Stringtheorie

Hintergrund

Einführungen in die Stringtheorie, die für die breite Öffentlichkeit bestimmt sind, müssen zunächst die Physik erklären. Einige der Kontroversen über die Stringtheorie resultieren aus Missverständnissen über die Physik. Ein selbst bei Wissenschaftlern weit verbreitetes Missverständnis ist die Annahme, dass sich eine Theorie in ihrer Erklärung der natürlichen Welt überall dort bewahrheitet, wo ihre Vorhersagen erfolgreich sind. Ein weiteres Missverständnis besteht darin, dass frühere Physiker, darunter auch Chemiker, die Welt bereits erklärt haben. Dies führt zu dem Missverständnis, dass Stringtheoretiker anfingen, seltsame Hypothesen aufzustellen, nachdem sie unerklärlicherweise "von der Wahrheit befreit" wurden.

Klassischer Bereich

Newtonsche Physik

Das Newtonsche Gesetz der universellen Gravitation (UG), das den drei Galileischen Bewegungsgesetzen und einigen anderen Vermutungen hinzugefügt wurde, wurde 1687 veröffentlicht. Newtons Theorie modellierte erfolgreich Wechselwirkungen zwischen Objekten einer Größe, die wir sehen können, eine Reihe von Phänomenen, die heute als klassischer Bereich bezeichnet werden. Das Coulomb'sche Gesetz modellierte die elektrische Anziehung. Maxwells elektromagnetische Feldtheorie vereinte Elektrizität und Magnetismus, während die Optik aus diesem Feld hervorging.

Die Lichtgeschwindigkeit blieb jedoch etwa gleich, wenn sie von einem Beobachter gemessen wurde, der sich in seinem Feld bewegte, obwohl die Addition der Geschwindigkeiten voraussagte, dass das Feld relativ zu dem Beobachter, der sich mit oder gegen das Feld bewegte, langsamer oder schneller war. Im Vergleich zum elektromagnetischen Feld verlor der Beobachter also weiter an Geschwindigkeit. Dennoch verstieß dies nicht gegen Galileos Relativitätsprinzip, das besagt, dass die Gesetze der Mechanik für alle Objekte, die Trägheit zeigen, gleich funktionieren.

Nach dem Trägheitsgesetz, wenn keine Kraft auf ein Objekt ausgeübt wird, behält das Objekt seine Geschwindigkeit, d.h. Geschwindigkeit und Richtung, bei. Ein Objekt, das sich entweder in gleichförmiger Bewegung befindet, d.h. konstante Geschwindigkeit in einer unveränderlichen Richtung, oder in Ruhe bleibt, d.h. null Geschwindigkeit, erfährt Trägheit. Dies zeigt die galiläische Invarianz - ihre mechanischen Wechselwirkungen, die ohne Variation ablaufen - auch galiläische Relativitätstheorie genannt, da man nicht wahrnehmen kann, ob man sich in Ruhe oder in gleichförmiger Bewegung befindet.

Relativitätstheorie

Spezielle Relativitätstheorie

Im Jahr 1905 erklärte Einsteins spezielle Relativitätstheorie die Genauigkeit sowohl des elektromagnetischen Feldes von Maxwell als auch der Galileischen Relativitätstheorie, indem sie feststellte, dass die Geschwindigkeit des Feldes absolut ist - eine universelle Konstante -, wobei sowohl Raum als auch Zeit lokale Phänomene relativ zur Energie des Objekts sind. So verkürzt sich ein Objekt in Relativbewegung entlang der Richtung seines Impulses (Lorentz-Kontraktion), und seine Entfaltung von Ereignissen verlangsamt sich (Zeitdilatation). Ein Passagier auf dem Objekt kann die Veränderung nicht erkennen, da alle Messgeräte an Bord dieses Fahrzeugs eine Längenkontraktion und Zeitdilatation erfahren haben. Nur ein externer Beobachter, der eine relative Ruhephase erlebt, misst das Objekt in Relativbewegung, um es entlang seines Bewegungspfades zu verkürzen und seine Ereignisse zu verlangsamen. Die Spezielle Relativitätstheorie ließ die Newtonsche Theorie - die Raum und Zeit als absolut bezeichnet - die Gravitation nicht erklären.

