Ist die Stringtheorie eine wissenschaftliche Theorie?

[tomS]

Ich war hier bisher ja ein Gegner der Stringtheorie, habe aber in den letzten Wochen meine Ansich (etwas) revidiert.

Nach ggw. Kenntnisstand sollte man nicht von der Stringtheorie sprechen. Es ist wohl eher so, dass die Stringtheorie als als Framework zu betrachten ist. Demnach wäre die Stringtheorie eine Art Kosntruktionsprinzip für Theorien, die im Niederenergielimes als Eichtheorie + Gravitation erscheinen, genauso wie die Eichtheorie für sich elleine ebenfalls ein Kosntruktionsprinzip ist und es nicht die Eichtheorie gibt.

Dann gibt es allerdings noch wesentliche unverstandene, miteinander verwobener Probleme, u.a.
- keine echte fundamentale Formulierung, sondern eher eine Sammlung verschiedener, in bestimmten Grenzfällen äquivalenter bzw. dualer Formulierungen
- keine nicht-störunsgtheoritische Formulierung (Stringfeldtheorie?)
- keine echt hintergrundunabhängige Formulierung (jede Stringtheorie besteht immer aus einem Hintergrund + darauf lebenden Objekten)

Jeder dieser Hintergründe erscheint als eine klassische Lösung der Gleichungen in einem bestimmten Grenzfall; eine derartige klassische Lösung erlaubt meist eine (i.A. supersymmetrische) Eichtheorie.

[seeker]

Nach meiner Auffassung sind die Stringtheorien etwas, das vielleicht einmal zu einer wissenschaftlichen Theorie werden könnte, nämlich ab dann, wenn/falls es gelingt eine dieser Theorien experimentell bzw. durch Beobachtungen überprüfbar zu machen.
Streng genommen... Aber ich finde es wichtig diese Strenge nicht zu vergessen, sonst kommen wir wer weiß wohin.

Aber so ist das heute:
Die Theoretiker preschen voran. Sie müssen, weil sie schneller sind als die Experimentalphysiker.
Was bleibt uns also?

Ich denke, du sprichst hier ein wichtiges Problem an, das nicht nur die Stringtheorie in der modernen Wissenschaft betrifft.

Allgemein gesprochen scheinen wir in letzter Zeit häufiger ein Problem damit zu haben Wissenschaft weiterhin so wie in den ca. letzten 200 Jahren zubetreiben. Bisher gingen Theorie und Beobachtung immer Hand in Hand. In letzter Zeit scheint mir das in manchen Bereichen nicht mehr immer gegeben zu sein.
Aber was soll man tun? Soll man die ganzen Theoretiker in Urlaub schicken, bis die Experimantalphysiker soweit sind?

Wie gesagt: Ich halte das für ein echtes Problem.

Meine Meinung dazu ist folgende:
Man soll die Theoretiker in einem angemessenen Rahmen ruhig machen lassen. Das kann sehr hilfreich sein, weil es den Experimentalphysikern die Richtung zeigen kann, in die sie gehen sollen.

Allerdings sollte man darauf hinwirken, dass es auch allen Leuten klar wird und besonders auch der Öffentlichkeit, was solche Theorien sind: unbestätigte Konstrukte, Möglichkeiten, streng genommen potentielle Wissenschaft.

In diesem Zusammenhang könnte man jetzt natürlich auch auf den modernen Wissenschaftsbetrieb eingehen. Besonders auf die Frage, wie heute Gelder verteilt werden - und für was und warum und welche Verstrickungen und Seilschaften es mit denen gibt, die die Ausschreibungen schreiben, etc. Das wäre aber ein anderes, weitreichendes Thema...
Nur soviel: Nach m. E. steht heute damit nicht alles zum Besten!

Grüße
seeker

[tomS]

Es ist in der Tat so, dass eine Theorie als "wissenschaftlich" gelten kann, wenn sie falsifizierbare Aussagen macht (Popper, Logik der Forschung). Die Theorie wird dann dadurch bestätigt (nicht direkt verifizert), dass die jeweilige Falsifizierung scheitert. Dies ist nun ein Anspruch alleine an die Theorie, d.h. es geht um die prinzipielle Falsifizierbarkeit, nicht um die praktische. Nun sieht es bei der Stringtheorie so aus, dass sie durchaus bestimmte Vorhersagen bzgl. des Hochenergieverhaltens macht, die zum einen von bekannten Theorien wie QED oder QCD abweichen, dass diese Vorhersagen aber praktisch nicht überprüfbar sind (und wohl auch nie sein werden). Demzufolge wäre die Stringtheorie, allerdings würde das nicht wirklich weiterhelfen, bzw. wäre praktisch nicht relevant.

Ich denke, die fehlende praktische Falsifizierbarkeit ist (so wie Seeker das sagt) durchaus ein ernsthaftes Problem: man muss lernen, damit zu leben. Ich sehe darin einen echten Paradigmenwechsel in der modernen theoretischen Physik, der übrigens praktisch alle Theorien betrifft, die sich mit der Quantengravitation beschäftigen (ST, SUGRA, LQG, AS), da alle diese Theorien zunächst vor der Problematik stehen, bekannte Phänomene (aus dem nicht-QG Regime) reproduzieren zu müssen, neue Phänomene (ausschließlich im QG Regime) vorhersagen zu können, wobei letztere aber eben praktisch nicht experimentell überprüfbar sind. Daher sind alle ähnlich gelagerten Theorien angreifbar.

