Quantenmechanik, Relativitätstheorie und Stringtheorie

Die Quantentheorie beschreibt die mikroskopischen Eigenschaften des Universums, die Welt der Elementarteilchen.

Die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt astronomische Grössenverhältnisse wie die Bewegung der Planeten auf Ihren Umlaufbahnen, Raumkrümmungen und zusätzliche Dimensionen.

Die grösste Herausforderung der heutigen Physik ist nun beide Theorien miteinander zu verknüpfen und eine einheitliche Weltformel zu finden, die sowohl im Mikrokosmos, wie auch im Makrokosmos ihre Gültigkeit behält. Mit den Mitteln der momentanen Mathematik ist das jedoch nicht ohne weiteres möglich.

In der Quantentheorie arbeitet man mit Punktteilchen. Wird eine Masse, die nicht gleich Null ist, auf einen Punkt zusammengepresst, auch Singularität genannt, bedeutet dies jedoch nach der allgemeinen Relativitätstheorie eine unendliche Krümmung des Raums.

Mit der Relativitätsteorie ist es nicht möglich mikroskopisch kleine Abstände zu erfassen. Die Relativitätstheorie beschreibt statt Punktteilchen einen verschwommenen Quantenschaum, der sich aus der Aufenthalts-Wahrscheinlichkeit von Punktpartikeln ergibt (lt. Heisenberg's Unschärferelation).

Die Allgemeine Relativitätstheorie kann Singularitäten und Zeitschleifen nicht beschreiben, während die Quantenmechanik die Gravitation nicht erklären kann.

Die Stringtheorie bietet Werkzeuge, um die Welt im kleinsten zu beschreiben und steht trotzdem nicht im Widerspruch zur allgemeinen Relativitätstheorie.

Die Stringtheorie führt hierzu eine minimale Längeneinheit ein, die sogenannte Planklänge (10^-33). Die Stringtheorie beschreibt die kleinsten möglichen unteilbaren Einheiten nicht als Punktteilchen, sondern als schwingende Stringbänder. Strings sind somit die "atomarsten" Bausteine der Natur, aus denen die Quarks aufgebaut sind.

Je nachdem mit welcher Frequenz ein String schwingt, weist er eine bestimmte Energie und somit auch eine Masse auf (nach Einsteins E = m*c²), die direkt einem Elementarteilchen entspricht. So beschreibt die Stringtheorie sogar das Graviton, und liefert uns somit eine quantenmechanische Beschreibung der Gravitation.

Durch die Möglichkeiten, in Form von Strings die Gravitationskraft in das quanten- mechanische Modell einzugliedern und dieses dann mit der Relativitätstheorie zu vereinigen, hat die Stringtheorie alle Eigenschaften der bislang vergeblich gesuchten Weltformel.