Bildquelle: Jürgen Faelchle / ShutterstockWie einige moderne Physiker sagen, besteht das Problem der Stringtheorie (im Folgenden: TS) darin, dass zu viele Universen für ihre Arbeit benötigt werden. Laut TS gibt es
10500 Versionen der Welt, jede mit ihren eigenen Gesetzen der Physik. Aber wenn wir ein solches Spektrum an Optionen für die Weltordnung vor uns haben, wie können wir dann die Theorie anpassen, um die Prinzipien unserer Realität zu erklären?
Wie die meisten Physiker - und vielleicht alle - vermuten lassen, befinden sich weitere Universen tatsächlich in einem verdichteten Zustand. Diese Annahme wird wiederum getroffen, um die Konstanz der
Dunklen Energie (im Folgenden: TE) in die Theorie aufzunehmen, die immer noch als Hauptantriebskraft der inflationären Expansion des Kosmos angesehen wird. Einige Wissenschaftler haben jedoch den Wunsch, die "zusätzlichen" Dimensionen zu zerstören; Gleichzeitig erklären sie, dass dies kein Rückschritt ist, sondern ein ernsthafter Durchbruch bei der Verbesserung der TS. Leider ist der Rest der wissenschaftlichen Gemeinschaft immer noch der Ansicht, dass der „Multiversum“ -Ansatz beibehalten werden sollte, und im Allgemeinen ist dies im Allgemeinen kein solches Problem.
Die Debatte über ein derart brennendes Thema fand Ende Juni in Japan statt, wo sich Befürworter der Stringtheorie auf der Konferenz Strings 2018 („Strings 2018“) aus aller Welt versammelten. "Ein paar neue Gedanken führten zu einer heftigen Debatte über einige Themen", sagt Ulf Danielsson, Physiker an der Universität Uppsala in Schweden. Grundsätzlich drehte sich die Diskussion um einige wissenschaftliche Arbeiten (
erste ,
zweite ), die im letzten Monat in der
ArXiv -Webressource veröffentlicht wurden und sich auf eine sogenannte
„Landschaft“ konzentrierten - eine
unverständliche Reihe potenzieller Universen, die als Ergebnis der Lösung verschiedener Gleichungen entstanden sind TS beschreibt unsere Welt mit all ihren Inhalten, einschließlich dunkler Energie. Wie beide Arbeiten betonen, beginnt die Mathematik zu hinken und sich selbst zu widersprechen, wenn Sie eine Theorie aus einer bequemen „Landschaft“ in den sogenannten
„Sumpf“ ziehen . Im Laufe der Jahre sind viele Entscheidungen direkt im „Sumpf“ gelandet, aber noch hat niemand die Idee geäußert, dass alle oder fast alle Ergebnisse, die früher auf dem Prinzip „Landschaft“ beruhten, dorthin gehen sollten.
Kamran Wafa , Physiker an der Harvard University, sagte auf der Konferenz: "Es ist durchaus möglich, dass wir im Prinzip nicht die richtige Lösung für die Stringtheorie mit dunkler Energie finden können."
Im Multiversum verloren
Die Stringtheorie ist seit langem als Versuch positioniert worden, die Welt um uns herum mit einer einzigen „Theorie von allem“ zu beschreiben, indem zusätzliche Dimensionen hinzugefügt werden und alle Partikel als Miniatur-kontinuierlich vibrierende „Strings“ betrachtet werden. Viele TS-Anhänger halten es immer noch für den geeignetsten Weg, Albert Einsteins Traum endlich zu verwirklichen - die allgemeine Relativitätstheorie (GR) mit Quanteneffekten zu kombinieren. Darüber hinaus ist anzumerken, dass die "Landschaft", die das Verhalten vieler Universen vorhersagt, Physiker häufig abstößt. "Aus meiner Sicht tötet" Landschaft "eine Theorie, weil sie als Prognosemethode an Wert verliert", sagt Paul Steinhardt, Physiker an der Princeton University, Autor einer der oben genannten Arbeiten, die die TS kritisieren. "Es ist buchstäblich
alles erlaubt." Steinhardt und seine Kollegen sehen einen Ausweg aus den kürzlich entdeckten Problemen mit der Zugabe von dunkler Energie. "Diese Geschichte mit einem riesigen Multiversum ist höchstwahrscheinlich mathematisch falsch", fügt Danielsson hinzu. "Das ist ziemlich merkwürdig, weil die Theorie paradoxerweise prophetischer wird, als wir dachten."