Aus dem Äquivalenzprinzip folgerte Einstein, dass es sich bei der Gravitation oder der konstanten Beschleunigung um ununterscheidbare Erfahrungen handelt, die einen gemeinsamen physikalischen Mechanismus haben könnten. Der vorgeschlagene Mechanismus war die progressive Längenkontraktion und Zeitdilatation - eine Folge der lokalen Energiedichte im 3D-Raum -, die eine progressive Spannung in einem starren Objekt aufbauen und seine Spannung durch Bewegung in Richtung des Ortes mit der größten Energiedichte abbauen. Die Spezielle Relativitätstheorie wäre ein begrenzter Fall eines Gravitationsfeldes. Die Spezielle Relativitätstheorie käme zur Anwendung, wenn die Energiedichte im 3D-Raum einheitlich ist und somit das Gravitationsfeld von Ort zu Ort einheitlich skaliert ist, weshalb ein Objekt keine Beschleunigung und damit keine Gravitation erfährt.

Allgemeine Relativitätstheorie

1915 erklärte Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie die Gravitation neu mit einer 4D-Raumzeit, die als lorentzianische Mannigfaltigkeit modelliert wurde. Zeit ist eine Dimension, die mit den drei Raumdimensionen verschmolzen ist, da jedes Ereignis im 3D-Raum - 2D horizontal und 1D vertikal - einen Punkt entlang einer 1D-Zeitachse umfasst. Sogar im Alltagsleben gibt es einen Zustand oder impliziert beide. Man sagt oder meint zumindest: "Treffen Sie mich am 10. Oktober 2012 um 21:00 Uhr am Gebäude 123 Main Street, das die Franklin Street kreuzt, in Apartment 3D". Wenn man die Zeitkoordinate auslässt oder versäumt, gelangt man an den richtigen Ort im Raum, wenn das gesuchte Ereignis nicht vorhanden ist - es ist in der Vergangenheit oder Zukunft, vielleicht um 18:00 Uhr oder 12:00 Uhr.

Indem sie Raum und Zeit konvergieren ließ und beides relativ zur Energiedichte in der Umgebung annahm und die einzige Konstante oder Absolute nicht als gleichmäßige Masse, sondern als Lichtgeschwindigkeit im Vakuum festlegte, enthüllte die Allgemeine Relativitätstheorie das bisher ungeahnte Gleichgewicht und die Symmetrie der natürlichen Welt. Jedes Objekt bewegt sich immer mit Lichtgeschwindigkeit entlang einer geraden Linie - ihr Äquivalent, auf einer gekrümmten Oberfläche, die geodätisch oder Weltlinie genannt wird - dem einen Weg des geringsten Widerstands wie ein freier Fall durch die 4D-Raumzeit, dessen Geometrie sich in der Nähe von Masse/Energie "krümmt".

Ein Objekt mit Lichtgeschwindigkeit im Vakuum bewegt sich mit maximaler Geschwindigkeit durch den 3D-Raum, zeigt aber keine Entwicklung von Ereignissen - es ist in der Zeit eingefroren -, während ein bewegungsloses Objekt im 3D-Raum vollständig entlang der 1D-Zeit fließt und die maximale Geschwindigkeit der Entwicklung von Ereignissen erlebt. Das dargestellte Universum ist relativ zu einem gegebenen Ort, doch sobald die Masse/Energie in dieser Umgebung angegeben ist, sagen Einsteins Gleichungen voraus, was an irgendeinem Ort im Universum geschieht - oder geschehen ist oder geschehen wird. Die populäre Vorstellung, dass relativ in Einsteins Theorie subjektiv oder willkürlich suggeriert wird, war zu einem gewissen Bedauern Einsteins, der später meinte, er müsse sie allgemeine Theorie nennen.

Kosmologie

Die Botenteilchen des elektromagnetischen Feldes, die Photonen, tragen ein Bild zeitlos durch das Universum, während die Beobachter innerhalb dieses Feldes genug Zeit haben, um dieses Bild zu entschlüsseln und darauf zu reagieren, indem sie sich im 3D-Raum bewegen, aber sie können diesem zeitlosen Bild niemals davonlaufen. Es wird angenommen, dass der Zustand des Universums unter 400 000 Jahren nach dem vermuteten Urknall, mit dem unser Universum begann, als kosmischer Mikrowellenhintergrund (CMB) dargestellt wird.

