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Strings in der Krise

Physiker streiten um den rechten Weg zur Weltformel

Von Frank Grotelüschen

Sind die String-Theoretiker mit ihrem Latein am Ende?
Sind die String-Theoretiker mit ihrem Latein am Ende? (Stock.XCHNG / Per Hardestam)

Physik. - Seit Jahren gilt sie als der wahre Weg zur physikalischen Vereinigung, als Lösung der letzten Probleme der Physik - die Stringtheorie. Ihr zufolge sollen winzige, vibrierende Saiten die Urbausteine des Universums bilden. Stimmt das Ganze, wären die bedeutendsten Theorien der Physik unter einen Hut gebracht und zu einer Weltformel vereint: Quantenmechanik und Einsteins Allgemeine Relativität. Neuerdings aber geraten die Strings ins Visier der Kritiker.

Ihre Argumente: Die Theorie sei zu kompliziert und stecke voller willkürlicher Vermutungen. Und: Seit nahezu drei Jahrzehnten würden die String-Physiker ihrer Vision hinterherhetzen, ohne auch nur einen einzigen Beweis für ihre Theorie gefunden zu haben.

Gleichzeitig findet ein anderer Ansatz immer mehr Anhänger - die Loop-Theorie. Sie sieht die Raumzeit nicht glatt, sondern körnig, das Universum bestehe demnach aus lauter winzigen brodelnden Schleifen. Wird sich diese Idee womöglich durchsetzen? Und sind die String-Theoretiker tatsächlich mit ihrem Latein am Ende?



Ein Kosmos der Weisheit.
Alle wissen alles.
Kein Rätseln, kein Raten.
Keine Fragen, nur Antworten.

Kein Streben, kein Streiten.
Gleichgewicht. Perfektion.
Kein Lernen, kein Forschen.
Kein Spekulieren.


Wir leben nicht im Kosmos der Weisheit. Wir saugen die Weisheit nicht mit der Muttermilch auf, sondern müssen mühsam fragen, lernen, forschen. Unser Wissen hält sich in Grenzen: Wir haben noch nicht mal herausbekommen, aus was die Welt eigentlich besteht, aus welchen Bausteinen sie sich in ihrem Innersten zusammensetzt. Um das zu erfahren, haben wir die mathematisch Begabtesten unter uns ausgesandt, auf dass sie die Weltformel suchen: die Mutter aller physikalischen Theorien, eine kurze, knappe Riege von Naturgesetzen, aus der sich alle anderen Formeln und Lehrbuchsätze wie von selbst ergeben. Und die Begabten haben sich in ihre Studierstuben verzogen, haben gerechnet und getüftelt - jahrzehntelang.

Edward Witten, Institute for Advanced Study, Princeton, New Jersey. Träger der Fields-Medaille, dem inoffiziellen Nobelpreis für Mathematik.

" Im 20. Jahrhundert lief unser Wissen über die Natur auf zwei große Theorien hinaus: Zum einen Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie, eine Theorie der Gravitation, also der Schwerkraft. Sie beschreibt das Verhalten von Sternen, von Galaxien und vom Universum. Zum anderen die Quantenphysik, sie dient uns zur Beschreibung von Molekülen, Atomen und von subatomaren Teilchen. Die eine Theorie beschreibt die großen Dinge, die andere die kleinen. Aber natürlich ist es nicht wirklich schön, zwei Theorien zur Beschreibung der Natur nutzen zu müssen. Es muss doch einen Weg geben, sie miteinander zu kombinieren. "

Eine Kombination von Quantenphysik und Allgemeiner Relativitätstheorie. Dazu ein Urteilchen, aus dem sämtliche Materie zusammengesetzt ist, auch die Quarks und Elektronen, also die nach heutigem Stand kleinsten Teilchen der Materie. Und noch eine Urkraft - sie soll hinter den verschiedenen Naturkräften stecken, die wir bislang kennen: elektromagnetische Kraft, starke und schwache Kernkraft, Gravitation.

