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Ist M-Theorie Physik?

Jenseits des etablierten Standardmodells der Elementarteilchenphysik und der Allgemeinen Relativitätstheorie, d.h. Quantengravitation, Supersymmetrie und Supergravitation, Stringtheorien...
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Ist M-Theorie Physik?

Beitrag von Alberich » 7. Jun 2015, 23:57

@tomS
Und was besagt das?
Ist M-Theorie Physik?
Ich lasse ungern andere für mich denken. Aber Hier Essay von H.D.Zeh:

(Eine Polemik anlässlich der Potsdam-Konferenz 1999 -- per e-mail an eine Reihe von Kollegen gesandt)

Liebe Kollegen,

seitdem ich seinerzeit Wittens Bemerkung gehört und gelesen habe, wonach die "M-Theorie" die Quantentheorie vielleicht abzuleiten (und somit zu "erklären") gestatte, versuche ich immer wieder einmal zu verstehen, was diese Theorie eigentlich physikalisch beinhaltet. Denn dann könnte ich ja endgültig erfahren, ob das Superpositionsprinzip wirklich allgemein gilt oder man z.B. fundamental klassische Konzepte braucht, was Verschränkung (Nichtlokalität) eigentlich bedeutet und wie die unitäre Dynamik mit dem Messprozess (probabilistischer Kollaps oder Ensemble von irgendwas) vereinbar ist und vieles mehr. Natürlich bin ich nicht so vermessen, die hohe Mathematik dieser Theorien verstehen zu wollen, aber ich stimme normalerweise mit Feynmans Bemerkung ueberein, dass man einen Beweis ohnehin erst glauben soll, wenn man ihn anschaulich nachvollziehen kann, oder gar mit Wheelers Rat, wonach man als Physiker erst dann mit dem "Rechnen" beginnen solle, wenn man das Ergebnis geraten (also verstanden) hat.

Im Science-Heft vom 23. 7. steht nun aus Anlass der Potsdam-Konferenz wieder mal ein "allgemeinverständlicher" Artikel über diese String-Theorien (von einem Garry Taubes). Darin werden extreme Schwarze Löcher als der neue Rosetta-Stein der M-Theorie gefeiert, wobei sich AR und QFT als "zwei Seiten derselben Medaille" erweisen. Wow -- nicht gerade eine bescheidene Behauptung (von Strominger)! In beiden Theorien meine ich gerade noch zu verstehen, was man damit gewöhnlich meint, aber eine Äquivalenz konnte ich bisher noch nirgends erahnen -- zumal dann ja die Quantisierung der Gravitation überflüssig wäre.

Aber leider, so muss man lesen, entspricht der M-Theorie bisher kein (verstehbares) "fundamentales Prinzip", was Witten als ein "großes Rätsel" bezeichnet. Trotzdem soll sie eine "theory of everything" sein (noch mehr Rätsel!). Aber es gibt "absolutely no tie to experiment". Und dabei habe ich bisher immer gedacht, Physik sei eine empirische Wissenschaft. Dennoch führt diese Theorie zu "new physical(!) insights and beautiful things" (wie das?). Jedenfalls ist es für mich durchaus nachvollziehbar, wenn Strominger die ganze Beschäftigung auf einen "certain amount of herd mentality" zurückführt. Dabei hilft es sicherlich, dass "sich derzeit die grossen Universitäten die string-Theoretiker gegenseitig abwerben". (Falls das eine Anwendung von bootstrap sein soll: Das können die Philosophen schon länger und besser, nachdem sie ebenfalls jegliche Empirie für irrelevant erklärt haben.)

Nun zum Rosetta-Stein (der ja eigentlich als empirischer oder historischer Befund etwas Unbekanntes auf etwas bereits Verstandenes zurückführen sollte): Über Schwarze Löcher gibt es das (zweifellos) fundamentale Bekenstein-Hawkingsche Theorem über ihre Entropie und Temperatur. Dies gilt ja ganz unabhängig von sonstigen Eigenschaften der Materie (insbesondere in ihrem Innern). Was ist denn dann so überraschend (oder gar eine Bestätigung), wenn auch die M-Theorie auf diese Entropie führt? Es kann doch höchstens etwas aussagen, falls die M-Theorie gilt.

