Quantenmechanik und Relativitätstheorie

Die Quantenmechanik 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 einzelner Punktteilchen einen verschwommenen Quantenschaum, der sich aus deren Aufenthaltswahrscheinlichkeit 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 verbinden und eine einheitliche Weltformel zu finden, die sowohl im Mikrokosmos, wie auch im Makrokosmos ihre Gültigkeit behält.

Stringtheorie

Die Stringtheorie bietet Werkzeuge, um die Welt im Kleinsten zu beschreiben und steht trotzdem nicht im Widerspruch zur Allgemeinen Relativitätstheorie. Die Stringtheorie führt dazu die minimale Längeneinheit der Plank-Länge ein und beschreibt die kleinsten, unteilbaren Einheiten nicht als Punktteilchen, sondern als schwingende Stringbänder. Damit sind Strings die atomarsten Bausteine der Natur, aus denen die Elementarteilchen aufgebaut sind.

Je nachdem mit welcher Frequenz ein String schwingt, weist er eine bestimmte Energie und damit auch eine Masse auf, nach Einsteins Formel 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 Möglichkeit mit Hilfe von Stringbändern die Gravitationskraft in das quantenmechanische Modell einzugliedern (Quantengravitation) und dieses mit der Relativitätstheorie zu vereinigen, hat die Stringtheorie alle Eigenschaften einer Weltformel, die unser Universum erstmals vollständig beschreiben könnte.