Urkraft, Urteilchen, Vereinheitlichung - das alles wünschen sich die Physiker von der Weltformel. Und nicht wenige Forscher wähnen sich dieser Weltformel dicht auf den Fersen - mit einer Theorie, die sie als Stringtheorie bezeichnen. String ist englisch und bedeutet Saite.

" In der Stringtheorie besteht ein Elementarteilchen aus einer Art vibrierender Saite. Sie kann - genauso wie die Saite einer Geige - in vielerlei Art und Weise schwingen und kann dadurch wenn man so will unterschiedliche Töne erzeugen. Jeder Ton entspricht dabei einem Teilchen, einem Elektron etwa, einem Quark oder einem Neutrino. All diese Teilchen führt die Stringtheorie auf ein Urteilchen zurück - auf die verschiedenen Schwingungen eines Strings. "

Zwar sollen die Strings winzig sein: 10-33 cm - viel zu klein also, um sie mit Mikroskopen oder Teilchenbeschleunigern sichtbar zu machen. Aber zumindest im Prinzip scheinen die Strings ein zentrales Problem zu lösen, das allen heutigen Theorien anhaftet - das Problem der Singularität. In den heutigen Theorien werden die Materiebausteine als mathematische Punkte abgehandelt. Doch mathematische Punkte sind unendlich klein, und das hat absurde Folgen: Denn theoretisch können sich zwei unendlich kleine Teilchen ja beliebig nahe kommen. Dabei aber würden die Kräfte zwischen ihnen ins Unendliche anwachsen - ein Ding der Unmöglichkeit. Die derzeit beste Theorie, Standardmodell genannt, umschifft dieses Problem der Singularität mit mathematischen Tricks. Bei den Strings, sagt Ed Witten, würde es das Problem erst gar nicht geben.

" Bei den herkömmlichen Theorien werden die Gravitationskräfte zwischen zwei Massen extrem groß, wenn diese Massen sehr dicht beieinander sind. Und das führt zu unlösbaren mathematischen Widersprüchen. Strings hingegen haben eine bestimmte, wenn auch sehr kleine Ausdehnung - wenn man so will, haben Strings Ellenbogen. Deshalb können Strings sich niemals so nahe kommen, dass die Gravitationskräfte zwischen ihnen zu groß werden. Und es sieht so aus, als würde diese Theorie tatsächlich Sinn machen. "

Die Stringtheorie hat ungewöhnliche Wurzeln: Ende der sechziger Jahre entwickelten Physiker ein Modell, bei dem die Quarks zum Beispiel in einem Wasserstoffkern durch Saiten - Strings - zusammengehalten wurden, so als wären diese Strings winzige Gummibänder. Durchsetzen konnte sich diese Idee nicht. Aber bald merkten die Fachleute, dass der Ansatz andere Perspektiven eröffnete: Womöglich taugten die Strings als Urbausteine der Materie. Womöglich könnten sie den Weg zur Weltformel weisen. sied sie es, die den Weg zur Weltformel weisen. Mathematisch jedenfalls bestach das Konzept: Viele Forscher ließen sich von der Eleganz und Konsistenz der Theorie bestechen. Ein erster Boom setzte Mitte der 80er Jahre ein. Damals gelang es, reale Teilchen wie Quarks und Elektronen zumindest ansatzweise in die Stringtheorie einzubauen.

"Diese Zeit, 84-86, bezeichnet man oft als die 1. String-Revolution."

Prof. Jan Louis, Universität Hamburg. Was blieb, war ein ärgerliches Problem: Die Strings-Forscher der 80er Jahre hatten nicht nur eine Theorie entwickelt, sondern gleich sechs. Und sie wussten nicht, welche davon die richtige war.