Ich denke die ST nimmt hier dennoch eine Sonderrolle ein. Sie beschäftigt sich als einzige der genannten Theorien mit QG und Vereinheitlicheung aller WWs, ist also demzufolge die einizige, die den Anspruch haben darf eine ToE zu sein. Ihr wahrer Charakter dürfte eher der eines Frameworks denn der einer einzigen Theorie sein. Und last but not least verkünden einige ihrer (vielen 1000) Anhänger seit Jahren, wie toll die Theorie ist, ohne eben praktiach relevante Ergebnisse vorweisen zu können. Hier rächt sich deren Hybris (diesen letzten Punkt sollten wir mal beiseite lassen).

Man stelle sich mal folgende Situation vor: die Mathematiker hätten das Eichprinzip entdeckt und könnten alle möglichen Eichtheorien hinschreiben, ohne dass die Physiker deren relevanz erkannt hätten. Man stünde dann vor einer Sammlung konsistenter QFTs ohne praktischen Bezug. Nun ist es im Rahmen der ST so, dass viele der aus der ST folgenden Eichtheorien (jeweils + Gravitation) auch praktisch irrelevant (bzw. nicht auf unser Universum zutreffend) sind, einige jedoch erstaunlich nahe an das Standardmodell SM bzw. eine gwwisse supersymmetrische Erweiterung xMSSM (insbs. D-Branes, F-Theory) herankommen. Es gibt jedoch einen wesentlichen Unterschied zwischen String- und Eichtheorien. Letztere stehen als unverbundenen Theorien einfach so da, wohingehend die Stringtheorie eine bestimmte Klasse an (supersymmetrischen) Eichtheorien als "Lösungen" bzw. "Vakua" produziert. Insofern ist sie zumindest im Sinne eines Frameworks durchaus erfolgreicher als es die Eichtheorien alleine sind.

Dem stehen jedoch die o.g. unverstandenen Probleme gegenüber:
- keine echte fundamentale Formulierung, sondern eher eine Sammlung verschiedener, in bestimmten Grenzfällen äquivalenter bzw. dualer Formulierungen
- keine nicht-störungstheoretische Formulierung (Stringfeldtheorie?)
- keine echt hintergrundunabhängige Formulierung (jede Stringtheorie besteht immer aus einem Hintergrund + darauf lebenden Objekten)
- zum Teil noch unverstandenen Mathematik

[wilfried]

Tag zusammen

1. Nein, sie hat sich bisher nicht bewährt.
2. Nein, sie hat grundsätzlich nicht das Potential wesentliche physikalische Zusammenhänge zu erfassen.
3. Vielleicht.
4. Ja, der LHC wird sie bestätigen.
5. Ja, selbst wenn sie in naher Zukunft nicht bestätigt wird. Sie ist einfach groß und genial und wird sich als verlässliche Theorie etablieren.

Ich kann keine dieser Antworten geben. Grund:

die Stringtheorie war einer der ersten Ansätze der Vereinigung der Kräfte. Sie versuchte ähnlich der Kaluza-Klein Theorie mit Hilfe mehrerer Dimensionen die Welt im Ganzen darzustellen. Die Gravitation wurde durch eine Art Dynamik der Raumzeit erfahren. Ist das nicht alles in allem ein grossartiger Ansatz gewesen?

Das sich eine solche Theorie entwickelte war doch auch der Anlass, dass sich Kritik daran ergab und diese Kritik -hier meine ich positiv konstruktive Kritik- fhrte zu neueren Erkenntnissen, welche offensichtlich wohl zu einem deutlich verbesserten Verständnis führte und einige Aussagen der ST mehr oder weniger ad absurdum führten.

Auch hier im Forum sind mittlerweile nur wenige der Ansicht, dass die ST sich behaupten wird.

Die ST jedoch war der Leitwolf für die mordernen Theorien bzw. Hypothesen.

Aus diesem Grunde vermag ich keine Wertung mit Hilfe der obigen Punkte abzugeben. Meine Wertung ist:

Sie war und ist ein wichtiger Schritt zu modernen Erkenntnissen. Fussend auf der ART hat sich wesentliche Impulse gegeben und auch Richtungen bzgl der Kritiken an ihren Aussagen forciert. Sie wird sich als Theorie nicht etablieren können, aber als Leitgedanke wohl.

Netten Gruß

Wilfried

[tomS]

Hallo Wilfried,

ich sehe das (inzwischen) etwas anders als du (siehe dazu meinen vorigen Beitrag).

Einige Anmerkungen:

Im Gegensatz zur KKT führt die ST die Extradimensionen nicht ad-hoc ein, sondern leitet sie als Konsistenzbedingung (Anomalienfreiheit) ab.

Ich wüsste nicht, welche Aussagen der ST ad absurdum geführt wurden. Kannst du Beispiele nennen?

Deine Meinung, dass sich die ST nicht als Theorie sondern als Leitgedanke etablieren könnte, ist gar nicht so weit von meiner entfernt.

[wilfried]

Tag Tom

"ad absurdum" ist gewiss ein falscher Ausdruck. Streichen wir diesen.

Das Problem der ST besteht doch darin, dass sich deren Aussagen kaum durch Experimente bestätigen. Auch die Einführung der Extradimensionen sehe ich hier. Diese sind ebenfalls nur sehr schwer experimentell zu betstätigen.

