Eine vibrierende Welt...

Die Stringtheorie ist eine neue Theorie, die Relativitätstheorie und Quantenmechanik in sich vereinen soll. Sie macht einen radikal neuen Ansatz über den Aufbau von Raum und Materie. Schon sehr lange macht man sich Gedanken darüber, wie die Materie im Innersten aufgebaut ist. Früher dachte man, dass winzig kleine, nicht mehr weiter teilbare Kugeln die Grundbausteine der Materie darstellten, aus ihnen sollte alles andere aufgebaut sein. Die Unteilbarkeit verlieh diesen Teilchen ihren Namen: Atome (gr. atomos: unteilbar). Später entdeckte man dann aber, dass auch die Atome aus noch viel kleineren Teilchen aufgebaut sind, den Elektronen, Neutronen und Protonen. Und es hört nicht auf. Neutronen und Protonen wiederum bestehen aus je 3 Quarks, haben also auch wieder eine innere Struktur (das Elektron scheint keine zu haben). Hört dieses Spiel denn irgendwann einmal auf? Die Stringtheorie sagt: Ja. Nach ihr sind die Grundbausteine unserer Welt allerdings keine festen Teilchen mehr, sondern eindimensionale „Energiefäden“, Strings genannt, die auf ganz besondere Art und Weise hin und her schwingen.

Wie erzeugen Strings feste Materie?

Aber nun mal langsam. Wie kann denn so etwas wie schwingende Energie, also etwas so gar nicht handfestes, solche massiven Teilchen hervorbringen? Energie kann man doch nicht anfassen?! Oh doch, man kann. Materie ist nur eine spezielle Form von Energie. Auch Einstein hat das gewusst und die wohl berühmteste Formel der Welt daraus gemacht: E=mc2. Dabei steht E für Energie, m für Masse und das c für die Lichtgeschwindigkeit. Die Formel sagt aus, dass Masse nichts anderes ist als Energie, lediglich in einer anderen Erscheinungsform. Man könnte auch sagen, Masse ist kondensierte Energie. Wenn Sie wissen wollen, wieviele Meter ein Kilometer hat, benutzen Sie den Umrechnungsfaktor 1000. Wenn Sie wissen wollen, wieviel Energie in einer bestimmten Materiemenge steckt, benutzen Sie den Umrechnungsfaktor Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat. Genau das sagt die Formel aus: Energie ist das gleiche wie Masse multipliziert mit dem "Umrechnungsfaktor" Lichtgeschwindigkeit zum Quadrat. Das war nicht ausführlich genug? Dann bitte hier entlang: Alles über E=mc²

 
strings
Ein Blick in das Innerste unserer Materie: Laut der Stringtheorie sind die "Grundbausteine" unserer Welt schwingende Fäden aus reiner Energie: die Strings. Sie sind unvorstellbar klein, viele Größenordnungen kleiner als Atome. Und je nach Art des Schwingungsmusters stellen sie dies oder jenes Teilchen dar.

Wie Strings funktionieren

Also zurück zu den Strings. Ein solch schwingender Energiefaden hat also durchaus etwas mit der Masse zu tun. Aber wie kann man sich einen solchen String vorstellen? Ein oft genommenes Beispiel für einen String ist ein dünner Gummiring. Würde man einen solchen geschickt auf einen leistungsstarken Lautsprecher legen, würde er anfangen zu vibrieren. Aus dem runden und ruhenden Ring wäre ein von kleinen Wellen durchzogener „Zitterring“ geworden. Drehen wir die Bassbox weiter auf, werden auch die Vibrationen im Zitterring stärker. Und größere Vibrationen bzw. mehr Bewegung bedeuten eine höhere Eigenenergie des Gummiringes. Und genau so macht sich auch die Energie in einem String bemerkbar. Strings, die stark schwingen, besitzen mehr Energie, als ihre trägeren, langsamer schwingenden Kameraden. Wir haben ja jetzt gelernt, das jedes Elementarteilchen aus einem String aufgebaut ist. Und je höher die Masse eines solchen Teilchens ist, je mehr Eigenenergie es also besitzt, desto stärker schwingt der String, der dieses Elementarteilchen hervorbringt. Und die Art wie es schwingt, entscheidet dann darüber, was der String letztendlich für ein Teilchen darstellt. Also nochmal kurz: Das Schwingungsmuster des Strings bestimmt die Teilchenart, die Schwingungsstärke die Teilchenmasse.