"Dann, Mitte der 90er Jahre, hat man festgestellt, dass die verschiedenen Stringtheorien wahrscheinlich nur verschiedene Seiten einer Medaille sind, der so genannten M-Theorie. Und daraus sind unglaublich viele Impulse in alle Richtungen ausgegangen. Das war die 2. String-Revolution."

" Vorher kannten wir sechs verschiedene Stringtheorien, also sechs verschiedene Theorien für die Natur. Da stellte sich natürlich die Frage, welche dieser sechs Theorien unsere Welt beschreibt und wer bloß in den anderen fünf Welten lebt. In den 90er Jahren haben wir festgestellt, dass diese sechs Theorien lediglich sechs verschiedene Grenzfälle einer einzigen großen Theorie darstellen. Wir nennen sie M-Theorie. M steht für Magisch, Mysteriös oder Membran, je nach Kontext. Und einige Leute behaupten, ich hätte den Namen erfunden. "

Die M-Theorie machte Edward Witten zum Star. Und sie machte die Strings populär: Immer mehr Forscher begeisterten sich für die winzigen, schwingenden Saiten. Zwar ist die Theorie noch nicht fertig, zwar können die Strings unsere Welt noch nicht beschreiben. Doch der Weg zur Weltformel, das glauben heute viele Physiker, scheint über die Strings zu führen.

Ein Kosmos der Langsamkeit.
Zeit kriecht.
Uhren im Takt von Kalendern.
Sekunden zu Stunden.
Stunden zu Jahren.
Jahreszeiten zu Zeitaltern.
Leben in Zeitlupe.
Sterben in Zeitlupe.


" Die Ganze scheint nicht hinzuhauen. Zwar hat man eine Menge Arbeit in die Strings gesteckt. Aber es gibt nicht die geringsten Anzeichen dafür, dass man die Sache zum Funktionieren bringen könnte. "

New York, die renommierte Columbia University. Hier arbeitet Peter Woit, Mathematikdozent mit einem Doktor für Teilchenphysik. Vor kurzem hat Woit ein Buch veröffentlicht. "Not Even Wrong" heißt es, auf deutsch: "Nicht Einmal Falsch".

Eine Abrechnung mit der Stringtheorie.

" Als die Stringtheorie aufkam, erschien sie mir eine spekulative Idee zu sein, die es durchaus wert war, weiterverfolgt zu werden. Doch dann vergingen die Jahre, und mit der Zeit wurde immer klarer, dass diese Theorie nicht funktioniert. Dennoch erhielten die Strings immer mehr Aufmerksamkeit, und mehr und mehr Leute fingen an, auf dem Gebiet zu arbeiten - und das, obwohl die Erfolge ausblieben. In den letzten Jahren ist es sogar noch schlimmer geworden. Mittlerweile ist mir nicht einmal mehr klar, ob das, was die Leute da betreiben, überhaupt noch Wissenschaft ist. "

Woits Argument Nummer 1: Die Stringtheorie fordert, dass die Strings nicht in unseren drei Raumdimensionen vibrieren, sondern in zehn Dimensionen.

" Damit die Stringtheorie funktioniert, muss sie sich in zehn Dimensionen abspielen statt in den gewohnten drei Dimensionen. Die Strings benötigen also sechs zusätzliche Dimensionen, damit der Formalismus aufgeht. Die ursprüngliche Hoffnung vor 20 Jahren war, dass es nur sehr wenige vernünftige Möglichkeiten für die Natur dieser Zusatzdimensionen geben würde. Dann hätte man diese wenigen Möglichkeiten untersucht und einfach diejenige unter ihnen herausgepickt, die unsere Welt treffend beschreibt. Doch leider hat man lernen müssen, dass es praktisch unendlich viele Möglichkeiten gibt, wie man mathematisch mit den Zusatzdimensionen umgehen kann. Und das bedeutet: Man kann aus der String-Theorie jedes x-beliebige Ergebnis herausbekommen - einfach indem man an diesen sechs Dimensionen herumschraubt. "

Woits Argument Nummer 2: Die M-Theorie von Edward Witten, Mitte der 90er als großer Durchbruch gefeiert, ist reine Hypothese.