Wir haben die Probleme der ST in dieser Beitragsserie doch diskutiert:

viewtopic.php?f=27&t=1518

Das Problem der ST liegt in ihrer nicht vollzogenen Beweisbarkeit. Mag sein, dass sich dieses im Zuge der Zeiten ändert, aber zur Zeit erkenne ich das nicht.

Die Probleme der Nicht-Beweisbarkeiten haben ja die anderen Ansätze zum Teil auch. So warten wir ja gespannt auf Ergebnisse des LHC insbesondere zum Thema Higgs.

Das ist aber auch verständlich, denn zunehmend werden alle Ansätze komplexer und vielfältiger und auch in gewisser Weise exotischer.

Ich bin einfach gespannt, wie sich die Wissenscahft hier weiterentwickelt, eventuell bzgl. zukünftiger LHC Ergebnisse auch umsoriert.

Netten Gruß

Wilfried

[tomS]

Die Extradimensionen beziehen sich auf störungstheoretische Formulierungen der ST. Ich gehe davon aus, dass es eine nicht-störunsgtheoretische Formulierung geben muss und wird, und dass dabei der Begriff der Dimension eine völlig neue Bedeutung erlangen wird bzw. dass die Deutung als Dimensionen einen wesentlich geringeren Stellenwert haben wird.

Zur Beweisbarkeit (Widerlegbarkeit) siehe meine obigen Ausführungen zur Unterscheidung zwischen prinzipieller und praktischer Falsifizierbarkeit.

[AlTheKingBundy]

Die Prinzipien der Physik, wonach sich eine Theorie bewähren muss, dürfen auf keinen Fall aufgeweicht oder beseitigt werden. Es darf auch keine Sonderausnahmen geben, nur weil sich viele mit einer Theorie beschäftigen oder die sich scheinbar mit noch so elementaren Dingen auseinandersetzt. Wenn wir das tun, ist die Physik nichts weiter als eine esoterische Spielwiese. Allerdings sollten sich die Leute natürlich frei von Zwängen mit neuen Gebieten auseinandersetzen können, nur so ist Fortschritt möglich. Die Ergebnisse neuer Ideen müssen sich allerdings den strengen Regeln unterwerfen, die neue Gedanken zu einer Theorie werden lassen. Was mich an den ST stört, ist dass viele so tun, als wäre sie schon eine anerkannte, bestätigte Theorie und dass sich ein gewaltiger Lobbyapparat um sie gebildet hat. Sollen die ST-Anhänger doch in ihrem stillen Kämmerchen so lange herumrechnen, bis endlich etwas greifbares herauskommt. Dann werde ich gerne auch mal wieder eine Veröffentlichung zu diesem Thema lesen.

[tomS]

Ich denke, die fehlende praktische Falsifizierbarkeit ist (so wie Seeker das sagt) durchaus ein ernsthaftes Problem: man muss lernen, damit zu leben. Ich sehe darin einen echten Paradigmenwechsel in der modernen theoretischen Physik, der übrigens praktisch alle Theorien betrifft, die sich mit der Quantengravitation beschäftigen (ST, SUGRA, LQG, AS),

was genau bedeutet AS? Kann ich jetzt gerade irgendwie nicht einordnen.

AS steht für Asymptotic Safety und bedeutet, dass es eine UV-sichere Formulierung der QG auf Basis der GR geben könnte, wobei die Theorie einen nicht-trivialen Fixpunkt bzgl. des Renormierungsgruppenflusses hätte. Dieser Fixpunkt würde bedeuten, dass dort die Newtonsche Gravitationskonstante (und ggf. weitere Kopplungskonstanten wie Lambda) einen endlichen Wert hätten. Dies ist eine Verallgemeinerung des Asymptotic Freedom wie man ihn aus der QCD kennt, wobei da der Fixpunkt unter dem Renormierungsgruppenfluss trivial ist, d.h. alle Koplungen sind exakt Null.

Ich wollte hier schon länger mal was dazu schreiben, komme aber aus Zeitgründen nicht dazu.

Ich denke die ST nimmt hier dennoch eine Sonderrolle ein. Sie beschäftigt sich als einzige der genannten Theorien mit QG und Vereinheitlicheung aller WWs, ist also demzufolge die einizige, die den Anspruch haben darf eine ToE zu sein.

ist denn das bei der SUGRA nicht genauso? Vor dem großen Durchbruch der Stringtheorie 1984 galt die doch als der Weg zur großen Vereinheitlichung.

Ja, das ist zunächst mal richtig. Allerdings gibt es seit Jahren widersprüchliche Aussagen (und Beweisideen aber nur bis zu endlicher Ordnung), ob die SUGRA auch tatsächlich störungstheoretisch renormierbar ist. Wenn überhaupt, dann ist das extrem kompliziert zu beweisen und giltwohlnur on-shell, während die normalen QFTs - wenn überhaupt - dann auch off-shell renormierbar sind. Die nächste Frage ist, welche SUGRA überhaupt das Standardmodell beinhalten könnte. Leider ist gerade die, die sich bzgl.der Renormierbarkeit am anständigsten verhält (von der man vermutet, sie könne in jeder Ordnung on-shell endlich sein!) sicher "zu klein" für das Standadmodell.

