Physiker sind es gewohnt, mit Teilchen zu arbeiten: Die Theorie ist ausgearbeitet, Experimente laufen zusammen. Kernreaktoren und Atombomben werden mit Teilchen berechnet. Mit einer Einschränkung - die Schwerkraft wird nicht in allen Berechnungen berücksichtigt.
Die Schwerkraft ist die Anziehungskraft von Körpern. Wenn wir über Schwerkraft sprechen, repräsentieren wir die Anziehungskraft der Erde. Das Telefon fällt unter dem Einfluss der Schwerkraft aus den Händen auf den Asphalt. Im Weltraum wird der Mond von der Erde angezogen, die Erde von der Sonne. Alles auf der Welt wird voneinander angezogen, aber um es zu spüren, braucht man sehr schwere Gegenstände. Wir spüren die Anziehungskraft der Erde, die 7,5 × 10 22 mal schwerer ist als ein Mensch, und wir bemerken nicht die Anziehungskraft eines Wolkenkratzers, der 4 × 10 6 mal schwerer ist.
7,5 × 10 22 = 75.000.000.000.000.000.000.000
4 × 10 6 = 4.000.000
Die Schwerkraft wird durch Einsteins allgemeine Relativitätstheorie beschrieben. Theoretisch krümmen massive Objekte den Raum. Um zu verstehen, gehen Sie in den Kinderpark und legen Sie einen schweren Stein auf das Trampolin. Auf dem Gummi des Trampolins erscheint ein Trichter. Wenn Sie einen kleinen Ball auf ein Trampolin legen, rollt er den Trichter hinunter auf den Stein. So ungefähr bilden die Planeten einen Trichter im Weltraum, und wir fallen wie Bälle auf sie.
Planeten, die so massiv sind, dass sie den Weltraum verzerren
Um alles auf der Ebene der Elementarteilchen zu beschreiben, braucht es keine Schwerkraft. Im Vergleich zu anderen Kräften ist die Gravitation so klein, dass sie aus Quantenrechnungen einfach rausgeworfen wurde. Die Schwerkraft der Erde ist 10 38 Mal kleiner als die Kraft, die die Teilchen des Atomkerns hält. Dies gilt für fast das gesamte Universum.
10 38 = 100 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000
Der einzige Ort, an dem die Schwerkraft so stark ist wie andere Kräfte, ist in einem Schwarzen Loch. Dies ist ein riesiger Trichter, in dem die Schwerkraft den Raum selbst zusammenbricht und alles in die Nähe zieht. Sogar Licht dringt in ein Schwarzes Loch ein und kommt nie wieder zurück.
Um mit der Schwerkraft wie mit anderen Teilchen zu arbeiten, haben die Physiker ein Quantum der Schwerkraft erfunden – das Graviton. Wir haben einige Berechnungen angestellt, aber sie stimmten nicht überein. Berechnungen ergaben, dass die Energie des Gravitons ins Unendliche anwächst. Und das sollte nicht sein.
Physiker erfinden erst, dann suchen sie. Das Higgs-Boson wurde 50 Jahre vor der Entdeckung erfunden.
Probleme mit Abweichungen in den Berechnungen verschwanden, als das Graviton nicht als Teilchen, sondern als String betrachtet wurde. Saiten haben eine endliche Länge und Energie, daher kann die Energie eines Gravitons nur bis zu einer bestimmten Grenze wachsen. Wissenschaftler haben also ein Arbeitsgerät, mit dem sie Schwarze Löcher untersuchen.
Fortschritte in der Erforschung von Schwarzen Löchern helfen zu verstehen, wie das Universum entstanden ist. Nach der Urknalltheorie ist die Welt von einem mikroskopischen Punkt aus gewachsen. In den ersten Momenten des Lebens war das Universum sehr dicht - alle modernen Sterne und Planeten versammelten sich in einem kleinen Volumen. Die Schwerkraft war so stark wie andere Kräfte, daher ist es wichtig, die Auswirkungen der Schwerkraft zu kennen, um das frühe Universum zu verstehen.
Fortschritte bei der Beschreibung der Quantengravitation sind ein Schritt zur Schaffung einer Theorie, die alles auf der Welt beschreiben wird. Eine solche Theorie wird erklären, wie das Universum geboren wurde, was jetzt darin passiert und wie sein Ende sein wird.
Die Relativitätstheorie stellt das Universum als „flach“ dar, aber die Quantenmechanik sagt, dass es auf der Mikroebene eine unendliche Bewegung gibt, die den Raum krümmt. Die Stringtheorie kombiniert diese Ideen und präsentiert Mikropartikel als Folge der Vereinigung der dünnsten eindimensionalen Strings, die wie punktförmige Mikropartikel aussehen und daher nicht experimentell beobachtet werden können.
Diese Hypothese erlaubt uns, uns die Elementarteilchen, aus denen das Atom besteht, aus ultramikroskopischen Fasern, den so genannten Strings, vorzustellen.
Alle Eigenschaften von Elementarteilchen werden durch die Resonanzschwingung der sie bildenden Fasern erklärt. Diese Fasern können unendlich viele Schwingungen erzeugen. Diese Theorie beinhaltet die Vereinigung der Ideen der Quantenmechanik und der Relativitätstheorie. Aber aufgrund des Vorhandenseins vieler Probleme bei der Bestätigung der zugrunde liegenden Gedanken glauben die meisten modernen Wissenschaftler, dass die vorgeschlagenen Ideen nichts weiter als die häufigste Obszönität sind, oder mit anderen Worten, Stringtheorie für Dummies, dh für Menschen, die vollständig sind Unkenntnis der Wissenschaft und Struktur der Umwelt.
Eigenschaften ultramikroskopischer Fasern
Um ihre Essenz zu verstehen, können Sie sich die Saiten von Musikinstrumenten vorstellen - sie können vibrieren, sich biegen, falten. Dasselbe passiert mit diesen Fäden, die unter Aussendung bestimmter Schwingungen miteinander interagieren, sich zu Schleifen falten und größere Teilchen (Elektronen, Quarks) bilden, deren Masse von der Schwingungsfrequenz der Fasern und ihrer Spannung abhängt - diese Indikatoren bestimmen die Energie der Saiten. Je größer die eingestrahlte Energie, desto größer die Masse des Elementarteilchens.
Inflationstheorie und Saiten
Nach der Inflationshypothese ist das Universum durch die Ausdehnung des Mikroraums in der Größe einer Schnur (Planck-Länge) entstanden. Als diese Region wuchs, streckten sich auch die sogenannten ultramikroskopischen Filamente, deren Länge nun der Größe des Universums entspricht. Sie interagieren in gleicher Weise miteinander und erzeugen die gleichen Vibrationen und Schwingungen. Es sieht aus wie die Wirkung von Gravitationslinsen, die von ihnen erzeugt werden und die Lichtstrahlen entfernter Galaxien verzerren. Und Längsschwingungen erzeugen Gravitationsstrahlung.