" Sogar heute, 10 Jahre nachdem Witten seine Idee vorgestellt hat, ist noch keiner in der Lage, seine Vermutung wirklich zu beweisen. Doch selbst wenn sie stimmen sollte: Das Problem mit den sechs Extradimensionen lässt auch die M-Theorie völlig offen. "

Woits Argument Nummer 3: Bis heute fehlt ein experimenteller Beleg für die Strings. Schlimmer noch: Es existiert nicht einmal der Hauch einer Chance, die Theorie jemals beweisen zu können. Denn die Strings sind derart abgehoben und weltfremd, dass man nicht einmal nachweisen kann, dass sie falsch sind - not even wrong.

" Das Problem mit dieser Theorie, aus der alles Mögliche herauskommen kann, ist, dass man sie nicht experimentell überprüfen kann. Denn die Stringtheorie trifft schlicht und einfach keinerlei Voraussagen, die man nachmessen könnte. Eine wirklich üble Situation für eine wissenschaftliche Theorie! Sie liefert absolut keine Voraussagen, die man testen könnte, um zu sehen, ob sie nun stimmt oder nicht. "

Wenn Woit Recht hat und die Stringtheorie tatsächlich derart eklatante Mängel zeigt - warum ist sie dann an den Universitäten so erfolgreich? Warum arbeiten Tausende Physiker auf der Welt unverdrossen an einer Vision, die in Woits Augen kläglich gescheitert ist?

" Einer der Gründe ist sicherlich, dass es kaum andere Ideen für eine Weltformel gibt, keine wirklichen Alternativen zu den Strings. Ein weiterer Grund: Einige der Leute, die hinter der Stringtheorie stecken, sind sehr einflussreich. Vor allem Edward Witten: in der Tat ein erstaunliches Genie, deutlich klüger als die meisten von uns. Er hat die Sache ziemlich gepusht. Sein Einfluss hat viel damit zu tun, dass die Stringtheorie heute so verbreitet ist. "

Die Folge: In Europa sind viele, in den USA praktisch alle Lehrstühle, die sich der Suche nach der Weltformel widmen, von Stringtheoretikern besetzt. Mit "Not Even Wrong" hat Peter Woit einige Aufmerksamkeit erregt, auch in der Presse - ebenso wie der kanadische Physiker Lee Smolin, der in seinem Buch "The Trouble with Physics" in dieselbe Kerbe schlägt: Die Strings, findet Smolin, sind ein Gedankenexperiment, das kläglich gescheitert ist.

Ein Kosmos im Rückwärtsgang.
Das Ende ist der Anfang.
Scherben springen vom Boden, fügen sich zu einer Tasse und stellen sich auf den Tisch.
Schnee löst sich vom Feld, steigt zum Himmel, bildet dicke graue Wolken.
Magma kriecht rot glühend den Berg hinauf, verschwindet im Vulkan.
Löwen würgen Zebras aus, Zebras spucken Grashalme auf den Boden, Grashalme versinken im Grund.
Menschen sterben, werden jünger und jünger und verschwinden im Mutterleib.
Der Anfang ist das Ende.


Prof. Hermann Nicolai, Direktor am Albert-Einstein-Institut in Golm bei Potsdam:

"Diese Theorie fußt auf der Vorstellung, dass die fundamentalen Konstituenten der Materie keine punktförmigen Teilchen sind, sondern kleine Fädchen, die schwingen. Und die verschiedenen Schwingungsarten manifestieren sich dann als verschiedene Arten von Elementarteilchen. Der Versuch, den Zoo der Elementarteilchen aus einem einheitlichen Prinzip zu erklären."