Überhaupt gibt es nicht "die" SUGRA, sondern wiederum eine ganze Klasse davon. Interessanterweise zeigt sich, dass die, die sich aus der Stringtheorie im Niederenergielimes ableiten lassen, allesamt recht wohldefiniert sind, während andere, die sich nicht aus der Stringtheorie ergeben, evtl. Inkonsistenzen entwickeln. Die Strintheoretiker spechen vom "Swampland" und gehen davon aus, dass alle Theorien der Form"SUSY-Eichtheorie + Gravitation", die sich nicht aus der Stringtheorie ergeben, eben "im Sumpf" sind. Demzufolge wird die SUGRA kaum noch als eigentändige Theorie sondern meist aus der Perspektive der Strintheorie betrachtet, wobei sie im Zuge der Näherung wohl einige deren gewünschter Eigenschaften einbüßt.

[tomS]

Bei der Gelegenheit würde ich gerne mal eine Fragestellung aufwerfen: warum soll eigentlich eine Theorie der Quantengravitation eine TOE sein? Welchen Anlass gibt es zu der Annahme, dass eine einzige Theorie ausgerechnet drei im Prinzip voneinander völlig unabhängige Ziele erfüllen sollte, nämlich (1) eine quantenmechanische Beschreibung der Gravitation zu liefern, (2) die Gravitation mit den drei anderen Wechselwirkungen zu vereinheitlichen und (3) eine vereinheitlichte Theorie aller Teilchenarten zu sein?

Evtl. ist das nicht klar genug geworden. Es geht nicht darum, dass eine Theorie der QG immer ein Kandidat für eine ToE sein muss; AS, LQG und CDT sind z.B. sicher keine Kandidaten für eine ToE. Umgekehrt muss aber jede ToE auch die Gravitation enthalten.

[tomS]

Was mich an den ST stört, ist dass viele so tun, als wäre sie schon eine anerkannte, bestätigte Theorie und dass sich ein gewaltiger Lobbyapparat um sie gebildet hat.

Ich denke, sie ernten - im negativen Sinne - die Früchte ihrer Arbeit und ihrer Polemik. Es ist richtig, dass die Ergebnisse nicht den häufig vorgebrachten Ansprüchen genügen und dass es auch durch gebetsmühlenhafte Wiederholung nicht richtiger wird, wenn die Etablierung der Stringtheorie beschworen wird. Leider ist es nun aber so, dass heute die interessanten Resultate kaum mehr zur Kenntnis genommen werden, da inzwischen umgekehrt sehr stark gegen die Theorie polemisiert wird.

Ich habe hier http://www.physicsforums.com/showthread.php?t=419450 auch mit Stringtheoretikern diskutiert, die sehr wohl die offenen Punkte der Theorie zur Kenntnis nehmen.

Außerdem habe ich hier viewtopic.php?f=27&t=1166 einige Aussagen von David Gross, einem der Pioniere der Theorie, zusammengefasst. Er ist - leider einer der wenigen - prominenten und gleichzeitig objektiven Anhänger der Theorie

Ich werde demnächst auch wieder mal eine Zusammenfassung dazu schreiben.

[tomS]

Stellt euch mal folgende Situation vor:

• Mathematiker und einige theoretische Physiker haben die Eichtheorie U(1) sowie allgemein SU(N) umfassend beschrieben.
• U(1) wird klassisch auf die Elektrodynamik angewandt
• für U(1) ist außerdem eine Quantisierung, d.h.die QED bekannt
• für SU(N) gibt es keine allgemein akzeptierte Quantisierung (höchstens Einzelergebnisse)
• für SU(N) gibt es keine physikalische Anwendung, d.h. QCD und el.-schw. WW sind nicht bekannt!
• die starke WW wird durch verschiedene jeweils unzureichende Modelle beschrieben (nicht-rel. Quark Modell, Current Algebra, chirale Störunsgtheorie, ...)
• es ist bekannt, dass die Allgemeine Relativitätstheorie klassisch als SU(2) Eichtheorie (a la Ashtekar) formuliert werden kann
• der Energiebereich jenseits 1 GeV und damit der Bereich, in dem QCD sowie die el.-schw. WW "sichtbar" werden, ist technisch nicht zugänglich
• die Mathematiker haben auf Basis von Eichtheorien interessante topologische sowie algebraisch-geometrische Theoreme bewiesen (Donaldson-Invarianten, Seiberg-Witten, ...)

Nun vertreten einige theoretische Physiker die Ansicht, dass "die Eichtheorie" die Vereinheitlichung aller bekannten Ws darstelle, dass dies jedoch leider experimentell nicht nachweisbar sei. Außerdem könne man sicher sein, dass eine SU(N) auch die starke WW beschreiben würde (über das N kann man nichts sagen) und dass weitere WWs (die schwache kennt man noch nicht) ebenfalls durch eine geeignete SU(N) beschrieben werden können. Die Quantisierbarkeit der SU(N) wird aufgrund einiger Teilergebnisse vermutet, einen Beweis gibt es nicht. Die Theoretiker postulieren die Existenz Gluonen sowie von W- und Z-Bosonen.

So, das ist doch (sachlich betrachtet) genau die Situation der Stringtheorie heute, oder?

[AlTheKingBundy]

Es mag sein, dass die Situation, die Du da schilderst entfernt vergleichbar ist mit der ST. Nur, wenn die Eichtheorien keine Fakten hätten liefern können, wären sie solange in der Warteschleife, bis sie es könnten, dann wären sie eine anerkannte Theorie. Noch einmal: die Physik ist keine Spekulationswissenschaft. Hätte, könnte finden in der ernstzunehmenden Physik keinen Platz.

