie um den Zylinder gewickelt sind. Die Oszillationen ergeben je nach dem Vibrationsmodus eine Serie von immer höheren Energiezuständen.

Die Art des Aufrollens der Strings liefert eine andere Serie von diskreten Zuständen; die Energie dieser so genannten Windungszustände hängt von der Anzahl der Wicklungen um die zusätzliche Dimension ab. Unterdessen haben die Theoretiker entdeckt, dass die Strings in einem Raum mit Radius R identisch sind mit denen in einem Raum mit Radius 1/R; der einzige Unterschied ist, dass Vibrations- und Windungszustandsserien vertauscht sind.

Die Forscher konnten noch tiefere Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Stringtheorien und den eingerollten Dimensionen zu Tage fördern. So ist die Theorie der heterotischen Strings in einem Raum, der zu einem vierdimensionalen Torus eingerollt ist, identisch mit der Stringtheorie des Typs IIA in einem Raum, der auf einer vierdimensionalen Mannigfaltigkeit namens K3 kompaktifiziert ist. Solche Zusammenhänge sind für die Theoretiker sehr nützlich: Wenn ein Problem in einer bestimmten Topologie nicht berechenbar ist, kann man auf ein anderes Universum mit anderer Topologie ausweichen, in dem die Rechnungen einfacher sind.

Wenn man nun versucht, die Stringtheorie auf unser Universum im Allgemeinen und auf das Standardmodell im Besonderen anzuwenden, bildet der Raum der zusätzlichen Dimensionen keinen einfachen Kreis mehr, sondern eine sechsdimensionale Mannigfaltigkeit. Gesucht sind nun die Eigenschaften, die eine solche Mannigfaltigkeit haben muss, um unsere physikalische Welt zu reproduzieren. Für die Theorie der heterotischen Strings mit Symmetriegruppe E8 × E8 – jene Theorie also, die der Realität am nächsten kommt – muss die Mannigfaltigkeit zu einer bestimmten Familie von Räumen gehören. Unglücklicherweise ist dies eine sehr große Familie, und wir wissen nicht genug, um die Form der zusätzlichen Dimensionen zu bestimmen. Das heißt, wir müssen aus all diesen Möglichkeiten die eine erraten, die auf unsere Realität zutrifft.

Die zweite prinzipielle Möglichkeit ist, dass wir unterstellen, die zusätzlichen Dimensionen seien unendlich. In diesem Zusammenhang bezeichnet das aus dem Wort Membranen hergeleitete Kunstwort »n-Branen« gewisse n-dimensionale Unterräume eines Basisraums von neun oder mehr Dimensionen. Die Branen sind Lösungen der Theorien des Typs I und II, an die sich die offenen Strings anheften. So gesehen gleicht unser Universum einem dreidimensionalen Fahnentuch; es flattert gleichsam in einem größeren Basisraum, in dem sich die geschlossenen Strings – beispielsweise das Graviton – aufhalten. An dem Fahnentuch selbst haften die offenen Strings, das heißt die Elementarteilchen des Standardmodells – und somit unweigerlich auch wir.

Einige Physiker vermuten, dass solche Theorien die Frage beantworten könnten, warum die Gravitation so erstaunlich schwach ist. Die Gravitonen – die geschlossenen Strings – hätten einen viel größeren Raum zur Verfügung als die Elementarteilchen des Standardmodells, das heißt die offenen Strings. Darum wären die Kräfte des Standardmodells und die Gravitation zwar im Basisraum von gleicher Intensität, doch weil die Gravitonen sich auch in den zusätzlichen Dimensionen frei bewegen könnten, würden sie unser dreidimensionales Universum seltener passieren, und darum würde die Gravitation den Bewohnern unserer Brane so viel schwächer erscheinen.

Warum ist die Schwerkraft so schwach?

Träfe diese These zu, so könnten gravitative Effekte vielleicht schon bald in den größten Teilchenbeschleunigern sichtbar werden – im Tevatron am Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) in Batavia (Illinois) und im Large Hadron Collider (LHC), der am europäischen Labor für Teilchenphysik (Cern) bei Genf im Bau ist. Allerdings hängen die experimentellen Vorhersagen von der Form des Raumes der zusätzlichen Dimensionen ab sowie von der – noch unbekannten – Energieschwelle, über der sie sich offenbaren.

Die Supersymmetrie, die Fermionen und Bosonen vertauscht, ist zwar unerlässlich für die Stringtheorie – aber gilt sie auch für die Natur? Warum müssen wir an eine Symmetrie glauben, die wir noch nie beobachtet haben und von der wir immer noch nicht wissen, wodurch sie bei normalen Energien gebrochen wird?

Immerhin gibt es eine Reihe von Argumenten, die für die Supersymmetrie sprechen. Einerseits sind es ihre erstaunlichen formalen Eigenschaften. So ist es beispielsweise in einer vierdimensionalen Raumzeit möglich, eine Feldtheorie namens (N = 4)-Super-Yang-Mills zu konstruieren, in der die Unendlichkeiten des Standardmodells sogar ohne Renormierung vermieden werden können. Diese Theorie beschreibt zwar nicht die Natur, aber die Physiker werden den Gedanken nicht los, dass sie zumindest ein Element des gesuchten Puzzles ist.