Die endliche Entropie Schwarzer Löcher ergibt sich übrigens erst, wenn man Feldquantisierung per Hand (in phänomenologischer Form) auf klassischen Schwarzen Löchern betreibt (was man ja ohne die Erfahrung mit der QT gar nicht täte). Kann man die QT also (wie Witten mutig aber wenig verständlich andeutet) aus der M-Theorie ableiten? Das Wesentliche der Quantentheorie wird offenbar immer noch sehr unterschiedlich verstanden (mal das diskrete Element, mal die Unitarität und häufig nur irgendwelche sekundären formalen Eigenschaften wie Kommutator-Relationen). WAS genau kann man aus der M-Theorie ableiten (und was ist die nun eigentlich)? Haben die Mathematiker, welche diese Theorie vornehmlich betreiben, jemals die enormen begrifflichen Probleme der QuantenMECHANIK verstanden und verinnerlicht? Nehmen sie die bedeutenden Experimente, die derzeit von Niederenergiephysikern (vor allem auf dem Gebiet der Laserphysik) durchgeführt werden, überhaupt zur Kenntnis? Quantenmechanik ist eine empirische Theorie (sonst wäre niemand auf so etwas Abwegiges gekommen). Aber offenbar könnten die Resultate der vorliegenden Experimente die Erkenntnisse des reinen Geistes nur stören! Und leider scheint der reine Geist sich mangels begrifflicher Phantasie eher klassisch zu bewegen.

Soweit ich es verstehen kann, sind auch viele Betrachtungen zu Strings rein klassisch (obwohl man von einer neuen QFT spricht). Es werden dann "stehende Wellen" auf solchen strings betrachtet, was natürlich zu diskreten Eigenschwingungen führt. Solche gibt es aber auch für klassische Kontinuumsaspekte. (Ähnliches gilt für die rein klassische Knotenstruktur der Diffeomorphismen, die -- analog zur Multipolentwicklung klassischer Wellen -- auf diskrete Zahlen führt, ohne eine QT darzustellen. Das Superpositionsprinzip wird kaum jemals auf diese Objekte angewandt.)

Man weiß ja seit längerem, dass viele allgemeine Modelle (so auch strings) Spin=2/Masse=0-Felder enthalten. Ist es dann so verwunderlich (wenn auch durchaus ein bedeutender mathematischer Erfolg), dass sie jenseits der Störungstheorie auf Objekte fuehren, die Schwarzen Löchern entsprechen? Nur -- was sagt das über die "real existierende" Physik, mit der wir uns doch beschäftigen sollten?

Nun gibt es von Maldecena noch die Entdeckung, dass Theorien im Innern eines Gebietes anderen Theorien auf dessen Rand entsprechen. Weiß der etwas von Quantennichtlokalität und Zustandsverschränkung, die eine solche Trennung in der Quantentheorie gar nicht erlauben? Einen Quantenzustand kann man nicht durch räumliche Randbedingungen festlegen. Immerhin Callen: "... the combined stystem of what's inside and what's outside looks like a perfectly standard quantum mechanical system". Finde ich auch (aber auch ohne M-Theorie). Der information loss ist dann einfach das, was man gewöhnlich decoherence nennt (und auch ohne "coherence down the wormhole" beschreiben kann und weithin beobachtet). Aber man weiß auch (oder sollte wissen), daß decoherence aufgrund einer unitären Dynamik nur auf scheinbare Ensemble führen kann (FAPP und bei Voraussetzung der Wahrscheinlichkeitsinterpretation -- diese wird also nicht abgeleitet).

Lassen Sie sich den letzten Absatz von Taubes auf der Zunge zergehen: "String theorists have no idea where that progress(!) is leading them." According to Harwey, they "still have to figure out what the hell it all has to do with reality". Diese Frage lässt immerhin die mögliche Antwort "gar nichts" zu. Nur -- woher wissen dann die Herren eigentlich, dass sie Physik betreiben? Vorerst sollte man ihre Beschäftigung als das bezeichnen, was sie bisher ist: ein sehr interessantes Gebiet der Mathematik (unter Benutzung von Begriffen, die vage der Physik entlehnt sind).

Besten Gruss H. Dieter Zeh

Ich verstehe das nicht alles. Kann das jemand anschaulich interpretieren? Zeh ist ja nun wer, oder?
MfG
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Re: Ist M-Theorie Physik?

Beitrag von tomS » 8. Jun 2015, 07:38

Wir hatten schon viele, ähnlich gelagerte Diskussionen zur String- oder M-Theorie.

Was genau ist deine Frage?
Gruß
Tom

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