Zum Status der Stringtheorie

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18051

Da in letzter Zeit einige Fragen zu dem Thema kamen, wollte ich mal einen eigenen Thread dazu eröffnen. Zeitlich passt das ganz gut, da kürzlich die Strings 2012 Konferenz in München zu Ende ging.

Zunächst mal ein Hinweis auf die Konferenzen von vor fünf bzw. drei Jahren.

http://strings2009.roma2.infn.it/talks/Gross_Strings09.pdf, slide #16
http://www.ift.uam.es/strings07/040_scientific07_contents/transparences/gross.pdf, slide#22

wo David Gross, einer der Väter der Stringtheorie, einige Probleme genannt hat (sowie Fragen gestellt hat, auf deren Antworten er wohl immer noch wartet, und weiter warten wird ;-)

WHAT IS STRING THEORY?
This is a strange question since we clearly know what string theory is to the extent that we can construct the theory and calculate some of its properties. However our construction of the theory has proceeded in an ad hoc fashion, often producing, for apparently mysterious reasons, structures that appear miraculous. It is evident that we are far from fully understanding the deep symmetries and physical principles that must underlie these theories. It is hoped that the recent efforts to construct covariant second quantized string field theories will shed light on this crucial question.

We still do not understand what string theory is.
We do not have a formulation of the dynamical principle behind ST. All we have is a vast array of dual formulations, most of which are defined by methods for constructing consistent semiclassical (perturbative) expansions about a given background (classical solution).

What is the fundamental formulation of string theory?

WHAT IS MISSING ?
Perhaps “String theory” is like quantum field theory - a framework and not a definitive theory.
Perhaps we are missing a fundamentally new principle of symmetry, of dynamics, of consistency, .... that leads to a unique solution --- not a “vacuum” but a space-time, a cosmology.
Emergent Space-Time

Ich denke, dass dies tatsächlich die fundamentalen Probleme der Theorie sind.

Dann ein Hinweis auf die Konferenz "Strings 2012" in München

http://wwwth.mpp.mpg.de/members/strings/strings2012/strings_files/program/talks.html

Ihr könnt euch die Folien sowie die Videos der Talks teilweise herunterladen.

Besonders interessant sind sicher die "Opening Lectures" von John Schwarz sowie Gabriele Veneziano, einigen der Väter der Stringtheorie; sowie David Gross' "Outlook and Vision". Leider findet sich darin kein Bezug zu den o.g. Fragen, die m.E. immer noch als offen gelten müssen.

Nicolais "Alternative Approaches to Quantum Gravity" bietet einen hervorragenden Überblick über einige wesentliche Alternativen zur Quantengarvitation einschließlich der jeweiligen offenen Punkte (die Nicolai typischerweise kritischer bewertet als die Experten in dem Gebiet selbst).

(Partial) List of Alternative Approaches
• Canonical quantization in metric formalism
• Path integrals: Euclidean, Lorentzian, matrix models,...
• Loop Quantum Gravity (LQG)
• Discrete Quantum Gravity: Regge calculus
• Discrete Quantum Gravity: Causal Dynamical Triangulations
• Discrete Quantum Gravity: spin foams, group field theory
• Non-commutative geometry and non-commutative space-time
• Asymptotic Safety and RG Fixed Points
• Emergent (Quantum) Gravity
• Causal Sets
• Cellular Automata (‘computing quantum space-time’), ....

Zurück zu Schwarz: Er weißt auf einige wesentlich kürzlich veröffentlichte Artikel hin, die jedoch (aus meiner Sicht) im wesentlichen Detailprobleme der Theorie behandeln. Ich sehe leider keine echte Strategie, keine Vision, wohin uns die Superstrings führen sollen, sondern "nur" ein weites Feld mit großen Denkern, interessanten Ideen und vielen mathematischen Fortschritten. Inwieweit das noch Physik ist möchte ich hier offen lassen ...

Die ersten Bemerkungen seiner Abschlussfolie

Crucial information required for correctly extending the standard model to much higher energies might not be experimentally accessible. The scale and mechanism of supersymmetry breaking might be examples. Without this information it will be difficult to bridge the gap between the TeV scale and the Planck scale

klingen pessimistisch, auch wenn er mit den Worten schließt

Despite this concern, I remain an optimist. The LHC is working magnificently, and the experimentalists are doing a great job. I expect that the Higgs boson is only the first of many experimental discoveries in this decade

Zu Veneziano: Er betrachtet zunächst das Standardmodell der Elementarteilchen sowie der Kosmologie. Besonders interessant sind da die Folien 28 und 29:

Particle physics puzzles
1. Why G = SU(3)xSU(2)xU(1)?
2. Why do the fermions belong to such a bizarre, highly reducible representation of G?
3. Why 3 families? Who ordered them? (Cf. I. Rabi about μ)
4. Why such an enormous hierarchy of fermion masses?
5. Can we understand the mixings in the quark and lepton (neutrino) sectors? Why are they so different?
6. What’s the true mechanism for the breaking of G?
7. If it’s the Higgs mechanism: what keeps the boson “light”?
8. If it is SUSY, why did we see no signs of it yet?
9. Why no strong CP violation? If PQSB where is the axion?
10. ...

Puzzles in Gravitation & Cosmology
1. Has there been a big bang, a beginning of time?
2. What provided the initial (non vanishing, yet small) entropy?
3. Was the big-bang fine-tuned (homogeneity/flatness problems)?
4. If inflation is the answer: Why was the inflaton initially displaced from its potential’s minimum?
5. Why was it already fairly homogeneous ?
6. What’s Dark Matter?
7. What’s Dark Energy? Why is ΩΛ O(1) today?
8. What’s the origin of matter-antimatter asymmetry?
9. ...

Interessanterweise hat m.W.n. die Stringtheorie zu vielen dieser Fragen keine oder keine eindeutige Antwort.

Eine Charakterisierung der Stringtheorie als mathematischer Rahmen, also (lose) Sammlung von Regeln zur Konstruktion physikalischer Theorien, sozusagen als Meta-Theorie, nicht jedoch als eine (!) abgeschlossene Theorie, kann ich hier gerne mal vorstellen.