Die ST soll erst einmal einen niederenergetisch formulierbaren Zugang liefern, aus dem Fakten resultieren. Sie maßt sich ja an, die Elementarteilchen(massen) als Schwingungszustände der Strings beschreiben zu können. Liefert mir die ST zwanglos die Massen der Leptonen und Quarks, hat sie mich sofort überzeugt.

[wilfried]

Tag Tom

das ist eine recht kompakte Darstellung der Eichprobleme, die wir ja bereits des öfteren hier diskutiert hatten.
z.B. unter: viewtopic.php?f=4&t=953&hilit=eichtheorie

nun vertreten einige theoretische Physiker die Ansicht, dass "die Eichtheorie" die Vereinheitlichung aller bekannten Ws darstelle, dass dies jedoch leider experimentell nicht nachweisbar sei.

Genau das ist doch die crux an der Sache: der fehlende Nachweis.

Außerdem könne man sicher sein, dass eine SU(N) auch die starke WW beschreiben würde (über das N kann man nichts sagen) und dass weitere WWs (die schwache kennt man noch nicht) ebenfalls durch eine geeignete SU(N) beschrieben werden können. Die Quantisierbarkeit der SU(N) wird aufgrund einiger Teilergebnisse vermutet, einen Beweis gibt es nicht. Die Theoretiker postulieren die Existenz Gluonen sowie von W- und Z-Bosonen.

Das sehe ich als spekulativ an. Natürlich gibt es Hinweise, jedoch ist es eine vermutung und das muss klar gesagt sein.

Ich bezweifel auch, ob der aktuelle CERN Energiebereich dazu je ausreicht.

Auch bin ich gespannt, wie unsere Physiker denn die Teilchenphysik hinbiegen. Bis dato sehe ich die Eichtheorie eher als mathematisches Hilfsmittel an denn als physikalisch sinnvolle Massnahme, aus der Theorien ableitbar wären. Es werden m.E. nach gewisse Randbedingungen postuliert. Aber entsprechen diese der Wirklichkeit?


... mittlerweile hat Al auch einen Beitrag dazu verfasst. Sein Beitrag passt auch zu dem, wie ich das sehe.

achja...fast vergessen: die Abstimmung. Ich habe mit vielleicht abgestimmt.

Netten gruß

Wilfried

[tomS]

Al,

es ging mir nicht darum, zu beschreiben, was fehlt bzw. was noch zu tun ist - das streite ich gar nicht ab - sondern zunächst mal eine Situation zu konstruieren, die vergleichbar ist.

Daraus ergeben sich dann Folgerungen, wie die, endlich bestimmte Versprechen einzulösen oder Positionen zu verändern. Allerdings ergeben sich eben auch Folgerungen, die dir bzw. uns eher unangenehm sein dürften. Es ist nunmal so - und das trifft auch auf andere Theorien der QG zu - dass sich diese ganz prinzipiell einer direkten Überprüfung entzieht (d.h. nur sehr indirekt überprüfbar ist). Das meine ich ist ein Paradigmenwechsel.

Man könnte auch das alternative Szenario konstruieren, dass zigtausend hochmütige LQG-Verfechter seit 30 Jahren propagieren, ihre Theorie wäre eine ToE. Dann würden wir auf denen rumhacken. Natürlich steckt eine gewisse Wahrheit in der Kritik bzgl. "mangelnder Wissenschaftlichkeit", aber die Wahrnehmung wird sehr stark politisch verfälscht, karikiert bzw. übertrieben. Diesen ganzen Mist muss man erstmal wegschaufeln, die Fakten freilegen und konstruktiv bzw. objektiv diskutieren.

Im Kern geht es darum, dass jeder frei ist, zu entscheiden, mit welchen Theorien er sich beschäftigt und mit welchen nicht. Das sollte von allen Beteiligten respektiert werden.

Leider gibt es sowohl Anhänger als auch Gegner der Stringtheorie, die sich mit prophetischem Wissen gesegnet fühlen und dogmatisch statt pragmatisch agieren. Ich bin nicht der Meinung, dass Herrschaften wie Lubos Motl etc. der Community einen Dienst erwiesen haben. Die Prügel haben sie von Smolin und Woit bezogen, so dass es jetzt "in" ist, gegen die Stringtheorie zu schießen. Das meine ich mit den "Früchten ihrer Arbeit".

Ich glaube mitlerweile, dass wenn man die Stringtheorie aus einer geänderten Perspektive betrachtet, dann hat sie durchaus ihre Berechtigung.
- Framework
- Erzeugungsmechanismus für Theorien
- Quantisierungsprinzip für Eichtheorien plus Gravitation
- gauge/gravity duality

Allerdings setzt dies bei den Stringtheoretikern eine gewisse Bescheidenheit und Objektivität bzgl. des Status der Theorie voraus. Interessanterweise findet man dies in vielen Einzelgesprächen, allerdings nicht, wenn man die Verlautbarungen der (selbsternannten) Propheten und Mediengurus liest. Insbs. David Gross ist hier als rühmliche Ausnahme zu nennen, da er sehr klar die Schwächen bzw. ungelösten Probleme anspricht.