Mathematischer Fehler und andere Probleme
Eines der Probleme ist die mathematische Widersprüchlichkeit der Theorie – die Physiker, die sie studieren, haben nicht genügend Formeln, um sie zu einer vollständigen Form zu bringen. Und zweitens glaubt diese Theorie, dass es 10 Dimensionen gibt, aber wir fühlen nur 4 - Höhe, Breite, Länge und Zeit. Wissenschaftler vermuten, dass sich die verbleibenden 6 in einem verdrehten Zustand befinden, dessen Vorhandensein nicht in Echtzeit zu spüren ist. Das Problem ist auch nicht die Möglichkeit einer experimentellen Bestätigung dieser Theorie, aber sie kann auch niemand widerlegen.
Ökologie des Wissens: Das größte Problem für theoretische Physiker besteht darin, alle grundlegenden Wechselwirkungen (gravitativ, elektromagnetisch, schwach und stark) in einer einzigen Theorie zu kombinieren. Die Superstring-Theorie behauptet nur, die Theorie von allem zu sein
Von drei bis zehn zählen
Das größte Problem für theoretische Physiker besteht darin, alle grundlegenden Wechselwirkungen (gravitativ, elektromagnetisch, schwach und stark) in einer einzigen Theorie zu kombinieren. Die Superstring-Theorie behauptet nur, die Theorie von allem zu sein.
Aber es stellte sich heraus, dass die bequemste Anzahl von Dimensionen, die benötigt werden, damit diese Theorie funktioniert, bis zu zehn ist (von denen neun räumlich und eine zeitlich sind)! Wenn es mehr oder weniger Dimensionen gibt, liefern mathematische Gleichungen irrationale Ergebnisse, die bis ins Unendliche gehen – eine Singularität.
Die nächste Stufe in der Entwicklung der Superstring-Theorie – M-Theorie – hat bereits elf Dimensionen gezählt. Und eine andere Version davon - F-Theorie - alle zwölf. Und es ist überhaupt keine Komplikation. Die F-Theorie beschreibt den 12-dimensionalen Raum mit einfacheren Gleichungen als die M-Theorie den 11-dimensionalen Raum beschreibt.
Natürlich wird die theoretische Physik nicht ohne Grund theoretisch genannt. Alle ihre bisherigen Errungenschaften existieren nur auf dem Papier. Um zu erklären, warum wir uns nur im dreidimensionalen Raum bewegen können, begannen Wissenschaftler darüber zu sprechen, wie die unglücklichen anderen Dimensionen auf der Quantenebene zu kompakten Kugeln schrumpfen mussten. Genauer gesagt nicht in Sphären, sondern in Calabi-Yau-Räume. Das sind solche dreidimensionalen Figuren, in deren Inneren sich eine eigene Welt mit einer eigenen Dimension befindet. Eine zweidimensionale Projektion ähnlicher Mannigfaltigkeiten sieht etwa so aus:
Mehr als 470 Millionen solcher Figuren sind bekannt. Welche davon unserer Realität entspricht, wird derzeit berechnet. Es ist nicht leicht, ein theoretischer Physiker zu sein.
Ja, es scheint ein bisschen weit hergeholt. Aber vielleicht erklärt das, warum die Quantenwelt so anders ist als das, was wir wahrnehmen.
Punkt, Punkt, Komma
Von vorn anfangen. Die Nulldimension ist ein Punkt. Sie hat keine Größe. Man kann sich nirgendwohin bewegen, es werden keine Koordinaten benötigt, um den Ort in einer solchen Dimension anzugeben.
Lassen Sie uns einen zweiten Punkt neben den ersten setzen und eine Linie durch sie ziehen. Hier ist die erste Dimension. Ein eindimensionales Objekt hat eine Größe - Länge, aber keine Breite oder Tiefe. Die Bewegung im Rahmen des eindimensionalen Raums ist sehr begrenzt, da das auf dem Weg entstandene Hindernis nicht umgangen werden kann. Um den Standort auf diesem Segment zu bestimmen, benötigen Sie nur eine Koordinate.
Setzen wir einen Punkt neben das Segment. Um diesen beiden Objekten gerecht zu werden, benötigen wir bereits einen zweidimensionalen Raum, der Länge und Breite, also Fläche, aber keine Tiefe, also Volumen, hat. Die Position jedes Punktes auf diesem Feld wird durch zwei Koordinaten bestimmt.
Die dritte Dimension entsteht, wenn wir diesem System eine dritte Koordinatenachse hinzufügen. Wir, die Bewohner des dreidimensionalen Universums, können uns das sehr leicht vorstellen.
Versuchen wir uns vorzustellen, wie die Bewohner des zweidimensionalen Raums die Welt sehen. Hier sind zum Beispiel diese beiden Personen:
Jeder von ihnen wird seinen Freund so sehen:
Und mit diesem Layout:
Unsere Helden werden sich so sehen:
Es ist der Blickwinkelwechsel, der es unseren Helden ermöglicht, einander als zweidimensionale Objekte zu beurteilen, anstatt als eindimensionale Segmente.
Und nun stellen wir uns vor, dass sich ein bestimmtes dreidimensionales Objekt in der dritten Dimension bewegt, das diese zweidimensionale Welt durchquert. Für einen außenstehenden Beobachter drückt sich diese Bewegung in einer Änderung der zweidimensionalen Projektionen des Objekts auf einer Ebene aus, wie Brokkoli in einem MRT-Gerät:
Aber für den Bewohner unseres Flachlandes ist ein solches Bild unverständlich! Er kann sie sich nicht einmal vorstellen. Für ihn wird jede der zweidimensionalen Projektionen als eindimensionales Segment mit einer mysteriös variablen Länge gesehen, das an einem unvorhersehbaren Ort erscheint und auch unvorhersehbar verschwindet. Versuche, die Länge und den Ort des Auftretens solcher Objekte mit den Gesetzen der Physik des zweidimensionalen Raums zu berechnen, sind zum Scheitern verurteilt.
Wir, die Bewohner der dreidimensionalen Welt, sehen alles zweidimensional. Erst die Bewegung eines Objekts im Raum lässt uns sein Volumen spüren. Wir werden auch jedes mehrdimensionale Objekt als zweidimensional sehen, aber es wird sich je nach unserer relativen Position oder Zeit damit auf erstaunliche Weise verändern.
Unter diesem Gesichtspunkt ist es interessant, zum Beispiel über die Schwerkraft nachzudenken. Bilder wie dieses hat bestimmt jeder schon mal gesehen:
Es ist üblich darzustellen, wie die Schwerkraft die Raumzeit krümmt. Kurven ... wo? Eben nicht in den uns bekannten Dimensionen. Und was ist mit dem Quantentunneln, also der Fähigkeit eines Teilchens, an einem Ort zu verschwinden und an einem ganz anderen wieder aufzutauchen, und zwar hinter einem Hindernis, das es in unserer Realität nicht durchdringen könnte, ohne ein Loch darin zu hinterlassen? Was ist mit schwarzen Löchern? Was aber, wenn all diese und andere Mysterien der modernen Wissenschaft durch die Tatsache erklärt werden, dass die Geometrie des Raums keineswegs so ist, wie wir es gewohnt sind, sie wahrzunehmen?