Die 11. Dimension

Ist der Tobak zu stark? Wenn Sie bis hier her gekommen sind, schaffen Sie den Rest auch noch. Eine Kleinigkeit haben wir nämlich noch vergessen: Den Raum. Was fordert die Stringtheorie von ihm? Um es mal kurz auszudrücken: 3 Raumdimensionen sind ihr zu wenig, sie fordert 9. Macht zusammen mit der Zeit stolze 10 Dimensionen. Nur in 10 Dimensionen kann die Mathematik, die dieser Theorie zu Grunde liegt, sinnvoll formuliert werden. Es gibt 5 unterschiedliche Typen der Stringtheorie. Deren Vereinigung wird M-Theorie genannt und geht auf den Mathematiker Edward Witten zurück. Und diese M-Theorie hat sogar nochmal eine Raumdimension mehr, macht also 11 Dimensionen. Aber warum spüren wir nichts von denen? Warum sehen wir nur drei? Wo sind die anderen? Nach der Stringtheorie umgeben uns diese versteckten Raumdimensionen genau so wie die anderen drei. Wir können sie nur nicht sehen, weil sie kompaktifiziert, das heißt in unglaublich kleine Gebilde „zusammengerollt“ sind. Wir merken nichts davon, weil sich unsere Welt in sehr viel größeren Verhältnissen abspielt, wobei „sehr viel“ hier immer noch stark untertrieben ist.

 
11_dimensions
Für uns sind sie unvorstellbar: Die 6 zusätzlichen Raumdimensionen, die die Stringtheorie fordert. Nur mit ihnen lässt sich die Stringtheorie mathematisch sinnvoll beschreiben. Das ist aber noch nicht das Ende: Es gibt 5 verschiedene Typen der Stringtheorie. Edward Witten hat diese in der sogenannten M-Theorie vereinigt, die in 10 Raumdimensionen und einer Zeitdimension forumuliert ist.

Wie kann man sich diese zusätzlichen Raumdimensionen vorstellen?

Man stelle sich vor, im Garten des netten Nachbarn hängt eine Wäscheleine, auf der eine Ameise krabbelt. Von einigen Metern Entfernung sieht man, wie die Ameise entweder in die eine, oder in die andere Richtung krabbeln kann. Die Ameise hat also eine Dimension zum Krabbeln zur Verfügung. Wenn man nun aber in des netten Nachbarn Garten geht, und ganz nahe an die Wäscheleine tritt, sieht man, dass die Ameise nicht nur vor und zurück laufen kann, sondern auch noch um die Wäscheleine herum. Bei näherer Betrachtung erkennt man also, dass da noch eine weitere Dimension ist. Aus der Ferne kann man diese aber nicht sehen, da sie zu klein, bzw. "aufgerollt" ist. Genau so stellt man sich das mit den Zusatz-Dimensionen in der Stringtheorie vor: weil wir bzw. unsere Messgeräte zu groß sind, können wir die kleinen und aufgerollten Dimensionen nicht direkt wahrnehmen.

<< zurück | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | weiter >>
 

Mehr Physik auf drillingsraum.de

Die 4 Grundkräfte der Physik. Was bewirken sie? Wie werden die Kräfte vermittelt? Mehr... Was genau wird bei der Quantenteleportation teleportiert? Was ist Verschränkung? Mehr... Was sind WIMP's? Erklären sie die Dunkle Materie? Wie kann man sie nachweisen? Mehr... Die Quantencomputer
Was können sie? Wann gibt es sie? Wo werden sie eingesetzt? Mehr...
Was ist Antimaterie?
Woraus besteht sie? In der Ladung liegt der Unterschied! Mehr...
Was sind Quarks?
Quarks sind die kleinsten bekannten Bausteine der Materie. Mehr...
Was bedeutet E=mc²?
Herkunft und Bedeutung der wohl berühmtesten Formel der Welt. Mehr...
Was ist das HIGGS?
Wie funktioniert der HIGGS-Mechanismus? Einfach erklärt. Mehr...
Kann man den Lauf der Zeit beeinflussen? Was hat die Gravitation damit zu tun? Mehr... Der 4D-Hyperwürfel
Aus welchen Teilen besteht er? Fakten und Inspirationen. Mehr...
Der 4D-Hyperraum
Kann man sich eine vierte Raumdimension vorstellen? Mehr...
Interview Ivo Sachs
Themen: Stringtheorie, Ende des Universums, Chaos. Lesen...
 
Home | Impressum | Contact | Physik | Forum | Sitemap
 
strings

Kurze Geschichte
der Physik

Seite 1: Einführung
Seite 2: Relativitätstheorie
Seite 3: Quanten I
Seite 4: Quanten II
Seite 5: Die Vereinigung
Seite 6: Stringtheorie

vor >>
<< zurück

 

Fragen zur Physik?
Hier mitdiskutieren

 
Interviews
joachim_bublath
Wissenschaftsjournalist und Fernsehmoderator Dr. Joachim Bublath im Interview. Lesen...
 
Interview mit dem CERN-Physiker Matt. Schott. Themen: CERN, LHC, HIGGS. Lesen...
 
Interview Josef Jochum
Thema: Dunkle Materie. Nachweis, Forschung, Detektorbau. Lesen...
 
Nobelpreisträger Theodor W. Hänsch im großen Interview mit drillingsraum.de. Lesen...