Außerdem liefert uns diese Theorie eine angenehme Überraschung: In einem dreidimensionalen Raum ist sie äquivalent mit der Gravitationstheorie, die sich aus der in einem vierdimensionalen Raum formulierten Superstringtheorie vom Typ IIB ergibt. Somit besitzen wir eine Yang-Mills-Eichtheorie in drei Dimensionen, die der Quantentheorie der Gravitation in vier Dimensionen gleichwertig ist. Ist dies möglicherweise eine Verbindung zwischen der Gravitation und den anderen Kräften des Standardmodells?

Wenn die Supersymmetrie auf das Standardmodell angewandt wird, erklärt sie auch, warum das Higgs-Boson so leicht ist, dass es schon bald in unseren Beschleunigern nachgewiesen werden könnte. Und schließlich ergibt sich dank der Supersymmetrie ganz von selbst die große Vereinigung des Standardmodells, das heißt das Verschmelzen seiner drei Kräfte zu einer einzigen. Denn das Hinzufügen der supersymmetrischen Partner korrigiert die Entwicklung der Kräfte derart, dass deren Vereinigung bei ein und derselben Energie stattfindet. Nun hoffen die Forscher, in den nächsten Jahren die Spuren von supersymmetrischen Partnern der Elementarteilchen in Beschleunigern nachweisen zu können.

Wie die Physiker in den neunziger Jahren erkannten, ergibt die Supergravitation – die supersymmetrische Theorie der Quantengravitation – mit zehn räumlichen Dimensionen, die durch Kompaktifizieren einer Dimension auf neun Dimensionen reduziert werden, unter gewissen Bedingungen die masselosen Partikel der Theorie IIA. Daraus wurde geschlossen, dass in einer elfdimensionalen Raumzeit (mit zehn Raumdimensionen und einer Zeitdimension) eine Theorie existiert, die – einfach kompaktifiziert – alle Vorhersagen der Theorie vom Typ IIA liefert. Die Entdeckung anderer Dualitäten derselben Art lässt heute keinen Zweifel mehr daran, dass es diese mathematische Struktur, die so genannte M-Theorie, tatsächlich gibt. Wir glauben sogar, dass sämtliche Superstrings Manifestationen der M-Theorie sind.

Seefahrer, die einen Kontinent entdecken

Insofern gleichen wir den Seefahrern, die im 16. Jahrhundert entdeckten, dass ihre Landeplätze jenseits des Atlantischen Ozeans die Karte eines einzigen riesigen Kontinents ergaben, den sie Amerika nannten. Ähnlich begreifen wir heute, dass unsere Forschungen seit dreißig Jahren zu einer einzigartigen mathematischen Struktur vorstoßen, die offenbar eng mit den fundamentalsten Gesetzen des Universums zusammenhängt. Wir tasten uns zu einem unerwarteten und folgenreichen Gebilde vor, das für die Physik so bedeutsam und grundlegend sein dürfte wie die DNA-Struktur für die Biologie. Die exakten Zusammenhänge haben wir allerdings noch nicht verstanden. Wir fahren also fort, die fundamentale Struktur durch ihre Projektionen auf eine zehndimensionale Raumzeit zu erforschen – wie die Höhlenbewohner in Platons berühmtem Gleichnis, die von der Welt nur deren Schatten an den Höhlenwänden sehen.

Die Stringtheorien haben uns gelehrt, dass es möglich ist, die Gravitation in die Beschreibung der fundamentalen Kräfte zu integrieren, ohne die Quantenmechanik neu zu formulieren – freilich unter der Bedingung, dass wir die Existenz zusätzlicher räumlicher Dimensionen annehmen und voraussetzen, dass die Welt der Supersymmetrie gehorcht. Wir wissen weder, wie die Supersymmetrie gebrochen wird, noch, wodurch die zusätzlichen Dimensionen für uns unsichtbar werden. Außerdem liefern die Theorien keine detaillierten, experimentell nachprüfbaren Vorhersagen.

Dennoch bleibt die Erforschung der Strings ein spannendes Abenteuer: Vor unseren Augen enthüllt sich allmählich eine mysteriöse mathematische Struktur durch einen Prozess, der viel mehr einer Entdeckung als einer Erfindung gleicht. Unsere Nachfahren werden einst wissen, ob dies die ersten tastenden Versuche zur Formulierung einer fundamentalen Theorie sind, die wir uns gegenwärtig noch nicht vorstellen können.

Die Teilchenphysik macht gegenwärtig eine Phase durch, in der die theoretischen Fortschritte den experimentellen Fähigkeiten weit vorauseilen. Ohne die Hilfe neuer Beschleuniger werden sich unsere Theorien immer mehr von der physikalischen Realität entfernen. Darum gilt es, die experimentelle Forschung zügig voranzutreiben – mit dem Tevatron am Fermilab und mit dem Large Hadron Collider bei Cern. Nur wenn wir gleichsam die Sehnsucht Platons nach reinen Ideen mit dem handfesten Pragmatismus des Aristoteles zähmen, werden wir erfahren, ob unsere Welt im Innersten tatsächlich aus mehrdimensionalen Strings und Membranen besteht.

Literaturhinweise


Das elegante Universum. Super­strings, verborgene Dimensionen und die Suche nach der Weltformel. Von Brian Greene. Siedler, Berlin 2000.

Neue Welttheorien: von Strings zu Membranen. Von Michael J. Duff in: Spektrum der Wissenschaft 4/1998, S. 62.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 2 / 2003, Seite 24
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
2 / 2003

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 2 / 2003

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