Die Uhr tickt
Die Zeit fügt unserem Universum eine weitere Koordinate hinzu. Damit die Party stattfinden kann, müssen Sie nicht nur wissen, in welcher Bar sie stattfinden wird, sondern auch die genaue Uhrzeit dieser Veranstaltung.
Nach unserer Wahrnehmung ist die Zeit weniger eine gerade Linie als vielmehr ein Strahl. Das heißt, es hat einen Ausgangspunkt und die Bewegung wird nur in eine Richtung ausgeführt - von der Vergangenheit in die Zukunft. Und nur die Gegenwart ist real. Weder die Vergangenheit noch die Zukunft existieren, genauso wie Frühstück und Abendessen aus der Sicht eines Bürokaufmanns zur Mittagszeit nicht existieren.
Aber die Relativitätstheorie stimmt damit nicht überein. Zeit ist aus ihrer Sicht eine wertvolle Dimension. Alle Ereignisse, die es gab, gibt und geben wird, sind genauso real, so real wie der Meeresstrand, egal wo genau uns die Träume vom Rauschen der Brandung überrascht haben. Unsere Wahrnehmung ist so etwas wie ein Suchscheinwerfer, der einen bestimmten Abschnitt auf der Zeitlinie beleuchtet. Die Menschheit in ihrer vierten Dimension sieht ungefähr so aus:
Aber wir sehen nur eine Projektion, einen Ausschnitt dieser Dimension zu jedem einzelnen Zeitpunkt. Ja, ja, wie Brokkoli in einem MRT-Gerät.
Bisher haben alle Theorien mit einer Vielzahl von räumlichen Dimensionen gearbeitet, und die Zeit war immer die einzige. Aber warum erlaubt der Raum mehrere Dimensionen für den Raum, aber nur eine Zeit? Bis Wissenschaftler diese Frage beantworten können, wird die Hypothese von zwei oder mehr Zeiträumen allen Philosophen und Science-Fiction-Autoren sehr attraktiv erscheinen. Ja, und Physiker, was ist schon da. So sieht der amerikanische Astrophysiker Itzhak Bars die Wurzel aller Probleme mit der Theory of Everything in der zweiten Zeitdimension, die übersehen wurde. Versuchen wir uns als mentale Übung eine Welt mit zwei Zeiten vorzustellen.
Jede Dimension existiert separat. Dies drückt sich darin aus, dass, wenn wir die Koordinaten eines Objekts in einer Dimension ändern, die Koordinaten in anderen unverändert bleiben können. Wenn Sie sich also entlang einer Zeitachse bewegen, die eine andere rechtwinklig schneidet, dann stoppt am Schnittpunkt die Zeit herum. In der Praxis sieht das ungefähr so aus:
Alles, was Neo tun musste, war, seine eindimensionale Zeitachse senkrecht zur Zeitachse der Kugeln zu platzieren. Eine echte Kleinigkeit, stimme zu. Tatsächlich ist alles viel komplizierter.
Die genaue Zeit in einem Universum mit zwei Zeitdimensionen wird durch zwei Werte bestimmt. Ist es schwer, sich ein zweidimensionales Ereignis vorzustellen? Das heißt, eine, die gleichzeitig entlang zweier Zeitachsen verlängert wird? Es ist wahrscheinlich, dass eine solche Welt Zeitkartierungsspezialisten erfordern würde, genau wie Kartographen die zweidimensionale Oberfläche des Globus kartieren.
Was unterscheidet einen zweidimensionalen Raum noch von einem eindimensionalen? Zum Beispiel die Fähigkeit, ein Hindernis zu umgehen. Das geht völlig über die Grenzen unseres Verstandes hinaus. Ein Bewohner einer eindimensionalen Welt kann sich nicht vorstellen, wie es ist, um eine Ecke zu biegen. Und was ist das – ein Zeitwinkel? Darüber hinaus können Sie im zweidimensionalen Raum vorwärts, rückwärts oder sogar diagonal reisen. Ich habe keine Ahnung, wie es ist, diagonal durch die Zeit zu gehen. Ich spreche nicht von der Tatsache, dass die Zeit vielen physikalischen Gesetzen unterliegt, und es ist unmöglich, sich vorzustellen, wie sich die Physik des Universums mit dem Aufkommen einer anderen Zeitdimension ändern wird. Aber es ist so spannend, darüber nachzudenken!
Sehr große Enzyklopädie
Andere Dimensionen wurden noch nicht entdeckt und existieren nur in mathematischen Modellen. Aber man kann versuchen, sie sich so vorzustellen.
Wie wir bereits festgestellt haben, sehen wir eine dreidimensionale Projektion der vierten (zeitlichen) Dimension des Universums. Mit anderen Worten, jeder Moment der Existenz unserer Welt ist ein Punkt (ähnlich der Nulldimension) im Zeitintervall vom Urknall bis zum Ende der Welt.
Diejenigen von Ihnen, die über Zeitreisen gelesen haben, wissen, wie wichtig die Verzerrung des Raum-Zeit-Kontinuums ist. Dies ist die fünfte Dimension – in ihr „biegt“ sich die vierdimensionale Raumzeit, um zwei Punkte auf dieser geraden Linie näher zusammenzubringen. Ohne dies wäre die Reise zwischen diesen Punkten zu lang oder sogar unmöglich. Grob gesagt ähnelt die fünfte Dimension der zweiten - sie verschiebt die "eindimensionale" Linie der Raumzeit auf die "zweidimensionale" Ebene mit allen Konsequenzen in Form der Fähigkeit, um die Ecke zu gehen.
Etwas früher haben unsere besonders philosophisch denkenden Leser wahrscheinlich über die Möglichkeit des freien Willens in Bedingungen nachgedacht, in denen die Zukunft bereits existiert, aber noch nicht bekannt ist. Die Wissenschaft beantwortet diese Frage so: Wahrscheinlichkeiten. Die Zukunft ist kein Stock, sondern ein ganzer Besen möglicher Szenarien. Welche davon wahr werden, erfahren wir, wenn wir dort sind.
Jede der Wahrscheinlichkeiten existiert als "eindimensionales" Segment auf der "Ebene" der fünften Dimension. Was ist der schnellste Weg, um von einem Segment zum anderen zu springen? Das ist richtig - biegen Sie dieses Flugzeug wie ein Blatt Papier. Wo biegen? Und wieder richtig - in der sechsten Dimension, die der ganzen komplexen Struktur "Volumen" verleiht. Und macht ihn damit, wie den dreidimensionalen Raum, "fertig", zu einem neuen Punkt.
Die siebte Dimension ist eine neue gerade Linie, die aus sechsdimensionalen "Punkten" besteht. Was ist ein anderer Punkt auf dieser Linie? Die ganze unendliche Reihe von Optionen für die Entwicklung von Ereignissen in einem anderen Universum, die nicht als Ergebnis des Urknalls, sondern unter anderen Bedingungen entstanden sind und nach anderen Gesetzen wirken. Das heißt, die siebte Dimension besteht aus Perlen aus parallelen Welten. Die achte Dimension fasst diese „Geraden“ zu einer „Ebene“ zusammen. Und die neunte kann mit einem Buch verglichen werden, das alle "Blätter" der achten Dimension enthält. Es ist die Gesamtheit aller Geschichten aller Universen mit allen Gesetzen der Physik und allen Anfangsbedingungen. Zeigen Sie erneut.