1915 dachte man, das Universum sei ganz und gar das, was wir heute die Milchstraßengalaxie nennen, und es sei statisch. Einstein bediente sich seiner kürzlich veröffentlichten Gleichungen des Gravitationsfeldes und entdeckte die Folge, dass sich das Universum ausdehnte oder schrumpfte. Er revidierte die Theorie und fügte eine kosmologische Konstante hinzu, um das Universum willkürlich auszubalancieren. Gegen 1930 enthüllten Edwin Hubbles teleskopische Daten, die durch die Allgemeine Relativitätstheorie interpretiert wurden, dass sich das Universum ausdehnte.

Auf einem Schlachtfeld des Ersten Weltkriegs operierte Karl Schwarzschild 1916 mit Einsteins Gleichungen, und die Schwarzschild-Lösung sagte Schwarze Löcher voraus. Jahrzehnte später identifizierten Astrophysiker ein supermassives Schwarzes Loch im Zentrum vielleicht jeder Galaxie. Schwarze Löcher scheinen die Entstehung und Erhaltung von Galaxien zu leiten, indem sie die Sternentstehung und -zerstörung regulieren.

In den 1930er Jahren stellte man fest, dass Galaxien gemäß der allgemeinen Relativitätstheorie auseinander fallen würden, wenn sie nicht von unsichtbarer Materie umgeben sind, die eine Galaxie zusammenhält, und in den 1970er Jahren begann sich die Dunkle Materie durchzusetzen. 1998 wurde gefolgert, dass sich die Expansion des Universums nicht verlangsamt, sondern beschleunigt, was auf eine enorme Energiedichte hinweist - genug, um sowohl sichtbare Materie als auch dunkle Materie zu beschleunigen - und zwar im gesamten Universum, einem riesigen Feld dunkler Energie. Offenbar sind weniger als 5% der Zusammensetzung des Universums bekannt, während die anderen 95% geheimnisvolle dunkle Materie und dunkle Energie sind.

Quantenbereich

Seltsame Mechanik

In den 1920er Jahren wurde die Quantenmechanik (QM) entwickelt, um das Funktionieren des elektromagnetischen Feldes auf winzigen Raum- und Zeitskalen zu untersuchen. Doch die Elektronen - die Materieteilchen, die mit den Photonen wechselwirken, die die Kraftträger des elektromagnetischen Feldes sind - scheinen sich mechanischen Prinzipien gänzlich zu widersetzen. Keines könnte den Ort eines Quantenteilchens von einem Moment zum anderen vorhersagen.

Im Schlitzexperiment würde ein Elektron durch ein vor ihm platziertes Loch wandern. Ein einzelnes Elektron würde jedoch gleichzeitig durch mehrere Löcher wandern, unabhängig davon, wie viele vor ihm platziert sind. Das einzelne Elektron würde auf der Nachweistafel ein Interferenzmuster hinterlassen, so als ob das einzelne Teilchen eine Welle wäre, die alle Löcher gleichzeitig durchlaufen hätte. Und doch geschah dies nur, wenn es nicht beobachtet wurde. Wenn Licht auf das erwartete Ereignis gestrahlt würde, würde die Wechselwirkung des Photons mit dem Feld das Elektron in eine einzige Position bringen.

Nach dem Unschärferelationsprinzip lassen sich der genaue Ort und der Impuls jedes Quantenteilchens jedoch nicht mit Sicherheit bestimmen. Die Wechselwirkung des Teilchens mit dem Beobachtungs-/Messinstrument lenkt das Teilchen so aus, dass eine größere Bestimmung seiner Position eine geringere Bestimmung seines Impulses ergibt und umgekehrt.

