Auf dem Gebiet der Teilchenphysik vereint die Stringtheorie die Quantenmechanik und die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein.
Zum Abschnitt springen
- Was ist Stringtheorie?
- Die 5 zentralen Ideen der Stringtheorie
- Eine kurze Geschichte der Stringtheorie
- Erfahren Sie mehr
- Erfahre mehr über Neil deGrasse Tysons MasterClassson
Der renommierte Astrophysiker Neil deGrasse Tyson zeigt Ihnen, wie Sie objektive Wahrheiten finden und teilt Ihnen seine Werkzeuge mit, um Ihre Entdeckungen zu kommunizieren.
wie ist das wetter auf dem marsErfahren Sie mehr
Was ist Stringtheorie?
Die Stringtheorie bietet einen theoretischen Rahmen, in dem alle Teilchen, von Photonen bis hin zu Quarks, eindimensionale Strings im Gegensatz zu nulldimensionalen Punkten sind. Wenn eine Version der Stringtheorie gefunden würde, die in allen Zusammenhängen standhält, würde sie als einziges mathematisches Modell zur Beschreibung der Natur des Universums dienen – eine Theorie von allem, die das Standardmodell der Physik ersetzen würde, das die Gravitation nicht erklärt.
Die 5 zentralen Ideen der Stringtheorie
Um die Besonderheiten der Stringtheorie zu verstehen, sind umfangreiche Studien erforderlich, aber wenn Sie sich mit den Hauptelementen der Stringtheorie vertraut machen, erhalten Sie ein grundlegendes Verständnis ihrer Kernkonzepte.
- Saiten und Branes : Saiten sind eindimensionale Filamente, die in zwei Formen vorkommen: offene Saiten und geschlossene Saiten. Ein offener String hat Enden, die nicht verbunden sind, während ein geschlossener String eine geschlossene Schleife bildet. Branes (abgeleitet vom Wort 'Membran') sind blattartige Objekte, an denen an beiden Enden Schnüre befestigt werden können. Branes können sich nach den Regeln der Quantenmechanik durch die Raumzeit bewegen.
- Zusätzliche Raumdimensionen : Physiker akzeptieren, dass unser Universum drei räumliche Dimensionen enthält, aber String-Theoretiker argumentieren für ein Modell, das zusätzliche Dimensionen des Raums beschreibt. In der Stringtheorie bleiben mindestens sechs zusätzliche Dimensionen unentdeckt, weil sie zu einer komplexen gefalteten Form, der sogenannten Calabi-Yau-Mannigfaltigkeit, stark kompaktiert sind.
- Quantengravitation : Die Stringtheorie ist eine Theorie der Quantengravitation, weil sie versucht, die Quantenphysik mit der Allgemeinen Relativitätstheorie zu verschmelzen. Die Quantenphysik untersucht die kleinsten Objekte im Universum – wie Atome und subatomare Teilchen –, während sich die allgemeine Relativitätstheorie typischerweise auf größere Objekte im Universum konzentriert.
- Supersymmetrie : Auch als Superstringtheorie bekannt, beschreibt Supersymmetrie die Beziehung zwischen zwei Arten von Teilchen, Bosonen und Fermionen. In der Stringtheorie der Supersymmetrie hat ein Boson (oder Kraftteilchen) immer ein Gegenstück Fermion (oder Materieteilchen) und umgekehrt. Das Konzept der Supersymmetrie ist noch theoretisch, da Wissenschaftler noch keines dieser Teilchen gesehen haben. Einige Physiker spekulieren, dass dies daran liegt, dass unglaublich hohe Energieniveaus benötigt werden, um Bosonen und Fermionen zu erzeugen. Diese Teilchen mögen im frühen Universum vor dem Urknall existiert haben, wurden dann aber in die heute sichtbaren Teilchen mit niedrigerer Energie zerlegt. Der Large Hadron Collider (der energiereichste Teilchenbeschleuniger der Welt) könnte irgendwann genug Energie erzeugen, um diese Theorie zu stützen – obwohl er bisher keine Hinweise auf Supersymmetrie gefunden hat.
