Stringtheorie

Als Stringtheorie bezeichnet man eine Sammlung eng verwandter hypothetischer physikalischer Modelle, die anstelle der Beschreibung von Elementarteilchen in den gewohnten Modellen der Quantenfeldtheorie als punktförmige Teilchen (räumliche Dimension Null) in der Raum-Zeit sogenannte Strings (englisch für Fäden oder Saiten) als fundamentale Objekte mit eindimensionaler räumlicher Ausdehnung verwenden. In Erweiterungen der Stringtheorie werden auch höherdimensionale Objekte betrachtet. Stringtheorien wurden in den 1960er Jahren zur Beschreibung der starken Wechselwirkung (Quantenchromodynamik) eingeführt.

Seit den 1980er Jahren erlebte die Stringtheorie einen starken Aufschwung. Sie gilt seitdem als Kandidat für eine alle Naturkräfte vereinheitlichende Theorie, die das Standardmodell der Elementarteilchenphysik und die Gravitation miteinander verbindet. Diskutiert wird dabei vor allem die supersymmetrische Version der Stringtheorie („Superstringtheorie“). Die Supersymmetrie sagt neue, supersymmetrische Partnerteilchen für alle Bosonen und Fermionen voraus. Zum Aufschwung der Superstringtheorie trug erheblich bei, dass sie konkrete Vorhersagen für die Symmetriegruppen einer Großen Vereinheitlichten Theorie (GUT) machte. Des Weiteren fanden Vorhersagen zur Betrachtung von Quantenfeldtheorien (wie das holografische Prinzip in AdS/CFT) große Beachtung.^[1] In den 1990er Jahren stellte sich heraus, dass die bis dahin bekannten Superstringtheorien und die 11-dimensionale Supergravitation miteinander verbunden als Teil einer umfassenderen Theorie („M-Theorie“ genannt) betrachtet werden können. Letztere umfasst auch höherdimensionale Objekte (sogenannte „Brane“). Die Stringtheorie führte zu einem engen Austausch zwischen verschiedenen Gebieten der Mathematik und theoretischen Physik.^[1][2]

Die Stringtheorie ist gegenwärtig weder experimentell bestätigt noch widerlegt. Dies liegt unter anderem daran, dass die Vereinigung der Naturkräfte auf Energieskalen (siehe Planck-Skala), die in absehbarer Zeit nicht erreichbar sind, erwartet wird. Die Stringtheorie wird daher seit den 2000er Jahren sowohl innerhalb als auch außerhalb der Physik kritisiert. Die Kritik richtet sich dabei auch auf die einseitige und außergewöhnliche Bindung von Forschungsressourcen in Gebieten, die Anwendungen fern stehen, und erfolgte besonders dezidiert von Theoretikern, die alternative Theorien der Quantengravitation verfolgen (wie die Schleifenquantengravitation).^[3][4] Zudem tauchten bei der konkreten mathematischen Durcharbeitung der Stringtheorie unerwartet viele Varianten auf, die die Erfolgsaussichten, alle Naturkräfte über die Stringtheorie zu vereinheitlichen, in weite Ferne rücken.

Heute gilt die Stringtheorie zwar als „verlockend“ und „mathematisch sehr elegant“, da sie aber keine Vorhersagen macht, die aktuell experimentell bestätigt werden könnten, wird ihre praktische Bedeutung für die Teilchenphysik in Abrede gestellt.^[5]

1. ↑ ^{a b} K. C. Cole, The Strange second life of string theory, Quanta Magazine, 15. September 2016
2. ↑ Robbert Dijkgraaf, Quantum questions inspire new math, Quanta Magazine, 30. März 2017
3. ↑ C. Rovelli: A Critical Look at Strings. In: Foundations of Physics. Band 43, Nr. 1, 2013, S. 8–20, doi:10.1007/s10701-011-9599-3. 
4. ↑ ’t Hooft: On the Foundations of Superstring Theory. In: Foundations of Physics. Band 43, Nr. 1, 2013, S. 46–53, doi:10.1007/s10701-012-9682-4. 
5. ↑ Alexander Belyaev, Douglas Ross: The Basics of Nuclear and Particle Physics (= Undergraduate Texts in Physics). Springer International Publishing, Cham 2021, ISBN 978-3-03080115-1, S. 357, doi:10.1007/978-3-030-80116-8 (springer.com [abgerufen am 5. Juni 2023]).