Einige Theoretiker, wie Savedip Seti von der University of Chicago, sind im Gegenteil sogar zufrieden mit dem, was passiert: „Ich finde das wunderbar. "Ich war lange Zeit skeptisch gegenüber dem Konzept der" Landschaft ", und es ist schön zu hören, dass sich das Paradigma vom blinden Glauben an die Fähigkeit, all diese Entscheidungen zu beweisen, entfernt hat." Aber nicht jeder mag die Idee, dass die auf der „Landschaft“ basierenden Ergebnisse tatsächlich im „Sumpf“ liegen sollten - insbesondere das Forscherteam, das 2003 eine der ersten Versionen der „Landschaft“
vorschlug , die
KKLT mit den Anfangsbuchstaben der Namen von Wissenschaftlern genannt wurde Schöpfer. Shamit Kahru, eines der Mitglieder der KKLT-Gruppe der Stanford University, äußerte Zweifel an den Argumenten von Wafa und den anderen: „Nein, es ist natürlich großartig, sich auf verschiedene Spekulationen einzulassen und vorherzusagen, wie sich dies auf das Ergebnis auswirken wird, aber ich sehe keine theoretischen oder experimentellen Gründe dafür um dieses „Ratespiel“ ernst zu nehmen. Die anfänglichen Daten und wie wir sie zu einem Ganzen zusammenfügen - alles ist vollkommen gerechtfertigt. “
Juan Muldacena , ein theoretischer Physiker am Institute for Advanced Study in New Jersey, erklärte auch, dass er weiterhin an der Idee der Existenz einer Vielzahl von Universen der Dunklen Energie im Rahmen der Stringtheorie festhalten werde.
Ja, viele in der Wissenschaft sind sehr zufrieden mit dem TS mit einem Multiversum. "Es ist klar, dass wenn der Ansatz unter Verwendung der" Landschaft "korrekt ist, der Vergleich unseres Universums mit einem Multiversum der gleiche ist wie der Vergleich des Sonnensystems mit dem Rest des Universums", erklärt Kahru. - "Und das ist gut. Johannes Kepler versuchte den fundamentalen Grund zu finden, warum die Erde so weit von der Sonne entfernt ist und nicht irgendein anderer. Aber jetzt wissen wir, dass unser Stern selbst in dieser Galaxie einer von Milliarden ist, und viele von ihnen haben auch Planeten, und der Radius der Erdumlaufbahn ist nur eine Zufallszahl und keine Folge einer mathematischen Beziehung, die tief im Gewebe des Universums verborgen ist. Wenn wir also die Existenz von Trilliarden anderer Universen zulassen, dann sind die Parameter des uns umgebenden Kosmos einfach eine Menge willkürlicher Zahlen, nicht mehr. Und die Schlussfolgerung, dass sie genau auf das Leben eines Menschen zugeschnitten zu sein scheinen, ist einfach ein Auswahlfehler. Mit der Zeit wird die Menschheit sicherlich ihre eigene Art in den seltenen Ecken des Multiversums finden, in denen die Bedingungen für Menschen geeignet sind. “
Das Universum beschleunigen
Zurück zur Frage der dunklen Energie: Genau ihre Invarianz passt nicht zur Stringtheorie. Und laut Wafa ist dies ein guter Grund, das Konzept von TE anzuzweifeln - insbesondere in der Form, die als
"kosmologische Konstante" bezeichnet wird. Die Idee, die 1917 von Einstein vorgeschlagen wurde, erhielt 1998 ein zweites Leben, als Astronomen herausfanden, dass sich das Universum nicht nur ausdehnt, sondern beschleunigt. Die kosmologische Konstante sollte eine Form von Vakuumenergie werden, die stabil ist und den Schwerkraft entgegenwirkt. Wie sich herausstellte, ist dies jedoch nicht der einzig mögliche Weg, um die beschleunigte Expansion der Welten zu rechtfertigen. Zum Beispiel gibt es eine Hypothese über
„Quintessenz“ als eine Art bestimmtes Feld, das das gesamte beobachtbare Universum durchdringt und sich gleichzeitig ändert. „Unabhängig davon, ob Anhänger der Stringtheorie sie endlich mit konstanter dunkler Energie verbinden können, stellte sich plötzlich heraus, dass die Idee der Inkonstanz von TE in TS viel natürlicher aussieht“, hat Vafa Spaß. „Und in diesem Fall wird derjenige gewinnen, der die Veränderung messen kann dunkle Energie durch astronomische Beobachtungen. "