Feldtheorie quantisiert

Durch die Ausdehnung der Quantenmechanik auf ein Feld entstand ein konsistentes Muster. Von einem Ort zu einem benachbarten Ort würde die Wahrscheinlichkeit des dort existierenden Teilchens wie eine Welle der Wahrscheinlichkeit steigen und fallen - eine steigende und fallende Wahrscheinlichkeitsdichte. Wenn es nicht beobachtet wird, tritt jedes Quantenteilchen in eine Überlagerung ein, so dass sogar ein einziges Teilchen das gesamte Feld ausfüllt, wie groß es auch sein mag. Doch das Teilchen befindet sich nicht definitiv irgendwo im Feld, sondern mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit im Verhältnis dazu, ob es sich am benachbarten Ort befunden hat. Die Wellenform des elektromagnetischen Feldes von Maxwell wurde durch eine Anhäufung probabilistischer Ereignisse erzeugt. Nicht die Teilchen, sondern die mathematische Form war konstant.

Die Einstellung des Feldes auf die Spezielle Relativitätstheorie erlaubte die Vorhersage des gesamten elektromagnetischen Feldes. So entstand die relativistische Quantenfeldtheorie (QFT). Vom elektromagnetischen Feld ist es die relativistische Quantenelektrodynamik (QED). Für das schwache und das elektromagnetische Feld zusammen ist es die relativistische elektroschwache Theorie (EWT). Für das starke Feld ist es die relativistische Quantenchromodynamik (QCD). Insgesamt wurde sie zum Standardmodell der Teilchenphysik.

Abteilung für Physik

Wenn das Standardmodell auf Allgemeine Relativitätstheorie gesetzt wird, um die Masse einzubeziehen, erscheinen Wahrscheinlichkeitsdichten der Unendlichkeit. Dies wird als falsch angenommen, da die Wahrscheinlichkeit normalerweise zwischen 0 und 1-0% bis 100% liegt. Einige theoretische Physiker vermuten, dass das Problem im Standardmodell liegt, das jedes Teilchen durch einen nulldimensionalen Punkt darstellt, der im Prinzip unendlich klein sein kann. Doch in der Quantenphysik ist die Planck'sche Konstante die kleinste Energieeinheit, in die ein Feld unterteilt werden kann, vielleicht ein Hinweis auf die kleinste Größe, die ein Teilchen haben kann. Es gibt also das Bestreben, die Gravitation zu quantisieren, um eine Theorie der Quantengravitation zu entwickeln.

Konzept

Rahmenwerk

String-Vermutungen, dass auf der mikroskopischen Skala Einsteins 4D-Raumzeit ein Feld von Calabi-Yau-Mannigfaltigkeiten ist, die jeweils 6 zusammengerollte Raumdimensionen enthalten, also nicht in die 3 Raumdimensionen ausgedehnt sind, die dem klassischen Bereich präsentiert werden. In der Stringtheorie wird jedes Quantenteilchen durch eine 1D-Saite schwingender Energie ersetzt, deren Länge die Planck-Länge ist. Wenn sich die Saite bewegt, folgt sie der Breite und wird so zu 2D, einem Weltenblatt. Wenn eine Saite vibriert und sich innerhalb des 6D-Calabi-Yau-Raums bewegt, wird die Saite zu einem Quantenteilchen. Mit diesem Ansatz entsteht leicht das hypothetische Graviton, das zur Erklärung der allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt wurde.

Theorien

Die Stringtheorie begann als bosonische Stringtheorie, deren 26 Dimensionen so viel weniger wirken. Diese modellierte jedoch nur die Bosonen, die Energieteilchen sind, während die Fermionen, die Materieteilchen sind, weggelassen wurden. Die bosonische Stringtheorie konnte also keine Materie erklären. Doch durch Hinzufügen von Supersymmetrie zur bosonischen Stringtheorie wurden Fermionen erreicht, und die Stringtheorie wurde zur Superstringtheorie, die ebenfalls Materie erklärt.

(In Versionen der Quantenfeldtheorie, die die Supersymmetrie (SUSY) einschließen, hat jedes Boson ein entsprechendes Fermion und umgekehrt. Das heißt, jedes Energieteilchen hat ein entsprechendes Materieteilchen, und jedes Materieteilchen hat ein entsprechendes Energieteilchen, aber der unbeobachtbare Partner ist massiver und damit super. Diese Superpartner mögen als extravagante Vorhersage erscheinen, dennoch bevorzugen viele Theoretiker und Experimentalphysiker supersymmetrische Versionen des Standardmodells, deren Gleichungen ansonsten extravagant und manchmal willkürlich angepasst werden müssen, um den Vorhersageerfolg oder die mathematische Konsistenz zu erhalten, aber mit den Superpartnern in einer Linie).