Hier stoßen wir ans Limit. Um uns die zehnte Dimension vorzustellen, brauchen wir eine gerade Linie. Und was könnte ein weiterer Punkt auf dieser Geraden sein, wenn die neunte Dimension bereits alles Vorstellbare und sogar Unvorstellbare umfasst? Es stellt sich heraus, dass die neunte Dimension kein weiterer Ausgangspunkt ist, sondern der letzte – jedenfalls für unsere Vorstellungskraft.
Die Stringtheorie behauptet, dass Saiten, die Grundteilchen, aus denen alles besteht, in der zehnten Dimension ihre Schwingungen erzeugen. Wenn die zehnte Dimension alle Universen und alle Möglichkeiten enthält, dann existieren Strings überall und zu jeder Zeit. Ich meine, jede Saite existiert in unserem Universum, und jede andere. Zu jedem Zeitpunkt. Sofort. Cool, ja? veröffentlicht
Natürlich ähneln die Saiten des Universums kaum denen, die wir uns vorstellen. In der Stringtheorie sind sie unglaublich kleine, vibrierende Energiefäden. Diese Fäden sind eher wie winzige "Gummibänder", die sich in jeder Hinsicht winden, dehnen und schrumpfen können. All dies bedeutet jedoch nicht, dass die Symphonie des Universums nicht auf ihnen „gespielt“ werden kann, denn laut Stringtheoretikern besteht alles, was existiert, aus diesen „Fäden“.
Physik Kontroverse
In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts schien es den Physikern, dass in ihrer Wissenschaft nichts Ernsthaftes mehr zu entdecken sei. Die klassische Physik glaubte, dass es keine ernsthaften Probleme mehr darin gäbe, und die gesamte Struktur der Welt sah aus wie eine perfekt abgestimmte und vorhersehbare Maschine. Der Ärger geschah wie üblich wegen Unsinn - einer der kleinen "Wolken", die noch am klaren, verständlichen Himmel der Wissenschaft blieben. Nämlich bei der Berechnung der Strahlungsenergie eines vollständig schwarzen Körpers (eines hypothetischen Körpers, der bei jeder Temperatur die auf ihn einfallende Strahlung vollständig absorbiert, unabhängig von der Wellenlänge - NS).
Berechnungen ergaben, dass die gesamte Strahlungsenergie eines absolut schwarzen Körpers unendlich groß sein sollte. Um eine solche offensichtliche Absurdität zu vermeiden, schlug der deutsche Wissenschaftler Max Planck im Jahr 1900 vor, dass sichtbares Licht, Röntgenstrahlen und andere elektromagnetische Wellen nur von bestimmten diskreten Energieportionen emittiert werden könnten, die er Quanten nannte. Mit ihrer Hilfe konnte das besondere Problem eines vollständig schwarzen Körpers gelöst werden. Allerdings waren die Konsequenzen der Quantenhypothese für den Determinismus damals noch nicht erkannt. Bis 1926 ein anderer deutscher Wissenschaftler, Werner Heisenberg, die berühmte Unschärferelation formulierte.
Ihre Essenz läuft darauf hinaus, dass entgegen allen bisher vorherrschenden Aussagen die Natur unsere Fähigkeit, die Zukunft auf der Grundlage physikalischer Gesetze vorherzusagen, einschränkt. Hier geht es natürlich um die Zukunft und Gegenwart subatomarer Teilchen. Es stellte sich heraus, dass sie sich völlig anders verhalten als alle anderen Dinge im Makrokosmos um uns herum. Auf der subatomaren Ebene wird das Raumgefüge uneben und chaotisch. Die Welt der winzigen Teilchen ist so turbulent und unverständlich, dass sie dem gesunden Menschenverstand widerspricht. Raum und Zeit sind darin so verdreht und verflochten, dass es keine gewöhnlichen Konzepte von links und rechts, oben und unten und sogar davor und danach gibt.
Es lässt sich nicht mit Sicherheit sagen, an welchem Punkt im Raum sich dieses oder jenes Teilchen zu einem bestimmten Zeitpunkt befindet und in welchem Moment sein Impuls liegt. In vielen Bereichen der Raumzeit besteht nur eine gewisse Wahrscheinlichkeit, ein Teilchen zu finden. Teilchen auf subatomarer Ebene scheinen über den Weltraum "verschmiert" zu sein. Außerdem ist der „Status“ der Teilchen selbst nicht definiert: In einigen Fällen verhalten sie sich wie Wellen, in anderen weisen sie die Eigenschaften von Teilchen auf. Das nennen Physiker den Welle-Teilchen-Dualismus der Quantenmechanik.
Weltstrukturebenen: 1. Makroskopische Ebene – Materie 2. Molekulare Ebene 3. Atomare Ebene – Protonen, Neutronen und Elektronen 4. Subatomare Ebene – Elektron 5. Subatomare Ebene – Quarks 6. String-Ebene /© Bruno P. Ramos
In der Allgemeinen Relativitätstheorie, wie in einem Zustand mit entgegengesetzten Gesetzen, liegen die Dinge grundlegend anders. Der Raum scheint wie ein Trampolin zu sein – ein glattes Gewebe, das von Objekten mit Masse gebogen und gedehnt werden kann. Sie erzeugen Verformungen der Raumzeit – was wir als Schwerkraft erleben. Unnötig zu erwähnen, dass die kohärente, korrekte und vorhersagbare Allgemeine Relativitätstheorie in einem unlösbaren Konflikt mit dem „verrückten Hooligan“ steht – der Quantenmechanik, und infolgedessen kann sich der Makrokosmos nicht mit dem Mikrokosmos „versöhnen“. Hier kommt die Stringtheorie ins Spiel.
2D-Universum. E8-Polyederdiagramm /©John Stembridge/Atlas of Lie Groups Project
Theorie von allem
Die Stringtheorie verkörpert den Traum aller Physiker, zwei grundsätzlich widersprüchliche allgemeine Relativitätstheorie und Quantenmechanik zu vereinen, ein Traum, der den größten „Zigeuner und Vagabunden“ Albert Einstein bis ans Ende seiner Tage verfolgte.
Viele Wissenschaftler glauben, dass alles, vom exquisiten Tanz der Galaxien bis zum rasenden Tanz subatomarer Teilchen, letztlich durch nur ein grundlegendes physikalisches Prinzip erklärt werden kann. Vielleicht sogar ein einziges Gesetz, das alle Arten von Energie, Teilchen und Wechselwirkungen in einer eleganten Formel vereint.