Nicolai ist einer der führenden deutschen String-Theoretiker. Er wehrt sich gegen die Vorwürfe, die Woit und Smolin in ihren Büchern wortreich äußern.

"Als Ärger würde ich das nicht bezeichnen. Ich habe das zum Teil etwas amüsiert zur Kenntnis genommen."

Nicolai sieht in den Strings nach wie aussichtsreiche Kandidaten für die Weltformel - schwingende Saiten, die sämtliche Kräfte und Teilchen vereinheitlichen und Allgemeine Relativität und Quantenphysik unter einen Hut bringen. Dass die Entwicklung der Theorie stagniert - davon will er nichts wissen.

"Es ist eine ganze Menge Wissen dazugekommen. Nur ist das Wissen nicht so einfach kommunizierbar. Ich denke, wir Theoretiker haben da ein gewaltiges Arsenal an Ideen zur Verfügung gestellt. Das Spannende daran ist, dass keiner genau weiß, was passieren wird. Und diese Bücher kommen jetzt in dieser Situation, wo alles im Fluss ist und etwas ungewiss."

Auch die Stringtheoretiker selbst behaupten nicht, sie hätten bereits das Ei des Kolumbus entdeckt. Leute wie Nicolai und sein Hamburger Kollege Jan Louis wissen selber, dass längst nicht alles perfekt ist mit den Strings. Es hapert, das geben sie zu, noch an den Grundlagen.

"Es ist nicht so, dass wir ein gutes konzeptionelles Verständnis der Theorie haben. Das kann man nicht vergleichen mit dem Verständnis, was wir von der Quantenmechanik oder auch der allgemeinen Relativitätstheorie Einsteins haben. Und deswegen ist es ein bisschen früh, jetzt schon Voraussagen herauszuholen, die die Stringtheorie verifizieren oder falsifizieren. Ich denke, man müsste die Theorie einfach noch besser verstehen. Die Mathematik, die man für die Stringtheorie braucht, ist noch nicht entwickelt."

Wenn nur erst die Grundlagen besser verstanden wären und eine probate Mathematik bereitstünde - dann würde man schon verstehen, wie eine zehndimensionale Theorie zusammenhängt mit dieser unseren dreidimensionalen Welt. So lautet die Hoffnung der Stringtheoretiker. Und: Sie setzen auf einen Großbeschleuniger, der kommendes Jahr in Genf in Betrieb geht: Der LHC könnte eine neue Gattung von Teilchen entdecken, die supersymmetrischen Teilchen. Sie sind Statthalter einer neuen physikalischen Theorie, der Supersymmetrie. Das Entscheidende: Die Supersymmetrie ist ein fester Bestandteil der Stringtheorie, quasi eine Voraussetzung für sie - weshalb manchmal auch von Superstrings die Rede ist.

"Dann hätte man zumindest einen Punkt, an dem man sich festklammern kann. Wenn wir wissen: Es gibt supersymmetrische Teilchen, dann hat man schon einen großen Schritt getan. Dann wäre der nächste Schritt, dass man zunächst mal ausforscht: Was sind das genau für Teilchen? Und wenn wir diese Information haben, können wir versuchen zu einem präzisen Modell zu kommen und zu präzisen Aussagen."

Nur: Sollte der LHC nichts finden, dürfte das für die String-Verfechter zum herben Nackenschlag geraten, wenn nicht zum Genickbruch. Zwar wären die Strings dann nicht zwangsläufig widerlegt. Dennoch dürften sich viele Experten enttäuscht abwenden, um ihr Glück fortan in anderen theoretischen Gefilden zu suchen.

In einem sind sich Kritiker wie Befürworter einig: Zurzeit ist unklar, ob die Strings tatsächlich zur Weltformel führen. Nur: Die Kritiker, allen voran Lee Smolin und Peter Woit, erklären die Strings schon für gescheitert. Die Befürworter dagegen, Leute wie Ed Witten und Hermann Nicolai, lassen die Hoffnung noch nicht fahren: Sie tüfteln unverdrossen weiter an einer Weltformel, die auf schwingenden Saiten basiert.