[tomS]

Tag Tom

das ist eine recht kompakte Darstellung der Eichprobleme, die wir ja bereits des öfteren hier diskutiert hatten.
z.B. unter: viewtopic.php?f=4&t=953&hilit=eichtheorie

nun vertreten einige theoretische Physiker die Ansicht, dass "die Eichtheorie" die Vereinheitlichung aller bekannten Ws darstelle, dass dies jedoch leider experimentell nicht nachweisbar sei.

Genau das ist doch die crux an der Sache: der fehlende Nachweis.

Außerdem könne man sicher sein, dass eine SU(N) auch die starke WW beschreiben würde (über das N kann man nichts sagen) und dass weitere WWs (die schwache kennt man noch nicht) ebenfalls durch eine geeignete SU(N) beschrieben werden können. Die Quantisierbarkeit der SU(N) wird aufgrund einiger Teilergebnisse vermutet, einen Beweis gibt es nicht. Die Theoretiker postulieren die Existenz Gluonen sowie von W- und Z-Bosonen.

Das sehe ich als spekulativ an. Natürlich gibt es Hinweise, jedoch ist es eine vermutung und das muss klar gesagt sein.

Ich bezweifel auch, ob der aktuelle CERN Energiebereich dazu je ausreicht.

Auch bin ich gespannt, wie unsere Physiker denn die Teilchenphysik hinbiegen. Bis dato sehe ich die Eichtheorie eher als mathematisches Hilfsmittel an denn als physikalisch sinnvolle Massnahme, aus der Theorien ableitbar wären. Es werden m.E. nach gewisse Randbedingungen postuliert. Aber entsprechen diese der Wirklichkeit?


... mittlerweile hat Al auch einen Beitrag dazu verfasst. Sein Beitrag passt auch zu dem, wie ich das sehe.

achja...fast vergessen: die Abstimmung. Ich habe mit vielleicht abgestimmt.

Netten gruß

Wilfried

Hallo Wilfried, jetzt hast du mich komplett missverstanden.

Ich habe versucht ein hypothetisches Szenario für die Eichtheorien zu konstruieren, so wie es real für die Stringtheorie vorliegt; einfach um einen neue Perspektive zu bekommen. Die Eichtheorien haben das Problem aber in der Realität nicht, alle von mir angesprochenen Probleme sind für die Eichtheorien gelöst - d.h.hier rein hypothetisch bzw. fiktiv!

[wilfried]

Tag Tom

ok, dann ist das ja eine andere Sache. Trotdem:

Code: Alles auswählen

Die Eichtheorien haben das Problem aber in der Realität nicht, alle von mir angesprochenen Probleme sind für die Eichtheorien gelöst - d.h.hier rein hypothetisch bzw. fiktiv!

das ist wohl richtig und das habe ich auch nciht bestreiten wollen. Das was ich sagen möchte ist:
Eichtheorien gehen von gewissen Grundannahmen aus. Das müssen sie und das ist auch so in Ordnung.

Nur: (und ndas ist meine Kernaussage)

diese Grundannahmen müssen sehr gründlich auf die reale Bedingungen geprüft werden. Sind sie das und entsprechen die realen Bedingungen -in dem Sinne des Experiments bzw. der Theorie- den Forderungen dann sind die Eichungen auch in Ordnung.

Beispiel dazu: Edynamik (Potenialfunktion des E und H Felds werden um die partiellen Ableitungen einer beliebigen Fkt geändert). Die Eichung ändert weder das elektrische noch das magnetische Feld.

Alles, was ich aussagen möchte ist, dass gerade Eichungen mit sehr sehr viel Verstand und Vorsicht angebracht werden müssen und sich ganz schnell irgendetwas eineichen lässt, was sich hinterher nur noch schwer wieder nachbessern lässt...wenn es denn mal in den Köpfen drin ist.

Ich stehe Eichungen immer mit einem Bremspedal gegenüber.

Das war / ist der Sinn meiner Antwort. Ich denke, das Missverständnis ist damit ausgeräumt.

Gruß

Wilfried

[tomS]

Das Bremspedal ist nicht angebracht. Das Eichprinzip hat sich bewährt - und zwar sowohl theoretisch als auch praktisch.
- alle in der Natur realisierten Theorien einschließlich der Gravitation können als Eichtheorien formuliert werden
- alle dadurch vorhergesagten physikalischen Phänomene (mit Ausnahme des Gravitons / der Gravitationswellen) existieren

Nichts desto trotz scheint dieses Prinzip Grenzen zu haben, insbs, wenn es um die Gravitation geht. Die Stringtheorie (und über die reden wir ja hier) legt den Schluss nahe, dass es ein umfassenderes Prinzip geben könnte, aus dem sich das Eichprinzip als Folgerung ableiten lässt. Außerdem könnte es sein, dass sich die Klasse der konsistent formulierbaren Eichtheorien (leider + SUSY / SUGRA) deutlich einschränken lässt, während das Eichprinzip selbst eigentlich für beliebige Gruppen und nahezu beliebige Materiefelder funktioniert.

