Quantenmechanik, Relativitätstheorie und Stringtheorie

Die Quantentheorie beschreibt die mikroskopischen Eigenschaften unseres Universums, also die Welt der Elementarteilchen. Die Allgemeine Relativitätstheorie beschreibt astronomische Größenverhältnisse wie die Bewegung der Planeten auf Ihren Umlaufbahnen, Raumkrümmungen und zusätzliche Dimensionen.

In der Quantentheorie arbeitet man mit Punktteilchen. Mit der Allgemeinen Relativitätsteorie ist es unmöglich diese mikroskopisch kleinen Abstände zu erfassen. Die Relativitätstheorie beschreibt statt Punktteilchen einen verschwommenen Quantenschaum, der sich aus der Aufenthalts-Wahrscheinlichkeit von Punktpartikeln nach Heisenberg's Unschärferelation ergibt.

In der Allgemeinen Relativitätstheorie ist die Gravitation keine klassische Kraft, sondern die geometrische Krümmung von Raum und Zeit (Raumzeit), verursacht durch Masse und Energie. Wird eine Masse jedoch auf ein einziges Punktteilchen (Singularität) zusammengepresst, erzeugt dieses eine unendliche Krümmung der Raumzeit mit einer unendlichen Gravitationskraft, die einem Schwarzen Loch entspricht.

Die Relativitätstheorie kann eine Singularität mathematisch nicht erfassen, während die Quantenmechanik die Gravitation nicht erklären kann. Die größte Herausforderung unserer heutigen Physik ist es nun, beide Theorien miteinander zu verknüpfen und eine einheitliche Weltformel zu finden, die sowohl im Mikrokosmos, wie auch im Makrokosmos ihre Gültigkeit behält.

Die Stringtheorie bietet Werkzeuge, um die Welt im kleinsten zu beschreiben und steht trotzdem nicht im Widerspruch zur Allgemeinen Relativitätstheorie. Hierzu führt die Stringtheorie eine minimale Längeneinheit, die sogenannte Planklänge (10^-33), ein und beschreibt die kleinsten möglichen unteilbaren Einheiten nicht als Punktteilchen, sondern als schwingende Stringbänder. Strings sind somit die "atomarsten" Bausteine der Natur, aus denen die kleinsten, unteilbaren Elementarteilchen wie beispielsweise 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 quantenmechanische Modell einzugliedern und dieses mit der Relativitätstheorie zu vereinigen, hat die Stringtheorie alle Eigenschaften der bislang vergeblich gesuchten Weltformel.