Ein Kosmos der Dunkelheit.
Kein Licht.
Kalt.
Schwarz.
Keine Strahlung.
Nur Materie.
Dunkle Materie.
Schwarze Materie.
Unsichtbare Materie.



" Eine Sache, die in den letzten fünf oder sechs Jahren entdeckt wurde, ist, dass die Gleichungen der Stringtheorie viele, viele, viele Lösungen haben. Und jede dieser Lösungen ist so etwas wie eine Blaupause für ein mögliches Universum. "

Dass die Stringtheorie ein schier überquellendes Füllhorn an physikalischen Lösungen liefert - das bemäkeln die Kritiker, und die Befürworter bedauern es. Einer aber sieht darin kein Problem, sondern ganz im Gegenteil ein ganz faszinierendes Ergebnis - Leonard Susskind von der kalifornischen Stanford Universität.

" Die Idee, dass es sehr viele Universen gibt und wir nur in einem dieser vielen Universen wohnen, ist mindestens dreißig Jahre alt. Sie nennt sich anthropisches Prinzip. Die Physiker haben dieses Prinzip nie besonders ernst genommen. Sie haben immer gehofft, irgendwann auf ein paar Gleichungen zu stoßen, die eine klare Lösung besitzt. Diese Lösung sollte genau unser Universum beschreiben und fertig. Aber nun bietet uns die String-Theorie unvorstellbar viele Universen an - mittlerweile sind es um die 10500. Dieser Tatsache müssen wir ins Auge sehen: Dass die Stringtheorie eine Theorie der Vielfalt ist und nicht der Einheit. Aber das passt wunderbar zu der Idee, dass es viele Universen gibt. "

Die Welt des Leonard Susskind besteht aus unendlich vielen Universen, oder man könnte auch von einem Multiversum sprechen. Diese vielen Welten werden von den unterschiedlichsten Naturgesetzen beherrscht: In einem könnte die Zeit rasend schnell verstreichen, in einem anderen quälend langsam, im dritten läuft sie gar rückwärts. Manche Welten werden nur von Kindern bewohnt, andere von sprechenden Pflanzen oder von rostigen Robotern - wer weiß. Für Susskind ist das eine logische Folge jener ominösen sechs Extradimensionen, die es laut Stringtheorie geben muss.

" Die meisten dieser Dimensionen sind winzig. Sie sind in unseren gewohnten drei Dimensionen aufgerollt und viel zu klein, als dass wir sie wahrnehmen könnten. Das Entscheidende: Diese versteckten Dimensionen können auf die unterschiedlichste Art und Weise beschaffen sein - manche könnten in ihrer Form einem Bagel ähneln, andere einem Donut, wieder andere einer Brezel oder einem Stück Schweizer Käse. Und eben diese Beschaffenheit legt fest, wie die Naturgesetze in dem jeweiligen Universum aussehen. Die Beschaffenheit der versteckten Dimensionen ist also so etwas wie der genetische Code eines Universums. Und genauso wie ein Unterschied in den Genen verschiedenartige Lebewesen hervorruft, haben Unterschiede bei den versteckten Dimensionen ganz unterschiedliche Universen zur Folge. "

Die eine Weltformel, nach der die Physiker seit Jahrzehnten suchen - es gäbe sie nicht. Hat Susskind Recht, gäbe es unendlich viele Weltformeln. Jedes Universum hätte seine eigene. Nur: Lässt sich diese These überhaupt beweisen?

