Die Stringtheorie wurde lange als der beste Kandidat der Physiker zur Beschreibung der fundamentalen Natur des Universums präsentiert. Doch zu Beginn des 21. Jahrhunderts wurde deutlich, dass die meisten Versionen der Realität, die durch ihre Gleichungen beschrieben werden, nicht mit den Beobachtungen unseres eigenen Universums übereinstimmen.
Die Vorhersagen der konventionellen Stringtheorie sind unvereinbar mit der Beobachtung der dunklen Energie, die die Expansion unseres Universums zu beschleunigen scheint. Sie stimmen auch nicht mit den tragfähigen Theorien der Quantengravitation überein, sondern sagen stattdessen ein riesiges 'Sumpfland' unmöglicher Universen voraus.
Die Gleichungen der Stringtheorie ergeben eine quasi unendliche Vielfalt potenzieller Universen in einer 'Landschaft'. Diese Landschaft ist von einem 'Sumpfland' von Lösungen umgeben, die mit keiner tragfähigen Theorie der Quantengravitation vereinbar sind.
Bildnachweis: Erstellt von Haley Grunloh für das Foundational Questions Institute, FQxI FQxI (2025) Eine neue Analyse von Eduardo Guendelman, Physiker an der Ben-Gurion-Universität des Negev in Israel, zeigt, dass eine exotische Untergruppe von Stringmodellen einen Ausweg aus diesem Sumpfland bieten könnte. In diesen Modellen wird die Spannung der Strings dynamisch erzeugt.
In den 2000er Jahren erkannten Stringtheoretiker, dass die Gleichungen der Theorie nicht ein einzelnes Universum beschreiben, sondern eine schwindelerregende Anzahl von 10
500 möglichen Lösungen. Jede dieser Lösungen entspricht einem Universum mit seinen eigenen Teilchen und Kräften, was das sogenannte 'Landschaftsbild' der Stringtheorie schafft.
Im Jahr 2005 wurde entdeckt, dass diese Landschaft von einem 'Sumpfland' von Lösungen umgeben ist, die zwar tragfähig erscheinen, aber tatsächlich mit keiner funktionierenden Quantengravitationstheorie vereinbar sind. Um die Landschaft vom Sumpfland zu unterscheiden, wurden 'Sumpfland-Bedingungen' vorgeschlagen.
Guendelman veröffentlichte einen Artikel in
The European Physical Journal C, der zeigt, dass eine bestimmte exotische Untergruppe von Stringtheorien unser reales Universum besser beschreiben könnte. In diesen Modellen werden die Stringspannung und die Planck-Skala dynamisch, wodurch die Sumpfland-Bedingungen abgeschwächt werden.
Was ist die Stringtheorie?
Die Stringtheorie ist ein theoretischer Ansatz in der Physik, der versucht, Elementarteilchen als winzige vibrierende Strings zu beschreiben. Diese Strings können mit unterschiedlichen Frequenzen schwingen, wobei jede Frequenz einem anderen Teilchen entspricht.
Diese Theorie zielt darauf ab, die vier Grundkräfte der Natur zu vereinheitlichen: Gravitation, Elektromagnetismus, starke Kernkraft und schwache Kernkraft. Sie verspricht eine konsistente Beschreibung des Universums sowohl auf quantenmechanischer als auch auf kosmologischer Skala.
Allerdings erfordert die Stringtheorie die Existenz zusätzlicher räumlicher Dimensionen jenseits der drei, die wir kennen. Diese zusätzlichen Dimensionen sind kompaktifiziert, das heißt, sie sind auf so kleinen Skalen aufgerollt, dass sie unserer direkten Wahrnehmung entgehen.
Trotz ihrer mathematischen Eleganz wurde die Stringtheorie noch nicht durch experimentelle Beweise bestätigt. Sie bleibt daher einer der vielversprechendsten, aber auch einer der spekulativsten Ansätze in der theoretischen Physik.
Warum stellt die dunkle Energie ein Problem für die Stringtheorie dar?
Dunkle Energie ist eine hypothetische Form von Energie, die die beschleunigte Expansion des Universums erklären würde. Ihre Existenz wird aus astronomischen Beobachtungen abgeleitet, aber ihre genaue Natur bleibt ein Rätsel.
Im Rahmen der konventionellen Stringtheorie stellt die dunkle Energie ein Problem dar, da sie mit den 'Sumpfland-Bedingungen' unvereinbar zu sein scheint. Diese Bedingungen begrenzen die Arten von Universen, die die Theorie konsistent mit der Quantengravitation beschreiben kann.
Die konventionellen Modelle der Stringtheorie sagen voraus, dass die dunkle Energie viel schwächer sein sollte als das, was beobachtet wird, oder sogar nicht existieren sollte. Dies platziert unser Universum in das 'Sumpfland' der theoretisch unmöglichen Lösungen.
Die Arbeit von Guendelman deutet darauf hin, dass Modelle mit dynamischer Stringspannung dieses Problem umgehen könnten. Indem sie die Planck-Skala dynamisch machen, schwächen diese Modelle die Bedingungen ab und ebnen den Weg für eine konsistente Beschreibung der dunklen Energie.
Quelle: The European Physical Journal C