[wilfried]

Tag Tom

von der Uni Erlangen veröffentlicht:

Dienstag, 3. August 2010

Erlanger Physiker ernten Anerkennung für Beleg einer neuen Sicht
Könnten die Grundbausteine unseres Weltalls ebenso gut als Punkte wie als winzige Fäden beschrieben werden? Schon vom Ansatz her ist das eigentlich unvereinbar: einerseits Elementartteilchen ohne jede Ausdehnung im flachen Raum; andererseits eindimensionale Strings in einem Raum, der unter dem Einfluss von Schwerkraft gekrümmt ist. Dennoch gibt es den begründeten Verdacht über Querverbindungen zwischen den beiden physikalischen Betrachtungsweisen. Neue Belege dafür hat eine Forschungsarbeit des Lehrstuhls für Theoretische Physik III der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) geliefert, die in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern aus Italien, Großbritannien, den USA und dem Albert-Einstein-Institut in Potsdam entstanden ist. Die Veröffentlichung erregte Aufmerksamkeit in der internationalen Fachwelt.

Eichtheorien sind Bestandteil des Standardmodells, mit der die moderne Physik außer der Schwerkraft alle Kräfte im atomaren und subatomaren Bereich erfolgreich beschreiben kann. Drei der vier Grundkräfte unserer Welt - der Elektromagnetismus, die schwache und die starke Kernkraft - beruhen auf Wechselwirkungen zwischen punktförmigen Elementarteilchen wie Quarks oder Elektronen. Der Zusammenhalt der Materie wird ebenso wie andere Prozesse in Atomen und Atomkernen vermittelt durch so genannte Austauschteilchen - Photonen und Gluonen (nach dem englischen Wort "glue" für "kleben"). Eine andere Theorie geht stattdessen von winzigen vibrierenden und rotierenden Fäden, den Strings, als elementaren Bausteinen des Universums aus. Die Stringtheorie gilt als Kandidat für eine Quantentheorie der vierten Grundkraft, der Gravitation.

"Auf gewisse Art könnten Eich- und Stringtheorien zwei Seiten ein und derselben Medaille in der Beschreibung der Natur darstellen", erklärt Michael Pawellek vom Lehrstuhl für Theoretische Physik III der FAU. Hinweise darauf hat die internationale Wissenschaftlergruppe in ihrer Arbeit gefunden: Sie konnte zeigen, dass die Bewegung von rotierenden Strings in einem gekrümmten Raum durch eine mathematische Besonderheit erfasst werden kann, die als Integrabilität bezeichnet wird. Damit war es möglich, bestimmte Eigenschaften, wie sie bisher nur von Eichtheorien bekannt waren, in einer rein stringtheoretischen Berechnung nachzuweisen.

Ein einzelnes Quark konnte noch niemals beobachtet werden, obwohl Streuexperimente an großen Teilchenbeschleunigern zeigen, dass Protonen und Neutronen aus jeweils drei Quarks bestehen. Ein konkreter rotierender String jedoch ist nun, mathematisch gesehen, "eingefangen" worden. Der Nachweis einer "Dualität" an diesem Einzelbeispiel lässt darauf hoffen, eine Vermutung des amerikanischen Physikers Juan Maldacena aus dem Jahr 1997 in voller Allgemeinheit beweisen zu können. Maldacena folgerte aus seinen Arbeiten, man könne mit Hilfe der Stringtheorie auch Probleme in Eichtheorien lösen, obwohl es auf den ersten Blick erstaunlich ist, mit diesem Instrument die Dynamik der Bausteine von Atomkernen beschreiben zu wollen.

Ein umfassender Beweis der Maldacena-Vermutung gilt inzwischen als eine der größten Herausforderungen der Theoretischen Physik, da sie die faszinierende Möglichkeit eröffnet, zwei grundlegende Probleme auf einen Schlag zu lösen. Zum einen ist der Mechanismus, der den Einschluss von Quarks im "Versteck" des Atomkerns bewirkt, bisher nur ansatzweise im Rahmen der Eichtheorie verstanden. Zum anderen bereitet es den Physikern große Schwierigkeiten, die Gravitation in die Quantenwelt einzubeziehen. Albert Einstein beschrieb 1915 die Schwerkraft in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie als Krümmungseffekt des Raumes durch Massen. Bisher scheiterten jedoch alle Versuche, daraus eine Quantentheorie der Gravitation zu entwickeln. Für eine einheitliche Beschreibung der Naturkräfte und um solche geheimnisvollen Objekte wie Schwarze Löcher oder den Urknall zu verstehen, wäre dies aber notwendig.

Die Arbeiten der internationalen Forschergruppe führen auf diesem Weg ein Stück voran. Ein Artikel zu den Ergebnissen im Fachblatt Journal of Physics A wurde mit dem "IOP select" Status ausgezeichnet. Beteiligt waren außer dem Erlanger Lehrstuhl das Physics Department, Salento University and INFN, Leece, Italien; das Department of Physics, University of Connecticut, Storrs CT, USA; das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Albert-Einstein-Institut, Potsdam und The Blackett Laboratory, Imperial College London.


Weitere Informationen für die Medien:

Michael Pawellek
Tel.: 09131/85-27119
Michael.Pawellek@physik.uni-erlangen.de

Das mal zur aktuellen Sicht der ST aus Sicht der Erlanger. ... sind ja gleich neben an bei Dir.

Gruß

Wilfried

[tomS]

Ich hatte mal einen kurzen Blick in das Orginalpapier geworfen und es als kleines Puzzleteilchen aufgefasst; für mich ist die Pressenotiz etwas zu sehr aufgeblasen (aber evtl. erkenne ich die Wichtigkeit der Arbeit nicht)

[wilfried]

Tag zusammen

Ich hatte diese gerade zufällig entdeckt und gedacht dass sie eventuell in diese Beitragsserie passt.

