M-Theorie

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Die fünf Stringtheorien und 11-dimensionale Supergravitation als Grenzfälle der M-Theorie.

Die M-Theorie ist der Versuch einer Erweiterung und Verallgemeinerung der Stringtheorie in der Theoretischen Physik. Diese Theorie ist ein Gebiet intensiver Forschung, da man hofft, mit ihr alle bekannten Naturkräfte einheitlich beschreiben zu können.

Details[Bearbeiten]

Die M-Theorie wurde während der so genannten zweiten Superstringrevolution geboren, wobei wesentliche Beiträge von Edward Witten stammen, der darüber 1995 auf einer Konferenz an der University of Southern California einen vielbeachteten Vortrag hielt. Hierbei werden die fünf bekannten Superstringtheorien (Type I, Type IIA und IIB sowie die beiden Heterotischen Stringtheorien, im Bild mit E8 und SO(32) bezeichnet) und die elfdimensionale Supergravitation als Grenzfälle einer fundamentaleren Theorie betrachtet.

Die Verbindungen zwischen den verschiedenen Theorien sind durch Dualitäten gegeben, wie S-Dualität und T-Dualität. Mit ihrer Hilfe kann man zeigen, dass die unterschiedlichen Theorien die gleichen Ergebnisse berechnen, allerdings in unterschiedlichen Bereichen ihres Parameterraumes. Damit ist es möglich, Aussagen über die zugrundeliegende Theorie in verschiedenen Grenzbereichen zu machen, obwohl eine explizite Formulierung nicht bekannt ist.

Die elfdimensionale Supergravitation nimmt in gewisser Weise eine Sonderstellung ein, da sie die maximale Anzahl von Dimensionen für eine Supergravitationstheorie besitzt, im Gegensatz zu den Stringtheorien, welche in zehn Dimensionen formuliert sind. Elfdimensionale Supergravitation ist außerdem eine klassische (d.h. nicht quantisierte) Theorie, wohingegen die Stringtheorien Quantentheorien sind. Die Verbindung der Supergravitation mit der Heterotischen E8xE8-Stringtheorie bzw. Type IIA wird durch eine Kompaktifizierung der elften Dimension auf einem Intervall (in der Abbildung mit I bezeichnet) bzw. auf einem Kreis (S^1) erreicht. Außerdem betrachtet man auf der Stringseite den Supergravitations-Limes der Theorie.

Nichtperturbative Aussagen zur M-Theorie lassen sich mit Hilfe von D-Branen bzw. M-Branen machen. Allerdings gibt es zurzeit noch keine vollständige nichtperturbative Formulierung der M-Theorie, was auch damit zusammenhängt, dass sich für mehr-als-ein-dimensionale Objekte keine konforme Feldtheorie konstruieren lässt (siehe Polyakov-Wirkung).

Die angegebene Bedeutung für den Buchstaben M in der Bezeichnung der Theorie ist nicht einheitlich. Nach Edward Witten, der den Begriff einführte,[1] steht er für Magie, Rätsel (englisch Mystery) oder Membran - je nach Geschmack“.[2] Weitere Kandidaten, die genannt wurden, waren Matrix (nach einem Vorschlag für die M-Theorie von Tom Banks und anderen), Mutter aller Stringtheorien[3] und es wurde sogar vermutet es stehe für ein umgedrehtes „W“ als Synonym für „Witten“ oder dass der Buchstabe „M“ als einziger Buchstabe neben dem „W“ fünf Punkte harmonisch verbindet, wobei die fünf Punkte für die fünf zuvor widersprüchlichen Stringtheorien stehen. In einem 2013 veröffentlichten Interview stellte er klar: „Manche Kollegen dachten, es gäbe eine elfdimensionale Theorie, die auf Membranen basiert. Doch ich war nicht davon überzeugt, dass sie vollständig funktioniert. Ich wusste aber auch nicht, ob sie falsch ist, und ich wollte ihr nicht widersprechen. Daher behielt ich das M von „Membran“ und meinte, dass es sich mit der Zeit schon zeigen würde, ob das M für „Magie“, „Mysterium“ oder „Membran“ steht. Später wurden die Membranen dann von Matrizen abgeleitet, und zufällig fängt die Matrix-Theorie auch mit „M“ an.“[4]

Literatur[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Michio Kaku Into the eleventh dimension, OnlineVorlage:Webarchiv/Wartung/Nummerierte_Parameter
  2. M stands for magic, mystery or membrane -according to taste, zitiert nach Duff The theory formerly known as strings, Scientific American 1998, S. 12
  3. Kaku, loc. cit.
  4. Interview mit Rüdiger Vaas in bild der wissenschaft Nr. 5 (2013), S. 58.