Kontroversen

Unprüfbar-wissenschaftlich?

Die Behauptung der Stringtheorie, dass alle Moleküle Strings aus Energie sind, ist auf scharfe Kritik gestoßen. Es gibt viele Versionen der Stringtheorie, von denen keine recht erfolgreich die Beobachtungsdaten vorhersagen kann, die durch das Standardmodell erklärt werden. Die M-Theorie ist heute dafür bekannt, dass es unzählige Lösungen gibt, die oft die Existenz von seltsamen und unbekannten Dingen vorhersagen. Einige behaupten, dass Stringtheoretiker nur die gewünschten Vorhersagen auswählen.

Die Behauptung, die Stringtheorie mache keine überprüfbaren Vorhersagen, ist falsch, denn sie macht viele. Keine Theorie - ein vorhersagendes und vielleicht erklärendes Modell für einen Bereich von Naturphänomenen - ist überprüfbar. Alle konventionellen physikalischen Theorien bis zum Standardmodell haben Behauptungen über unbeobachtbare Aspekte der natürlichen Welt aufgestellt. Sogar das Standardmodell hat verschiedene Interpretationen der natürlichen Welt. Wenn das Standardmodell angewendet wird, wird es oft zu einer Version mit Supersymmetrie gemacht, wodurch sich die Anzahl der Teilchenspezies verdoppelt, die bisher von den Teilchenphysikern identifiziert wurden.

Keiner kann buchstäblich den Raum messen, doch Newton postulierte absoluten Raum und absolute Zeit, und Newtons Theorie machte explizite Vorhersagen, die 200 Jahre lang in hohem Maße überprüfbar und vorhersagbar erfolgreich waren, aber die Theorie wurde immer noch als Erklärung der Natur verfälscht. Die Physiker akzeptieren, dass es keine solche Anziehungskraft gibt, die Materie direkt zu Materie zieht, geschweige denn, dass die Kraft das Universum augenblicklich durchquert. Nichtsdestotrotz ist die Newtonsche Theorie immer noch ein Paradigma der Wissenschaft.

Versteckte Dimensionen?

Die Idee der verborgenen Dimensionalität des Raumes kann okkult erscheinen. Einige Theoretiker der Schleifen-Quantengravitation - ein Anwärter auf die Quantengravitation - halten die Stringtheorie für grundlegend fehlgeleitet, indem sie davon ausgehen, dass der Raum sogar so lange eine Form hat, bis Teilchen ihn formen. Das heißt, sie bezweifeln nicht, dass der Raum verschiedene Formen annimmt, sondern betrachten die Teilchen einfach als bestimmend für die Form des Raums, nicht umgekehrt. Der von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagte Raumzeitwirbel wird offenbar bestätigt.

Wenn das Standardmodell, das ein Quantenteilchen als 0D-Punkt darstellt, als natürlich wahr interpretiert wird, weist es bereits darauf hin, dass die Raumzeit ein Meer aus wogenden Formen, Quantenschaum, ist. Stringtheoretiker neigen dazu, die Natur eleganter zu glauben, eine Überzeugung, die der Schleifen-Theoretiker Lee Smolin als romantisch abtut, während er die Moderne Synthese der Biologie als rhetorisches Mittel benutzt. Experimente, zusätzliche räumliche Dimensionen zu entdecken, sind bisher gescheitert, doch es besteht immer noch die Möglichkeit, dass Anzeichen dafür auftauchen können.

So viele Lösungen?

Die M-Theorie hat viele Billionen von Lösungen. Leonard Susskind, ein führender Vertreter der Stringtheorie, interpretiert die Plastizität der Lösungen in der Stringtheorie als paradoxe Unterstützung bei der Lösung des Rätsels, warum dieses Universum existiert, wie die M-Theorie zeigt, aber als Variante eines allgemeinen Musters, das sich immer annähernd ergibt.