Im übrigen ist mir auch aufgefallen, warum es zu der Verwirrung zwischen mir und Tom kam:

der Punkt ist, dass ich die Eichtheorien als hinterfragungswürdig bezeichnete, jedoch keine richtige Begründung gab.

Die Begründung, warum ich sage: "Vorsicht mit Eichungen" bezieht sich darauf, wenn Eichungen neu angewendet werden.

Im Falle älterer, erprobter Hypothesen / Theorien sind natürlich diese Eichungen längst sorgfältig überprüft und als korrekt anerkannt. Jedoch bei ganz neuen Ansätzen muss man hier vorsichtig sein. Diese Eichungen müssen sich erst einmal bewähren.

Ich finde diese deshalb so schwierig zu beurteilen, da sie auf differentialgeometrischen Grundlagen beruhen und sich als Vektorbündel mit Bündelmetriken darstellen. Die Lagrange Gleichungen sind dazu geeigneterweise zu verwenden. Das alles ist recht komplex und nicht besonders trivial anzuwenden. Bekannt zu nennen ist die Klein-Gordon Gleichung sowie die Dirac Gleichung.

Es geht um Erhaltungsgrößen, welche aus Symmetriebeziehungen eben dieser Lagrange Gleichungen (Dichte und Funktional) gewonnen werden. Hinweis: Der Satz von Fraun Noether wird dabei angewandt.

Dann kommen die Lie Gruppen noch ins Spiel. Und schliesslich muss man zeigen, dass eben diese Eichtransformationen unter Invarianz der Lagrange Funktion auch eichinvariant bzgl der Lagrange Dichte sind.

Folgerung aus dem Satz von Frau Noether ist, dass infinitesimale Variationen von Symmetrien zu Erhaltungsgrößen führen. Das Prinzip ist auch in der Eichtheorie gültig. Ergo: man muss zunächst einmal klären, was eine infinitesimale Eichtrafo ist.

Und weiter geht es mit den inhomogenen Lagrange Gleichungen ... Yangs-Mill Integral als weiterer Suchbegriff.

Ganz allgemein versteht man unter einer Eichtheorie eine auf einer Eichinvarianz beruhende Feldtheorie. Beispiel: Quantenfeldtheorie.

Ich will in diesem Forum nicht auf Formalismen eingehen und auch den mathematischen Apparat dazu nicht weiter erörtern. Durch meine wenigen Erläuterungen sollte nur rüberkommen, wie komplex diese Eichtheorie ist und wie schwer sie in der Anwendung ist.

Deswegen habe ich auch das Bremspedal genannt.

Man kann ja mal einige Physikstudenten befragen, wie denn so die Übungen und Klausuren darin abgelaufen sind


So, ich denke damit kann ich diesen teil abschliessen, ohne dass noch eine weitere Verwirrung erfolgt oder?

Netten Gruß

Wilfried

[tomS]

Nochmal: es werden keine Eichungen "neu angewandt"; alles OK, du kannst ruhig schlafen - und wir wieder zum ursprünglichen Thema zurückkommen ...

... Ich glaube mitlerweile, dass wenn man die Stringtheorie aus einer geänderten Perspektive betrachtet, dann hat sie durchaus ihre Berechtigung.
- ein Framework
- ein Erzeugungsmechanismus für Theorien
- ein Quantisierungsprinzip für Eichtheorien plus Gravitation
- gauge/gravity duality

[wilfried]

Lieber Tom

gut das mit dem Schlafen mach ich...ich wollt es ja auch nicht überstrapazieren. Den Punkt sehe ich als abgehakt an

Netten Gruß

Wilfried

[tomS]

Ich wollte - nach dem Ausflug zu den Eichtheorien - die ursprüngliche Diskussion nochmal wiederbeleben.

Ich glaube mitlerweile, dass wenn man die Stringtheorie aus einer geänderten Perspektive betrachtet, dann hat sie durchaus ihre Berechtigung.
- Framework
- Erzeugungsmechanismus für Theorien
- Quantisierungsprinzip für Eichtheorien plus Gravitation
- gauge/gravity duality

Das Quantisierungsprinzip für Eichtheorien plus Gravitation erschient mit hier besonders interessant. Die Idee ist, zu zeigen, dass es eine Klasse von SUSY / Eichtheorien gibt, die mit der Gravitation verträglich sind bzw. die eine konsistente Einbeziehung der Gravitation erlauben, und dass diese Klasse an Theorien aus der Stringtheorie folgt. Umgekehrt möchte man zeigen, dass Theorien, die nicht in diese Klasse der von der Stringtheorie abgeleiteten Theorien fallen, notwendigerweise inkonsistent sind, wenn man die Gravitation miteinbezieht ("Swampland"). Damit wäre die Stringtheorie zumindest eine Klassifizierungs- und Konstruktionsmethode für konsistente Theorien einschließlich Gravitation.

[tomS]

Ja, aber die LQG stellt keine Vereinheitlichung aller Kräfte dar. Und in gewisser Weise ist die Auszeichnung eines raumartigen Schnittes im ADM Formalismus ebenfalls eine gewisse Wahl eines Hintergrundes. Ich denke, man kann die beiden Theorien nur schlecht vergleichen, bzw. man kann sie vergleichen und wird dabei sehr viele Unterschiede feststellen.