Die Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt eine der berühmtesten Kräfte im Universum – die Schwerkraft. Die Quantenmechanik beschreibt drei weitere Kräfte: die starke Kernkraft, die Protonen und Neutronen in Atomen zusammenhält, den Elektromagnetismus und die schwache Kraft, die am radioaktiven Zerfall beteiligt ist. Jedes Ereignis im Universum, von der Ionisierung eines Atoms bis zur Geburt eines Sterns, wird durch die Wechselwirkungen der Materie durch diese vier Kräfte beschrieben.
Mit Hilfe der komplexesten Mathematik konnte gezeigt werden, dass die elektromagnetische und die schwache Wechselwirkung eine gemeinsame Natur haben, indem sie zu einer einzigen elektroschwachen kombiniert wurden. Anschließend wurde ihnen die starke nukleare Wechselwirkung hinzugefügt - aber die Schwerkraft tritt ihnen in keiner Weise bei. Die Stringtheorie ist einer der ernsthaftesten Kandidaten für die Verbindung aller vier Kräfte und damit für die Erfassung aller Phänomene im Universum – nicht umsonst wird sie auch „Theory of Everything“ genannt.
Am Anfang war ein Mythos
Noch sind nicht alle Physiker von der Stringtheorie begeistert. Und in der Morgendämmerung seines Erscheinens schien es unendlich weit von der Realität entfernt zu sein. Schon ihre Geburt ist eine Legende.
In den späten 1960er Jahren suchte ein junger italienischer theoretischer Physiker, Gabriele Veneziano, nach Gleichungen, die die starken Kernkräfte erklären könnten, den extrem starken „Kleber“, der die Atomkerne zusammenhält, indem er Protonen und Neutronen aneinander bindet. Der Legende nach stieß er einst auf ein verstaubtes Buch über die Geschichte der Mathematik, in dem er eine 200 Jahre alte Funktion fand, die erstmals vom Schweizer Mathematiker Leonhard Euler aufgezeichnet wurde. Stellen Sie sich Venezianos Überraschung vor, als er entdeckte, dass die Euler-Funktion, die lange Zeit nur als mathematische Kuriosität galt, diese starke Wechselwirkung beschreibt.
Wie war es wirklich? Die Formel war wahrscheinlich das Ergebnis langjähriger Arbeit von Veneziano, und der Fall trug nur dazu bei, den ersten Schritt zur Entdeckung der Stringtheorie zu tun. Die Euler-Funktion, die auf wundersame Weise die starke Kraft erklärte, hat ein neues Leben gefunden.
Schließlich erregte sie die Aufmerksamkeit eines jungen amerikanischen theoretischen Physikers, Leonard Susskind, der sah, dass die Formel hauptsächlich Teilchen beschrieb, die keine innere Struktur hatten und schwingen konnten. Diese Teilchen verhielten sich so, dass sie nicht einfach nur Punktteilchen sein konnten. Susskind verstand – die Formel beschreibt einen Faden, der wie ein Gummiband ist. Sie konnte sich nicht nur dehnen und schrumpfen, sondern auch oszillieren, sich winden. Nach der Beschreibung seiner Entdeckung stellte Susskind die revolutionäre Idee der Saiten vor.
Leider nahm die überwältigende Mehrheit seiner Kollegen die Theorie eher kühl auf.
Standardmodell
Zu dieser Zeit stellte die Mainstream-Wissenschaft Teilchen als Punkte dar, nicht als Fäden. Seit Jahren untersuchen Physiker das Verhalten subatomarer Teilchen, lassen sie mit hoher Geschwindigkeit kollidieren und untersuchen die Folgen dieser Kollisionen. Es stellte sich heraus, dass das Universum viel reicher ist, als man sich vorstellen kann. Es war eine regelrechte „Bevölkerungsexplosion“ von Elementarteilchen. Graduierte Studenten der Physikuniversitäten rannten durch die Korridore und riefen, sie hätten ein neues Teilchen entdeckt – es gab nicht einmal genug Buchstaben, um sie zu benennen. Aber leider konnten Wissenschaftler in der "Entbindungsklinik" neuer Teilchen keine Antwort auf die Frage finden - warum gibt es so viele von ihnen und woher kommen sie?
Das veranlasste Physiker zu einer ungewöhnlichen und verblüffenden Vorhersage: Sie erkannten, dass sich die in der Natur wirkenden Kräfte auch mit Teilchen erklären lassen. Das heißt, es gibt Materieteilchen und Teilchenträger von Wechselwirkungen. Dies ist zum Beispiel ein Photon - ein Lichtteilchen. Je mehr dieser Trägerteilchen – die gleichen Photonen, die Materieteilchen austauschen, desto heller ist das Licht. Wissenschaftler haben vorhergesagt, dass dieser besondere Austausch von Trägerteilchen nichts anderes ist als das, was wir als Kraft wahrnehmen. Dies wurde durch Experimente bestätigt. Damit sind die Physiker Einsteins Traum vom Zusammenschluss ein Stück näher gekommen.
Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Partikeln im Standardmodell /
Wissenschaftler glauben, dass, wenn wir bis kurz nach dem Urknall vorspulen, als das Universum um Billionen Grad heißer war, die Teilchen, die Elektromagnetismus und die schwache Kraft tragen, nicht mehr zu unterscheiden wären und sich zu einer einzigen Kraft verschmelzen würden, die als Elektroschwache bezeichnet wird. Und wenn wir noch weiter in der Zeit zurückgehen, dann würde sich die elektroschwache Wechselwirkung mit der starken zu einer totalen „Superkraft“ verbinden.
Obwohl all dies noch auf seinen Beweis wartet, hat die Quantenmechanik plötzlich erklärt, wie drei der vier Kräfte auf subatomarer Ebene zusammenwirken. Und sie hat es schön und konsequent erklärt. Dieses harmonische Bild der Wechselwirkungen wurde schließlich als Standardmodell bezeichnet. Aber leider gab es sogar in dieser perfekten Theorie ein großes Problem – sie beinhaltete nicht die berühmteste Kraft der Makroebene – die Schwerkraft.
Graviton
Für die Stringtheorie, die keine Zeit zum "Blühen" hatte, kam der "Herbst", sie enthielt von Anfang an zu viele Probleme. Beispielsweise sagten die Berechnungen der Theorie die Existenz von Teilchen voraus, die, wie sich bald herausstellte, nicht existierten. Das ist das sogenannte Tachyon – ein Teilchen, das sich im Vakuum schneller als Licht bewegt. Unter anderem stellte sich heraus, dass die Theorie bis zu 10 Dimensionen erfordert. Es ist nicht verwunderlich, dass dies den Physikern sehr peinlich war, denn es ist offensichtlich mehr als das, was wir sehen.
1973 kämpften nur noch wenige junge Physiker mit den Geheimnissen der Stringtheorie. Einer von ihnen war der amerikanische theoretische Physiker John Schwartz. Vier Jahre lang versuchte Schwartz, die ungezogenen Gleichungen zu zähmen, aber ohne Erfolg. Neben anderen Problemen beschrieb eine dieser Gleichungen hartnäckig ein mysteriöses Teilchen, das keine Masse hatte und in der Natur nicht beobachtet wurde.