" Das ist das Problem. Diese anderen Universen bewegen sich nämlich viel zu schnell von uns weg, als dass wir sie beobachten könnten. Wir sind also unwiderruflich von den anderen Welten getrennt. Im Moment können wir nur hoffen, mit der Mathematik weiterzukommen. Kurz und gut: Es wird schwierig werden, diese Theorie zu beweisen. Extrem schwierig. "

" Ich finde das ziemlich seltsam. Ein normales wissenschaftliches Vorgehen wäre doch folgendes: Wenn ich Jahre und Jahre an einer Theorie arbeite und dann sehe, dass dabei nichts Vernünftiges herauskommt, gestehe ich mir doch ein, dass das ein schlechter Ansatz war und ich lieber was anderes versuchen sollte. Stattdessen behauptet Susskind, die Welt sei tatsächlich so verrückt, dass es unendlich viele Universen gibt, in der all diese beliebigen Dinge, die aus der Stringtheorie herauskommen können, tatsächlich passieren. Mit seriösen wissenschaftlichen Aussagen hat das meiner Ansicht nach nichts mehr zu tun. "

Strings-Kritiker Peter Woit hält herzlich wenig von der Idee des Multiversums. Und selbst unter den Befürwortern ist Susskinds These höchst umstritten.

"Es ist eine logische Möglichkeit, ich will da nicht ausschließen. Nur aus meiner Sicht schaut das aus wie Defätismus. Für mich ist das gewissermaßen die Aufgabe des Ziels, auf das wir alle eigentlich hingearbeitet haben. Wenn's wirklich so käme, wär's für mich eigentlich eine große Enttäuschung."

"Die Idee finde ich gar nicht mal so abwegig. Der Mensch hat sich immer im Zentrum der Welt gesehen: Erst im Zentrum des Sonnensystems. Dann hat er das Sonnensystem im Zentrum des Universums gesehen, und irgendwann hat er festgestellt: Wir sind arme Zigeuner am Rande des Universums. Und jetzt stellen wir vielleicht fest: Wir sind arme Zigeuner in einem Universum von unendlich vielen Universen. Und das würde nicht eigentlich nicht so sehr erschrecken, wenn das der Fall sein sollte."


Ein Kosmos der Hektik.
Schnell.
Dalli, Dalli.
Tempo.
Alles muss schnell gehen.
Überhol doch.
Mach zu, beeil dich.
Drück auf die Tube.
Nicht so lahm, Mensch.
Gib Gas.
Komm in die Hufe.
Trödel nicht so.
Verlier keine Zeit!


"Die String-Gemeinde ist sehr gewachsen in den letzten zwanzig Jahren und dominiert einen großen Teil der Grundlagenforschung, nämlich die Elementarteilchenphysik. Und da hat man zwei Fehler gemacht: In den letzten zehn, fünfzehn Jahren hat man sehr starke Vorhersagen gemacht. Ich war mal an der Harvard-Universität, da hat Edward Witten drei Vorträge hintereinander gehalten. Und er hat behauptet, dass die Mathematiker des 21.Jahrhunderts im Wesentlichen damit beschäftigt wären, die Mathematik für die Details der Stringtheorie auszuarbeiten. Das war glaube ich ein bisschen zuviel gesagt. Und der zweite Fehler ist die Tatsache, dass die Stringtheoretiker so dominant sind in allen Elite-Universitäten auf der Welt, dass sie da die Stellensituation sehr stark kontrollieren und meines Erachtens unabhängige Ideen sehr, sehr kurz kommen."

Prof. Thomas Thiemann vom Albert-Einstein-Institut arbeitet an so einer anderen, von den Strings unabhängigen Idee: Loop-Theorie, so nennt sich sein Ansatz, oder ausführlich: Loop-Quantengravitation.

"Die kleinste Dimension nach der Loop-Theorie ist die sog. Planck-Skala. Das ist eine unvorstellbar kleine Größe: 10-33 Zentimeter, eine 0 mit einer 1 auf der 33. Nachkommastelle. Auf dieser Skala sieht nach der Loop-Quantengravitation der Raum granular aus, nicht mehr glatt wie in der klassischen Einstein-Theorie."