Die Allgemeine Relativitätstheorie hat viele Entdeckungen gebracht, die 1915 außer in der Fiktion so gut wie unvorstellbar waren. Die Einstein-Rosen-Brücke, eine Lösung der Einsteinschen Gleichungen, die die Dynamik der Quantenteilchen zu erklären suchten, sagt eine Abkürzung voraus, die zwei entfernte Punkte in der Raumzeit verbindet. Die Einstein-Rosen-Brücke, die allgemein als Wurmloch bezeichnet wird, wird angezweifelt, aber nicht widerlegt. Sie zeigt entweder, dass nicht alle Konsequenzen einer Theorie genau sein müssen oder dass die Realität auf unbeobachtbare Weise ziemlich bizarr ist.

Viele Welten

Selbst das Standardmodell der Teilchenphysik legt bizarre Möglichkeiten nahe, die in populistischen Wissenschaftsberichten entweder ausgelassen oder als unerklärliche Kuriositäten erwähnt werden. Die Theorie erhält konventionell die Kopenhagener Interpretation, wonach das Feld nur Möglichkeiten ist, keine reale, bis ein Beobachter oder ein Instrument mit dem Feld interagiert, dessen Wellenfunktion dann zusammenbricht und nur seine Teilchenfunktion übrig lässt, wobei nur die Teilchen real sind. Doch der Kollaps der Wellenfunktion wurde lediglich angenommen - weder experimentell bestätigt noch mathematisch modelliert - und es wurde keine Abweichung weder von der Wellenfunktion im Quantenbereich noch von der Teilchenfunktion im klassischen Bereich gefunden.

1957 beschrieb Hugh Everett seine Interpretation des "Relativen Staates". Everett behauptete, dass die Wellenfunktion nicht kollabiert, und da man davon ausgeht, dass alle Materie und Wechselwirkungen aus Quanten-Wellenteilchen aufgebaut sind, sind alle möglichen Variationen des Quantenfeldes - angezeigt durch die mathematischen Gleichungen - reale und gleichzeitig auftretende, aber unterschiedliche Geschichtsverläufe. Nach dieser Interpretation verbindet alles, was mit dem Feld wechselwirkt, den Zustand des Feldes, der relativ zum Zustand des Beobachters selbst ist, mit einer Wellenform in seinem eigenen Quantenfeld - während die beiden einfach in einer universellen Wellenform wechselwirken, die niemals kollabiert. Inzwischen interpretieren viele Physiker den scheinbaren Übergang vom Quanten- in den klassischen Bereich nicht als Wellenfunktionskollaps, sondern als Quantendekohärenz.

In der Dekohärenz führt eine Wechselwirkung mit dem Feld den Beobachter in nur eine Bestimmungskonstellation des Quantenfeldes, und so stimmen alle Beobachtungen mit diesem neuen, kombinierten Quantenzustand überein. Everetts These hat die Vielwelten-Interpretation inspiriert, wonach innerhalb unseres Universums virtuell oder potenziell unendliche Parallelwelten vorhergesagt werden, die real sind, aber jeweils nur einen winzigen Abstand zu den anderen Welten haben. Da die Wellenform jeder Welt universell ist - und nicht kollabiert - und ihre mathematischen Beziehungen invariant sind, füllen Parallelwelten einfach die Lücken und berühren sich nicht.

Viele Universen

Einstein bezweifelte, dass Schwarze Löcher, wie von der Schwarzschild-Lösung vorhergesagt, real sind. Einige vermuten nun, dass Schwarze Löcher als solche nicht existieren, sondern dunkle Energie sind, oder dass unser Universum beides ist - ein Schwarzes Loch und dunkle Energie. Die Schwarzschild-Lösung der Einsteinschen Gleichungen kann maximal erweitert werden, um ein Schwarzes Loch mit einer Kehrseite vorherzusagen - ein anderes Universum, das aus einem Weißen Loch entsteht. Vielleicht war der Urknall unseres Universums die Hälfte eines Urknalls, etwas ist zu einem Schwarzen Loch kollabiert, und unser Universum springt auf der anderen Seite als Weißes Loch heraus.

Teilchen sind Strings?

