Strings und Schleifen für eine neue Theorie der Physik

Die diskrete Struktur des Raums, die der Quantengravitation zugrunde liegt, macht sich bei den Strings, die zunächst kontinuierlich zu sein scheinen, dadurch bemerkbar, dass diese aus einzelnen diskreten Elementen oder Bestandteilen, die „string bits“ genannt werden, bestehen. Jedes dieser Einzelelemente besitzt einen diskreten Impuls und eine diskrete Energie.

Ganz anders als die Quantentheorie, die die Gravitation nicht enthält, soll eine vollständige Theorie der Quantengravitation auch die Gravitation enthalten.
In der Stringtheorie kommt dies dadurch zum Tragen, dass ein Schwingungszustand der Strings den Eigenschaften des Gravitons, des Trägerteilchens der Gravitation, entsprechen soll.

Während wir aus unserer Alltagserfahrung nur drei Raumdimensionen kennen und auch die Allgemeine Relativitätstheorie zusätzlich zu einer Zeitdimension nur diese drei Raumdimensionen kennt, fordert die Stringtheorie zusätzliche höhere Dimensionen. Für die Stringtheorie ist in der Regel die Existenz von sechs, in einigen Modellen sogar sieben weiteren Raumdimensionen nötig als jener drei Raumdimensionen.

Für die Tatsache, dass wir die Extradimensionen nicht wahrnehmen, gibt es mehrere Erklärungen: Eine von ihnen geht davon aus, dass die Extradimensionen in komplizierter Weise zusammengerollt sein könnten, so dass wir sie nicht sehen.

Solche Extradimensionen konnten jedoch bisher nicht nachgewiesen werden, was sich vielleicht nun im Rahmen des groß angelegten LHC-Experiments am CERN in der Schweiz ändern könnte, dessen Betrieb im November letzten Jahres wieder aufgenommen wurde.
Wenn Protonen wie im LHC bei sehr hohen Energien aufeinanderprallen, könnte sich die Existenz von Extradimensionen bemerkbar machen, z. B. dann wenn im LHC kurzlebige Miniaturausgaben Schwarzer Löcher erzeugt würden.

Die Stringtheorie ist sehr ambitioniert, so will sie auch eine Vereinigung sämtlicher physikalischer Gesetze erreichen, insbesondere eine Vereinigung der Allgemeinen Relativitätstheorie mit dem Standardmodell der Teilchenphysik. Sie verspricht eine vereinheitlichte Beschreibung aller vier Kräfte und aller Materieteilchen.

Ein Problem der Stringtheorie ist jedoch, dass es nicht DIE EINE Stringtheorie gibt, sondern es existiert eine Vielzahl von verschiedenen Stringtheorien mit einer unterschiedlichen Anzahl an Dimensionen. Diese verschiedenen Stringtheorien sollen alle Näherungen bzw. Lösungen einer übergeordneten vereinheitlichten Theorie, der sog. M-Theorie, sein.

Ein weiteres Problem stellt dar, dass die Stringtheorie bzw. die Stringtheorien nicht in vollem Umfang die fundamentalen Prinzipien der Allgemeinen Relativitätstheorie zu berücksichtigen scheinen, nämlich diejenigen, dass Raum und Zeit dynamisch statt fest sind und dass Raum und Zeit relative Bezugsgrößen statt absoluter darstellen. In der Stringtheorie bewegen sich die Strings nämlich vor dem Hintergrund einer Raumzeit, die absolut und ortsfest, also unveränderlich, ist.