Der Unterschied zu den Strings ist folgender: Die Strings sind winzige Elementarteilchen und bewegen sich durch den glatten und kontinuierlichen Raum. In der Loop-Theorie dagegen ist der Raum gequantelt - aufgeteilt in winzige Schleifen, englisch Loops. Beispiel: ein Blatt Papier.

"Man stellt sich vor, dass dieses Blatt Papier aus Schleifen zusammengesetzt ist, die sich auf komplizierte Art miteinander verketten und sich auch schneiden können. Und um z. B. den Flächeninhalt von einem DIN-A4-Blatt zu beschreiben, bräuchte man 1068 von diesen Schleifen. Auf den Eckpunkten, wo die Schleifen sich treffen, sitzt Materie - z. B. Quarks oder Elektronen. Und die ganze Sache ist auch dynamisch: Die Schnittpunkte vergehen und entstehen. Das ist ein richtiges Chaos auf elementarer Ebene."

Bewegt sich in der Loop-Theorie ein Teilchen von A nach B, so fliegt es nicht gleichförmig durch den Raum, sondern hoppelt von Punkt zu Punkt. Und was ist dadurch gewonnen?

"Man hat gewonnen, dass die Loop-Quantengravitation ein Manko der Einstein-Theorie zu beseitigen scheint, nämlich die so genannten Singularitäten. Singularitäten, wie sie z. B. bei schwarzen Löchern auftreten oder beim Urknall. Heute geht man davon aus, dass es einen Zeitpunkt gab, zu dem das Universum entstanden ist. Aber was davor war, oder wie es genau passiert ist, weiß keiner so genau, weil die mathematischen Größen, mit denen man da zu tun hat, förmlich explodieren. Die werden sinnlos. Und die Loop-Quantengravitation scheint an der Stelle weiter vordringen zu können."

Seit ihren Anfängen in den 80er Jahren haben die Loops einigen Zulauf bekommen, nicht wenige Experten sehen in ihnen eine ernsthafte Alternative zu den Strings. Nur: Wird man die Loops eines Tages durch Experimente bestätigen können? Oder wenigstens widerlegen? Ja, meinen die Befürworter: Künftige Satelliten und Gravitationswellendetektoren könnten Indizien finden, etwa wenn sie das Echo des Urknalls untersuchen. Nein, meinen die Skeptiker: Die Effekte dürften derart winzig sein, dass keine Hoffnung besteht, sie jemals beobachten zu können.

Die Situation ist wie bei den Strings: Den Forschern ist es zwar gelungen, eine Theorie mathematisch sauber aufzuschreiben. Aber beide Theorien scheinen noch längst nicht in der Lage, die Welt schlüssig zu erklären. Beide Theorien - Strings wie Loops - sind bislang pure Konstrukte. Und beiden droht das Schicksal, für immer spekulativ zu bleiben.

Ein Kosmos der Ungewissheit.
Alles ist offen.
Nichts ist gewiss.
Erkenntnisse zerfließen.
Geglaubtes zerrinnt.
Formeln, Gesetze, Regeln - immer mehr, immer neu, immer anders.
Diskussionen, Debatten, Diskurs.


"Ich finde es eigentlich richtig, dass wir mehrere Ansätze verfolgen. Ich sehe das als einen Wettbewerb, eine Zurverfügungstellung eines theoretischen Arsenals. Und dann müssen wir mal sehen, wer dann zum Schluss als Sieger dabei herauskommt."


Literatur:

Peter Woit: "Not Even Wrong". Verlag: Jonathan Cape. ISBN 0224076051
Lee Smolin: "The Trouble with Physics". Verlag: Houghton Mifflin Company, ISBN 0618551050
Brian Greene: "Das elegante Universum". Goldmann-Verlag, ISBN 3442153743
Leonard Susskind: "The Cosmic Landscape". Verlag: Back Bay Books, ISBN 0316013331

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