Der Wissenschaftler hatte bereits beschlossen, sein desaströses Geschäft aufzugeben, und dann dämmerte es ihm - vielleicht beschreiben die Gleichungen der Stringtheorie unter anderem die Schwerkraft? Dies implizierte jedoch eine Überarbeitung der Abmessungen der wichtigsten "Helden" der Theorie - der Saiten. Indem sie annahmen, dass Strings Milliarden und Abermilliarden Mal kleiner als ein Atom sind, machten die „Stringer“ den Fehler der Theorie zu ihrem Vorteil. Das mysteriöse Teilchen, das John Schwartz so beharrlich loszuwerden versucht hatte, fungierte nun als Graviton – ein seit langem gesuchtes Teilchen, das es ermöglichen würde, die Schwerkraft auf die Quantenebene zu übertragen. So hat die Stringtheorie dem Puzzle Gravitation hinzugefügt, die im Standardmodell fehlt. Aber leider reagierte nicht einmal die wissenschaftliche Gemeinschaft auf diese Entdeckung. Die Stringtheorie blieb am Rande des Überlebens. Aber das hielt Schwartz nicht auf. Nur ein Wissenschaftler, der bereit war, seine Karriere für mysteriöse Fäden zu riskieren, wollte sich seiner Suche anschließen - Michael Green.
Subatomare Nistpuppen
Trotz allem hatte die Stringtheorie Anfang der 1980er Jahre noch unlösbare Widersprüche, die in der Wissenschaft als Anomalien bekannt sind. Schwartz und Green machten sich daran, sie zu beseitigen. Und ihre Bemühungen waren nicht umsonst: Den Wissenschaftlern gelang es, einige der Widersprüche der Theorie zu beseitigen. Stellen Sie sich das Erstaunen dieser beiden vor, die bereits daran gewöhnt sind, dass ihre Theorie ignoriert wird, als die Reaktion der wissenschaftlichen Gemeinschaft die wissenschaftliche Welt in die Luft jagte. In weniger als einem Jahr stieg die Zahl der Stringtheoretiker auf Hunderte an. Damals wurde der Stringtheorie der Titel The Theory of Everything verliehen. Die neue Theorie schien in der Lage zu sein, alle Bestandteile des Universums zu beschreiben. Und hier sind die Zutaten.
Jedes Atom besteht bekanntlich aus noch kleineren Teilchen - Elektronen, die um den Kern kreisen, der aus Protonen und Neutronen besteht. Protonen und Neutronen wiederum bestehen aus noch kleineren Teilchen, den sogenannten Quarks. Aber die Stringtheorie sagt, dass sie nicht mit Quarks endet. Quarks bestehen aus winzigen, sich schlängelnden Energiefäden, die Saiten ähneln. Jede dieser Saiten ist unvorstellbar klein.
So klein, dass, wenn das Atom auf die Größe des Sonnensystems vergrößert würde, die Schnur die Größe eines Baumes hätte. So wie die unterschiedlichen Schwingungen einer Cellosaite das erzeugen, was wir hören, als unterschiedliche Musiknoten, verleihen die unterschiedlichen Arten (Modi) der Schwingung einer Saite den Partikeln ihre einzigartigen Eigenschaften – Masse, Ladung und so weiter. Wissen Sie, wie sich relativ gesehen die Protonen in Ihrer Nagelspitze von dem noch nicht entdeckten Graviton unterscheiden? Nur die Reihe winziger Saiten, aus denen sie bestehen, und wie diese Saiten vibrieren.
Das alles ist natürlich mehr als erstaunlich. Seit der griechischen Antike haben sich die Physiker daran gewöhnt, dass alles auf dieser Welt aus so etwas wie Kugeln, winzigen Teilchen, besteht. Und jetzt, da sie keine Zeit haben, sich an das unlogische Verhalten dieser Kugeln zu gewöhnen, das aus der Quantenmechanik folgt, werden sie aufgefordert, das Paradigma ganz zu verlassen und mit einer Art Spaghetti-Zutaten zu operieren ...
Fünfte Dimension
Obwohl viele Wissenschaftler die Stringtheorie als den Triumph der Mathematik bezeichnen, bleiben einige Probleme bestehen – vor allem das Fehlen jeglicher Möglichkeit, sie in naher Zukunft experimentell zu testen. Kein einziges Instrument auf der Welt, ob es existiert oder perspektivisch erscheinen kann, ist nicht in der Lage, die Saiten zu „sehen“. Manche Wissenschaftler stellen sich deshalb übrigens sogar die Frage: Ist die Stringtheorie eine Theorie der Physik oder der Philosophie?... Stimmt, es ist überhaupt nicht nötig, die Saiten „mit eigenen Augen“ zu sehen. Was zum Beweis der Stringtheorie erforderlich ist, ist eher etwas anderes – was nach Science-Fiction klingt – die Bestätigung der Existenz zusätzlicher Dimensionen des Raums.
Um was geht es hierbei? Wir sind alle an die drei Dimensionen des Raumes und der Einmaligkeit gewöhnt. Aber die Stringtheorie sagt das Vorhandensein anderer – zusätzlicher – Dimensionen voraus. Aber fangen wir der Reihe nach an.
Tatsächlich entstand die Idee der Existenz anderer Dimensionen vor fast hundert Jahren. Es kam 1919 auf den Kopf des damals noch unbekannten deutschen Mathematikers Theodor Kalutz. Er schlug die Möglichkeit der Anwesenheit einer anderen Dimension in unserem Universum vor, die wir nicht sehen. Albert Einstein hörte von dieser Idee und fand sie anfangs sehr gut. Später bezweifelte er jedoch seine Richtigkeit und verzögerte Kaluzas Veröffentlichung um bis zu zwei Jahre. Letztlich wurde der Artikel aber trotzdem veröffentlicht, und die Extradimension wurde zu einer Art Leidenschaft für das Genie der Physik.
Wie Sie wissen, hat Einstein gezeigt, dass die Schwerkraft nichts anderes ist als eine Verformung von Raum-Zeit-Messungen. Kaluza schlug vor, dass Elektromagnetismus auch Wellen sein könnten. Warum sehen wir es nicht? Kaluza fand die Antwort auf diese Frage – die Wellen des Elektromagnetismus können in einer zusätzlichen, verborgenen Dimension existieren. Aber wo ist es?
Die Antwort auf diese Frage wurde vom schwedischen Physiker Oscar Klein gegeben, der vorschlug, dass die fünfte Dimension von Kaluza milliardenfach mehr als die Größe eines einzelnen Atoms zusammengerollt ist, sodass wir sie nicht sehen können. Die Idee, dass diese winzige Dimension überall um uns herum existiert, ist das Herzstück der Stringtheorie.
Eine der vorgeschlagenen Formen von zusätzlichen wirbelnden Dimensionen. In jeder dieser Formen vibriert und bewegt sich eine Saite – der Hauptbestandteil des Universums. Jede Form ist sechsdimensional - entsprechend der Anzahl von sechs zusätzlichen Dimensionen /
zehn Dimensionen
Aber tatsächlich erfordern die Gleichungen der Stringtheorie nicht einmal eine, sondern sechs zusätzliche Dimensionen (insgesamt sind es bei vier uns bekannten genau 10). Alle von ihnen haben eine sehr verdrehte und verdrehte komplexe Form. Und alles ist unvorstellbar klein.