Und da alle Daten, die Astronomen zuvor gesammelt haben, die Idee einer kosmologischen Konstante bestätigten, gibt es jetzt einen gewissen Handlungsspielraum. Die
Euklid-Sonde , das Infrarot-Teleskop
WFIRST der NASA und die Ausrüstung des
im Bau befindlichen
Simons-Labors haben bereits eine Reihe von Experimenten geplant, um zu verstehen, ob die Dunkle Energie in der Vergangenheit schwächer oder stärker war als jetzt. Paul Steinhardt: „Wir müssen nicht einmal auf neue Technologien warten. Wir sind bereits im Geschäft. “
Überraschenderweise unterstützen auch diejenigen, die Wafas Annahme skeptisch gegenüberstanden, die Suche nach einer Alternative zur kosmologischen Konstante. Zum Beispiel können Sie
Eve Silverstein , eine amerikanische Kosmologin und theoretische Physikerin, zitieren: „Ich glaube nicht, dass es Grund gibt, sich zu fragen, was die Ergebnisse von Beobachtungen dunkler Energie sein werden. Aber ich stimme zu, dass [das variable Feld der Dunklen Energie] dies die Schaffung eines Modells der beschleunigten Expansion des Universums erheblich vereinfacht. "
Quintessenz ist übrigens nicht die einzige Option. Vor dem Hintergrund der Arbeit von Wafa stellten Danielsson und seine Kollegen
eine alternative Möglichkeit vor , sich mit Brennstoffzellen und Fahrzeugen anzufreunden. In ihrer Version ist unser Universum eine dreidimensionale Oberfläche einer bestimmten Blase, die sich mit einer großen Anzahl von Dimensionen in den Raum ausdehnt. "Wissenschaftler, die diese Oberfläche verwenden, können die Physik mit einer kosmologischen Konstante replizieren", erklärt Danielsson. "Im Vergleich zu dem, was wir vorher gedacht haben, ist dies eine völlig andere Methode, um dunkle Energie in die Gleichung einzubauen."
Feine Theorie
Die Grundlage aller Diskussionen zur Stringtheorie liegt zweifellos die Hauptfrage: Was bedeutet Physik als Wissenschaft? Können wir von jeder coolsten Theorie eine Erklärung für jedes kleinste Ereignis im Universum verlangen, das uns umgibt, oder ist das schon zu viel? Und wenn die Theorie unseren Vorstellungen über die Struktur der Welt widerspricht - lohnt es sich, die Theorie zu verwerfen oder was wir als „Wissen“ über die Natur der Dinge betrachten?
Ja, TS zieht viele mit seiner „Schönheit“ an - die Lösungen seiner Gleichungen sind ziemlich zufriedenstellend, und die Erklärungen, die ihm angeboten werden, sind nicht ohne Eleganz. Aber nach und nach mangelt es an Beweisen - und noch schlimmer, es gibt keine Gewissheit, dass sie im Prinzip gefunden werden. Selbst die Annahme, dass es unmöglich ist, Brennstoffzellen in das Fahrzeug aufzunehmen, stoppt die Lüfter nicht. "Es ist so umfangreich und großartig und in vielen Dingen so korrekt, dass wir uns das Denken beigebracht haben -" der Fehler ist nicht theoretisch, ich irre mich ", erinnert sich Networks -" aber das Streben nach "Schönheit" ist nicht der beste Weg, um den richtigen General zu entwickeln Theorie des Universums. " Wie
Sabina Hossenfilder vom Institute for Advanced Study in ihrem neuesten Buch Lost in Math schrieb: Wie Schönheit die Physik in die Irre führt (Lost in Math: Wie „Schönheit die Physik zum Weg macht“), Frankfurt: „Mathematik ist voller Erstaunlichkeit und wundervolle Dinge, und die meisten von ihnen haben nichts mit der realen Welt zu tun. “
Trotz oft gegensätzlicher Ansichten sind theoretische Physiker dennoch nette Leute, die von einem gemeinsamen Durst vereint sind - alles zu wissen, was existiert, einschließlich des Universums. Kahru, die die „Landschaft“ schuf, war die Leiterin von Wafa, einer heftigen Kritikerin ihrer Ideen - aber sie sind immer noch Freunde. "Als er mich fragte, ob ich bereit sei, mit meinem Leben zu schwören, dass die" Landschaft "existiert", lacht Kahru. "Ich antwortete, dass ich bereit bin, auf sein Leben zu schwören!"
Zusätzliches Material von Lee Billings.
Dieser Artikel wurde vom Astrobiology Magazine zur Verfügung gestellt , einem Web-Publisher, der vom Astrobiology Program der NASA gesponsert wird.