- Einheitliche Kräfte : String-Theoretiker glauben, dass sie wechselwirkende Strings verwenden können, um zu erklären, wie die vier fundamentalen Kräfte der Natur – die Schwerkraft, die elektromagnetische Kraft, die starke Kernkraft und die schwache Kernkraft – eine einheitliche Theorie von allem schaffen.
Eine kurze Geschichte der Stringtheorie
Die folgende Zeitleiste markiert bedeutende Errungenschaften auf dem Gebiet der Stringtheorie.
- 1968 : Gabriele Veneziano, ein italienischer theoretischer Physiker, der an der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) arbeitet, verwendete Daten, die von verschiedenen Teilchenbeschleunigern gesammelt wurden, um die Grundlagen der Stringtheorie zu formulieren. Er konstruierte das Dual-Resonanz-Modell, nachdem er erkannt hatte, dass er die 200 Jahre alte Euler-Beta-Funktionsformel verwenden konnte, um die physikalischen Eigenschaften stark wechselwirkender Teilchen zu erklären.
- 1970 : Der Name „String-Theorie“ wurde geprägt, als drei Physiker – Leonard Susskind, Holger Nielsen und Yoichiro Nambu – das Modell von Veneziano benutzten, um darauf hinzuweisen, dass das Universum aus winzigen schwingenden Saiten besteht.
- 1971 : Der Professor für theoretische Physik, Pierre Ramond, leitete die Entwicklung der Superstringtheorie ein, indem er das Konzept der Supersymmetrie formulierte.
- 1974 : Der japanische Physiker Tamiaki Yoneya entdeckte, dass die Stringtheorie ein Teilchen mit den Eigenschaften eines Gravitons enthält – ein Quantenteilchen, das Gravitationskraft trägt – und erkannte, dass Aspekte der Stringtheorie auch eine Gravitationstheorie sein können.
- 1984 : Der englische Physiker Michael Green und der amerikanische Physiker John Schwarz entdeckten die Anomalie-Auslöschung in der Stringtheorie vom Typ I, die als Green-Schwarz-Mechanismus bekannt wurde. Dieses Ereignis verband die Ideen der Stringtheorie mit Supersymmetrie und startete die erste Superstring-Revolution.
- 1985 : Das „Princeton String Quartet“ – David Goss, Jeffrey Harvey, Emil Martinec und Ryan Rohm – entdeckte heterotische Saiten, bei denen es sich um geschlossene Saiten handelt, die Hybriden aus einer Supersaite und einer bosonischen Saite sind.
- 1995 : Edward Witten, ein theoretischer Physiker am Institute for Advanced Study in Princeton, New Jersey, schlug vor, dass die fünf verschiedenen akzeptierten Versionen der Stringtheorie keine eigenständigen Theorien sind. Witten schlug vor, dass sie nur unterschiedliche Grenzen einer einzigen Theorie sind, die Witten M-Theorie nannte. Die Idee der M-Theorie löste die zweite Superstring-Revolution aus.
Meisterklasse
Empfohlen für Sie
Online-Kurse, die von den größten Köpfen der Welt unterrichtet werden. Erweitern Sie Ihr Wissen in diesen Kategorien.
Neil deGrasse TysonLehrt wissenschaftliches Denken und Kommunikation
was für eier sind kaviarErfahren Sie mehr Dr. Jane Goodall
Lehrt Naturschutz
Erfahren Sie mehr Chris Hadfield
Lehrt Weltraumforschung
Erfahren Sie mehr Matthew WalkerLehrt die Wissenschaft des besseren Schlafs
Erfahren Sie mehrErfahren Sie mehr
Bekommen das MasterClass-Jahresmitgliedschaft für exklusiven Zugang zu Video-Lektionen von Wirtschafts- und Wissenschaftsgrößen wie Neil deGrasse Tyson, Chris Hadfield, Jane Goodall und anderen.
