Der Harvard-Physiker Qumran Wafa ist einer der stärksten Befürworter der Stringtheorie. Aber in diesem Sommer haben andere Stringtheoretiker auf seinen neuesten Vorschlag eingegangen, der ihre Ideen aufgrund der jahrzehntelangen Annahme, dass die Dunkle Energie konstant (konstant) ist, diskreditieren könnte. Wafas Arbeit impliziert, dass sich die Bedeutung von dunkler Energie ändert. Unbeständige dunkle Energie ist eine Folge des Versuchs von Wafa und seinen Mitarbeitern, die Stringtheorie auf ein Universum wie das unsere anzuwenden, in dem das Vakuum des Raums selbst eine gewisse inhärente Energie hat.
Wenn seine Hypothese (und die Stringtheorie selbst) wahr ist, dunkle Energie, wird diese mysteriöse Substanz, die mehr als 70% der Gesamtmasse und Energie des Universums ausmacht und dessen Expansion beschleunigt, die Kraft des Wandels sein. Aber anhaltende dunkle Energie hat lange Zeit als Grundlage für viele Ideen in der Stringtheorie gedient - daher ist es paradox, dass es launische dunkle Energie ist, die zum Erfolg der Theorie führen kann.
Dunkle Energie und Stringtheorie
„Zum ersten Mal konnten wir etwas aus der Stringtheorie lernen, das gemessen werden kann“, sagt der Wissenschaftler Timm Wreiss vom Institut für Theoretische Physik der Technischen Universität Wien in Österreich. "Aber ich weiß nicht, ob das tatsächlich passieren wird oder nicht."
Beginnen wir von vorne: Wir leben in einem Universum, das den Regeln zu folgen scheint. Auf den größten Skalen folgen große Objekte den Regeln der allgemeinen Relativitätstheorie und interagieren durch die Schwerkraft miteinander. Im kleinsten Maßstab folgen subatomare Teilchen den Regeln der Quantenmechanik und der Quantenfeldtheorie und interagieren durch Kraftfelder, die sich als krafttragende Teilchen manifestieren. Die Mathematik summiert sich jedoch nicht, wenn Sie versuchen, die allgemeine Relativitätstheorie als eine enorme Erweiterung der Quantenfeldtheorie zu erklären. Eine größere Theorie, die Stringtheorie, versucht, die allgemeine Relativitätstheorie mit der Quantenmechanik zu kombinieren, und darin wird jedes Teilchen durch eine winzige Kette dargestellt, deren Schwingungen in einem mehrdimensionalen Raum die von Wissenschaftlern beobachteten Eigenschaften codieren.
Die Theorie ist jedoch nicht ganz richtig. Es ist vielmehr eine übergreifende mathematische Grundlage, ein Rahmen, aus dem Wissenschaftler Theorien über unser Universum sowie die große Anzahl anderer zulässiger Universen ableiten können. Stringtheoretiker hoffen, dass unser Universum eine dieser Möglichkeiten ist. Andere glauben, dass die Stringtheorie grundlegend falsch ist, aber darum geht es jetzt nicht.
Stringtheorien müssen ein Universum wie das unsere in jeder Hinsicht erklären, um als richtig angesehen zu werden. Unser Universum besteht anscheinend aus 4% Materie (der Substanz, die wir sehen), 25% mysteriöser dunkler Materie, und der Rest, wie Beobachtungen von 1988 zeigen, fällt auf "dunkle Energie". Stringtheoretiker haben unter der Annahme gearbeitet, dass sich die Stärke der Dunklen Energie nicht ändert, und ihre Theorien haben sich weiterentwickelt. Aber Wafa und seine Co-Autoren haben in einem Artikel in diesem Sommer vorgeschlagen, dass unser Universum ein dunkles Energiefeld haben muss, dessen Wert abnimmt, um nach den Regeln der Stringtheorie zu existieren.
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Wenn sich der Wert der Dunklen Energie ändert, ist dies wichtig für diejenigen, deren Theorien auf der Annahme beruhen, dass die Dunkle Energie konstant ist. "Vielleicht müssen wir zu den Grundlagen zurückkehren", sagt Wreiss. Es würde auch das Verständnis der Evolution des Universums verändern - sowohl in der Vergangenheit als auch in der Zukunft.
Wafas Hypothese war anfangs ziemlich schlagkräftig und führte zu "enormer Aufregung", sagt Wreiss. Es war ein Aufruf zum Handeln für Stringtheoretiker, die der Ansicht waren, dass der Rahmen bedroht sei. Einige sagten sofort, es sei Unsinn - die Stanford-Physikerin Eva Silverstein sagte Quanta, dass die Annahme auf anderen Annahmen beruhe und die Analyse "höchst fragwürdig" sei. Andere nutzen dieses Dokument als Gelegenheit, um zu überprüfen, ob ihre Theorien tatsächlich ein Universum wie das unsere beschreiben können.
Wreiss und andere kritisierten die Arbeit von Wafa und seiner Gruppe, und ihre Meinungen wurden in Physical Review D veröffentlicht. Wreiss 'Arbeit ergab, dass einige der angeblichen Eigenschaften unseres eigenen Universums, insbesondere die mit dem Higgs-Boson-Feld verbundenen, im Wesentlichen einigen widersprechen mathematische Annahmen. Die ursprüngliche Annahme war beispielsweise, dass das Verhalten des physikalischen Feldes, das die Dunkle Energie regelt, aus einer mathematischen Funktion ohne Höhen und Tiefen abgeleitet wird, einer Linie in einem Diagramm ohne Spitzen oder Tiefen. Vreiss fand heraus, dass das Vorhandensein eines Kraftfeldes, das mit dem Higgs-Boson assoziiert ist, einen Peak in dieser Funktion erfordert.
Aber Vreiss 'Arbeit schließt Wafas Idee nicht aus - Wafa hat die Annahme einfach verfeinert, damit sie besser auf das Universum angewendet werden kann, in dem wir leben. Es gibt andere ähnliche Werke, und Wafa stimmt den Klarstellungen zu.
Was wirklich interessant ist, ist, dass wir bald herausfinden können, ob Wafas Arbeit eine experimentell getestete Vorhersage der Stringtheorie bietet. Dies wäre die erste nachweisbare Konsequenz der Stringtheorie. Einige Experimente könnten testen, ob sich die Dunkle Energie im Laufe der Zeit ändert oder konstant bleibt, und dies möglicherweise in den nächsten Jahren.
Steht also ein Paradigmenwechsel am Horizont? "Die meisten Wissenschaftler werden nicht sagen, dass diese Hypothese wahr oder falsch ist", sagt Wreiss. Wafa selbst glaubt, dass er natürlich falsch liegen kann, und dies spricht auch für die Bedeutung der Stringtheorie. "Aber wenn Wafa Recht hat?", Sagt Vreiss. "Das wäre das Größte in der Stringtheorie, um eine messbare Vorhersage zu treffen."
Ilya Khel