Wie können diese winzigen Dimensionen unsere große Welt beeinflussen? Nach der Stringtheorie entscheidend: Für sie wird alles durch die Form bestimmt. Wenn Sie verschiedene Tasten auf dem Saxophon spielen, erhalten Sie unterschiedliche Klänge. Denn wenn Sie eine bestimmte Taste oder Tastenkombination drücken, verändern Sie die Form des Raums im Musikinstrument, in dem die Luft zirkuliert. Aus diesem Grund werden verschiedene Klänge geboren.
Die Stringtheorie legt nahe, dass sich die zusätzlichen verdrehten und verdrehten Dimensionen des Raums auf ähnliche Weise zeigen. Die Formen dieser zusätzlichen Dimensionen sind komplex und vielfältig, und jede bewirkt, dass die Saite innerhalb dieser Dimensionen genau aufgrund ihrer Form auf unterschiedliche Weise vibriert. Denn wenn wir zum Beispiel annehmen, dass eine Saite in einem Krug schwingt und die andere in einem gebogenen Posthorn, dann sind das ganz andere Schwingungen. Glaubt man jedoch der Stringtheorie, sehen die Formen der Extradimensionen in Wirklichkeit viel komplizierter aus als ein Krug.
Wie die Welt funktioniert
Die Wissenschaft kennt heute eine Reihe von Zahlen, die die fundamentalen Konstanten des Universums sind. Sie bestimmen die Eigenschaften und Eigenschaften von allem um uns herum. Unter solchen Konstanten sind zum Beispiel die Ladung eines Elektrons, die Gravitationskonstante, die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ... Und wenn wir diese Zahlen auch nur geringfügig ändern, werden die Folgen katastrophal sein. Angenommen, wir haben die Stärke der elektromagnetischen Wechselwirkung erhöht. Was ist passiert? Wir können plötzlich feststellen, dass die Ionen sich gegenseitig abstoßender geworden sind, und die thermonukleare Fusion, die Sterne zum Leuchten bringt und Wärme abstrahlt, ist plötzlich ausgefallen. Alle Sterne werden ausgehen.
Aber was ist mit der Stringtheorie mit ihren zusätzlichen Dimensionen? Tatsache ist, dass es demnach die zusätzlichen Dimensionen sind, die den genauen Wert der Fundamentalkonstanten bestimmen. Einige Messmethoden bringen eine Saite auf eine bestimmte Weise zum Schwingen und erzeugen das, was wir als Photon sehen. Bei anderen Formen schwingen die Saiten anders und erzeugen ein Elektron. Wahrlich, Gott liegt in den „kleinen Dingen“ – es sind diese winzigen Formen, die alle grundlegenden Konstanten dieser Welt bestimmen.
Superstring-Theorie
Mitte der 1980er Jahre nahm die Stringtheorie ein majestätisches und schlankes Aussehen an, aber innerhalb dieses Monuments herrschte Verwirrung. In nur wenigen Jahren sind bis zu fünf Versionen der Stringtheorie entstanden. Und obwohl jede von ihnen auf Saiten und zusätzlichen Dimensionen aufgebaut ist (alle fünf Versionen sind in der allgemeinen Theorie der Superstrings - NS vereint), weichen diese Versionen in Details erheblich voneinander ab.
In einigen Versionen hatten die Saiten also offene Enden, in anderen sahen sie wie Ringe aus. Und in einigen Versionen erforderte die Theorie sogar nicht 10, sondern bis zu 26 Messungen. Das Paradoxe ist, dass alle fünf Versionen heute als gleichermaßen wahr bezeichnet werden können. Aber welche beschreibt wirklich unser Universum? Dies ist ein weiteres Mysterium der Stringtheorie. Deshalb winkten viele Physiker erneut gegen die „verrückte“ Theorie ab.
Aber das Hauptproblem von Saiten ist, wie bereits erwähnt, die Unmöglichkeit (zumindest vorerst), ihre Anwesenheit experimentell nachzuweisen.
Einige Wissenschaftler sagen jedoch immer noch, dass es bei der nächsten Generation von Beschleunigern eine sehr minimale, aber dennoch Gelegenheit gibt, die Hypothese zusätzlicher Dimensionen zu testen. Obwohl sich die Mehrheit natürlich sicher ist, dass, wenn dies möglich ist, dies leider nicht sehr bald geschehen sollte - zumindest in Jahrzehnten, höchstens - sogar in hundert Jahren.
Eine ähnliche Frage wurde hier schon gestellt:
Aber ich werde versuchen, es in meinem Firmenstil zu erzählen;)
Wir haben ein sehr langes Gespräch, aber ich hoffe, du wirst interessiert sein, Bruder. Im Allgemeinen hören Sie, was hier der Sinn ist. Die Grundidee ist bereits im Namen selbst zu erkennen: Statt punktförmiger Elementarteilchen (wie Elektronen, Photonen etc.) bietet diese Theorie Strings – eine Art mikroskopisch kleine schwingende eindimensionale Energiefäden, die so klein sind, dass sie können von keinem modernen Gerät erkannt werden (insbesondere sind sie auf der Planck-Länge, aber darum geht es nicht). Sagen Sie nicht Partikel bestehen von Saiten, sie und Essen Saiten, nur wegen der Unvollkommenheit unserer Ausrüstung, sehen wir sie als Partikel. Und wenn unsere Ausrüstung in der Lage ist, die Planck-Länge zu erreichen, dann sollen wir dort Saiten finden. Und so wie eine Geigensaite schwingt, um unterschiedliche Töne zu erzeugen, schwingt eine Quantensaite, um unterschiedliche Teilcheneigenschaften (wie Ladungen oder Massen) zu erzeugen. Dies ist im Allgemeinen die Hauptidee.
Allerdings ist es wichtig, hier festzuhalten, dass die Stringtheorie sehr große Ambitionen hat und nicht weniger als den Status einer "Theorie von allem" beansprucht, die Gravitation (die Relativitätstheorie) und Quantenmechanik (d. h. den Makrokosmos - die uns bekannte Welt der großen Objekte und der Mikrokosmos - die Welt der Elementarteilchen). Die Schwerkraft tritt in der Stringtheorie elegant für sich allein auf, und hier ist der Grund. Anfangs wurde die Stringtheorie allgemein nur als die Theorie der starken Kernkraft (der Wechselwirkung, durch die Protonen und Neutronen im Kern eines Atoms zusammengehalten werden) wahrgenommen, nicht mehr, da einige Arten von schwingenden Saiten den Eigenschaften von Gluonen ähnelten ( Trägerpartikel der starken Kraft). Darin befanden sich jedoch neben Gluonen auch andere Arten von Saitenschwingungen, die an andere Teilchen-Träger einer Art Wechselwirkung erinnern, die nichts mit Gluonen zu tun hatten. Nachdem sie die Eigenschaften dieser Teilchen untersucht hatten, stellten die Wissenschaftler fest, dass diese Schwingungen genau mit den Eigenschaften eines hypothetischen Teilchens - eines Gravitons - eines Teilchenträgers der Gravitationswechselwirkung übereinstimmen. So erschien die Gravitation in der Stringtheorie.