Physiker bezweifeln weithin, dass Quantenteilchen wirklich 0D-Punkte sind, wie sie im Standardmodell dargestellt werden, das Formalismus bietet - mathematische Vorrichtungen, deren Striche Phänomene von Interesse bei der Eingabe von Daten vorhersagen - und nicht die Interpretation der Mechanismen, die diese Phänomene bestimmen. Dennoch neigen Stringtheoretiker zu optimistischen Vermutungen, dass die Strings sowohl reale als auch erklärende und nicht nur prädiktive Vorrichtungen sind. Es übersteigt bei weitem die Kapazität der heutigen Teilchenbeschleuniger, alle Probeteilchen auf Energieniveaus anzutreiben, die hoch genug sind, um die Eigenenergie eines Quantenteilchens zu überwinden und festzustellen, ob es sich um einen String handelt. Diese Einschränkung besteht jedoch auch bei der Erprobung anderer Theorien der Quantengravitation. Die Entwicklungen legen andere Strategien zur "Beobachtung" der Struktur von Quantenteilchen nahe.

Paradoxerweise würde, selbst wenn die Tests bestätigten, dass Teilchen Energiefäden sind, dies immer noch nicht schlüssig beweisen, dass Teilchen sogar Fäden sind, da es andere Erklärungen geben könnte, vielleicht eine unerwartete Raumverwerfung, obwohl das Teilchen ein 0D-Punkt echter Festigkeit war. Selbst wenn die Vorhersagen erfolgreich sind, gibt es viele mögliche Erklärungen - das Problem der Unterbestimmung - und die Philosophen der Wissenschaft wie auch einige Wissenschaftler akzeptieren nicht einmal einen makellosen Vorhersageerfolg als Verifizierung der erfolgreichen Erklärungen der Theorie, wenn diese als wissenschaftlich realistische, wahre Beschreibung der natürlichen Welt ausgegeben werden.

Materie ist Energie?

Gerüchte über Teilchenphysiker, die die von theoretischen Physikern vorhergesagten Teilchen durch Kollision von Teilchen in Beschleunigern testen, deuten darauf hin, dass Quantenteilchen winzige Newtonsche Teilchen sind, die die Experimentatoren aufbrechen, um ihre Struktur zu enthüllen. Wenn stattdessen zwei Teilchen, jedes mit einer bestimmten Masse - gemessen als Energie in Elektronenvolt - kollidieren, können sie sich zu einem Teilchen mit dieser kombinierten Masse/Energie verbinden, und das erzeugte Teilchen wird auf Übereinstimmung mit der Vorhersage "beobachtet".

Es ist unter Physikern nicht umstritten, dass alle Teilchen Energie sind. Schleifen-Theoretiker, manchmal in Rivalität zur String-Theorie, behaupten, dass sich die Raumzeit selbst in die Teilchen umwandelt. Dass die Materie eine spezielle Variante der Energie ist, war eine Folge von Einsteins spezieller Relativitätstheorie, und daraufhin formalisierte Einstein die Masse-Energie-Äquivalenz, E=mc2. Wenn ausreichend energiereiche Photonen zusammenstoßen, können sie sich verbinden und Materie-Materie-Erstellung erzeugen. Alle Teilchen haben Antiteilchen, und Atome der Materie haben Antiatome der Antimaterie, deren Vereinigung die Teilchen und die Materie vernichtet, wobei Energie übrig bleibt.

Entwicklungen

Eine inspirierende Entwicklung ist die Entdeckung der Spiegelsymmetrie, wobei Calabi-Yau-Räume dazu neigen, paarweise zu kommen, so dass Lösungen, die bisher innerhalb der extremen Schwingungsmode einer Saite schwierig waren, durch die Geometrie des Spiegels Calabi-Yau-Raumes in seinem entgegengesetzten Bereich gelöst werden können.

Die Stringtheorie wird normalerweise durch die konforme Feldtheorie, eine Quantenfeldtheorie auf dem 2D-Raum, gelöst. Es wird bestätigt, dass Moleküle zu 2D kollabieren können. Und das Elektron, lange Zeit als Elementarteilchen vermutet, spaltet sich offenbar in drei Einheiten auf, die die drei Freiheitsgrade des Elektrons getrennt tragen, wenn die Moleküle, die die Elektronen enthalten, durch einen 1D-Weg geleitet werden.