Aber auch hier (was werden Sie tun!) gibt es ein Problem namens "Quantenfluktuationen". Ja, keine Angst, dieser Begriff ist nur dem Anschein nach schrecklich. Quantenfluktuationen sind also mit der ständigen Geburt und Zerstörung virtueller (derjenigen, die aufgrund ihres kontinuierlichen Erscheinens und Verschwindens nicht direkt gesehen werden können) Teilchen verbunden. Der bezeichnendste Prozess in diesem Sinne ist die Vernichtung – die Kollision eines Teilchens und eines Antiteilchens mit der Bildung eines Photons (Lichtteilchen), das anschließend ein weiteres Teilchen und Antiteilchen erzeugt. Und Schwerkraft ist im Wesentlichen was? Es ist ein glatt gekrümmtes geometrisches Raum-Zeit-Gewebe. Das Schlüsselwort hier ist glatt. Und in der Quantenwelt ist der Raum aufgrund dieser Schwankungen nicht glatt und glatt, es herrscht ein solches Chaos, dass es sogar beängstigend ist, sich das vorzustellen. Wie Sie wahrscheinlich bereits verstehen, ist die glatte Geometrie des Raums der Relativitätstheorie völlig unvereinbar mit Quantenfluktuationen. Peinlicherweise haben Physiker jedoch eine Lösung gefunden, die besagt, dass das Zusammenspiel von Saiten diese Schwankungen glättet. Wie, fragen Sie? Aber stellen Sie sich zwei geschlossene Schnüre vor (denn es gibt auch offene, das ist eine Art kleiner Faden mit zwei offenen Enden; geschlossene Schnüre sind jeweils eine Art Schleifen). Diese beiden geschlossenen Stränge befinden sich auf Kollisionskurs und irgendwann kollidieren sie und werden zu einem größeren Strang. Diese Saite bewegt sich noch einige Zeit, danach teilt sie sich in zwei kleinere Saiten auf. Jetzt der nächste Schritt. Stellen wir uns diesen ganzen Prozess in einer Filmaufnahme vor: Wir werden sehen, dass dieser Prozess ein gewisses dreidimensionales Volumen angenommen hat. Dieses Volumen wird als "Weltoberfläche" bezeichnet. Stellen wir uns nun vor, dass Sie und ich diesen ganzen Prozess aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten: Ich schaue geradeaus und Sie schauen in einem leichten Winkel. Wir werden sehen, dass die Saiten aus Ihrer und aus meiner Sicht an verschiedenen Stellen kollidieren, da sich diese Saitenschleifen (nennen wir sie so) für Sie leicht schräg bewegen, für mich jedoch gerade. Es ist jedoch derselbe Prozess, dieselben zwei Saiten kollidieren, der Unterschied besteht nur in zwei Gesichtspunkten. Das bedeutet, dass es zu einer Art „Verschmierung“ des Zusammenspiels von Saiten kommt: Aus der Position unterschiedlicher Betrachter wirken sie an unterschiedlichen Orten zusammen. Trotz dieser unterschiedlichen Sichtweisen ist der Prozess jedoch immer noch derselbe, und der Interaktionspunkt ist derselbe. Somit werden verschiedene Beobachter denselben Ort der Wechselwirkung zweier Punktteilchen festlegen. So ist das! Verstehst du, was los ist? Wir haben Quantenfluktuationen geglättet und so Gravitation und Quantenmech kombiniert! Suchen!
Okay, machen wir weiter. Noch nicht müde? Nun, hör zu. Jetzt werde ich darüber sprechen, was ich persönlich an der Stringtheorie nicht wirklich mag. Und das nennt man „Mathematisierung“. Irgendwie haben sich Theoretiker zu sehr von der Mathematik mitreißen lassen ... aber der Punkt hier ist einfach: Hier, wie viele Raumdimensionen kennen Sie? Richtig, drei: Länge, Breite und Höhe (Zeit ist die vierte Dimension). Nun, die Mathematik der Stringtheorie passt nicht gut zu diesen vier Dimensionen. Und fünf auch. Und zehn. Aber es verträgt sich gut mit elf. Und die Theoretiker entschieden: Nun, da es die Mathematik erfordert, soll es elf Dimensionen geben. Sie sehen, Mathematik erfordert! Mathe, nicht Realität! (Ausruf an der Seite: Wenn ich falsch liege, wird mich jemand überzeugen! Ich will meine Meinung ändern!) Nun, wo, fragt man sich, sind die anderen sieben Dimensionen geblieben? Auf diese Frage antwortet uns die Theorie, dass sie „verdichtet“, zu mikroskopischen Formationen auf Planck-Länge gefaltet werden (d. h. in einem Maßstab, den wir nicht beobachten können). Diese Formationen werden "Calabi-Yau-Mannigfaltigkeit" genannt (nach den Namen zweier prominenter Physiker).
Interessant ist auch, dass uns die Stringtheorie zum Multiversum bringt, also zur Idee der Existenz unendlich vieler paralleler Universen. Der springende Punkt ist hier, dass es in der Stringtheorie nicht nur Strings gibt, sondern auch Branes (vom Wort „Membran“). Branes können unterschiedliche Abmessungen haben, bis zu neun. Es wird angenommen, dass wir auf einer 3-Brane leben, aber es kann andere in der Nähe dieser Brane geben, und sie können periodisch kollidieren. Und wir sehen sie nicht, weil an beiden Enden offene Saiten fest mit der Brane verbunden sind. Diese Saiten können sich mit ihren Enden entlang der Brane bewegen, aber sie können sie nicht verlassen (aushaken). Und wenn man der Stringtheorie Glauben schenken darf, dann bestehen alle Materie und wir alle aus Teilchen, die wie Strings in Planck-Länge aussehen. Da also die offenen Saiten die Brane nicht verlassen können, können wir in keiner Weise mit einer anderen Brane (sprich: Paralleluniversum) interagieren oder sie irgendwie sehen. Das einzige Teilchen, das sich nicht wirklich um diese Einschränkung kümmert und es tun kann, ist das hypothetische Graviton, das ein geschlossener String ist. Bisher konnte jedoch noch niemand das Graviton nachweisen. Ein solches Multiversum wird als "Brane-Multiversum" oder "Braneworld-Szenario" bezeichnet.
Übrigens, aufgrund der Tatsache, dass in der Stringtheorie nicht nur Strings, sondern auch Branes gefunden wurden, begannen Theoretiker, sie "M-Theorie" zu nennen, aber niemand weiß wirklich, was dieses "M" bedeutet;)
So ist das. So ist die Geschichte. Ich hoffe, es hat dir gefallen, Bruder. Wenn etwas unklar bleibt, fragen Sie in den Kommentaren nach - ich werde es erklären.
