Die Kritik an der Stringtheorie.

Stringtheorie

Die Stringtheorie ist schon wirklich verdammt verführerisch: Vermeidung einer Urknallsingularität, Reduzierung des Teilchenzoos auf nur einen fundamentalen String, Schlichtung des Streites zwischen Relativitätstheorie und Quanten/Teilchenphysik in einer Quantengravitationstheorie, Aufhebung des Unterschiedes zwischen Kraft- und Materieteilchen, eine Theory of everything, - und vieles, vieles mehr. Was die Stringtheorie nicht alles können soll! Das lässt jedes Herz, das hinter der Brust eines Physikers schlägt, höher schlagen..

.. doch auch mit einem mulmigen Gefühl zurück. Denn noch während uns die Stringtheorie verspricht, einige Probleme abnehmen zu können, bringt sie uns hinterrücks neue, nicht weniger schwerwiegende, ins Haus. Ob die Stringtheorie wirklich unsere Natur beschreibt, wissen wir nicht. Vielleicht rennt man mit ihr seit bald vierzig Jahren einem Phantom hinterher.

Letztendlich wird die Zeit einer Seite, den Freunden, oder den Kritikern der Stringtheorie Recht geben. Welche Seite dann die Oberhand gewonnen haben wird, ist nicht abzusehen. Einerseits klagen die kritischen Stimmen unter den theoretischen Physikern immer lauter, andererseits reichen sie noch längst nicht aus, um die jubelnden Fanscharen der Stringtheorie zu übertönen. Doch wie lange wird den Stringethusiasten die Luft reichen? Sie wird nämlich langsam eng:

Falsifikationismus

Ihre Kritiker monieren, dass die Stringtheorie bisher keine empirisch testbaren Aussagen trifft. Strenggenommen disqualifiziert sie das sogar als physikalische Theorie als solche.

Was nicht heißt, dass die Stringtheorie überhaupt keine Vorhersagen macht.

Aber vielleicht lassen sich andere Konsequenzen aus der Stringtheorie ableiten, nach denen die Experimentalphysik Ausschau halten kann? Der Godfather der Stringtheorie, Edward Witten, sah eine solche Konsequenz in der Supersymmetrie. Das stimmt. Die Vorhersage, es gäbe eine unbekannte Reihe von Teilchen mit anwachsender Masse, von denen das kleinste eine Million Milliarden Mal größer ist, als die größten im Standardmodell, ist eine falsifizierbare Theorie. Aber:

·        Alle bisherigen Experimente sprechen eindeutig gegen die Existenz supersymmetrischer Teilchen.

·        Multiversum: Physiker postulieren nun einfach Paralleluniversen, in denen die SUSY-Teilchen beheimatet sein sollen. Denn unser eigenes kommt offensichtlich ganz gut ohne sie aus. Damit driftet die Physik aber in eine Metaphysik ab.

Die Stringtheorie braucht die Supersymmetrie. Und wenn die Supersymmetrie scheitert, scheitert mit ihr unweigerlich auch die Stringtheorie. Dass man unfalsifizierbare Multiversen bemühen muss, um eine nahezu unfalsifizierbare Stringtheorie aufrechtzuerhalten, lässt einem Positivisten sich die Haare raufen. Zu Recht, wie ich finde.

„Not even wrong“, umbeschrieb Peter Woit die Stringtheorie, in Anlehnung an den großen Physiker Wolfgang Pauli. Und damit traf er den Nagel auf den Kopf: Solange die Stringtheorie keine Prognose wagt, die auch scheitern könnte, wird sie sich auch nie als falsch entlarven lassen. Ob sie so aber überhaupt einen physikalischen Mehrwert hat, oder nur eine mathematische Spielerei darstellt – who knows?

Prinzip der Parsimonie

Doch das ist beileibe nicht ihr einziges Problem. Die Stringtheorie leidet auch unter ihrer Uneindeutigkeit:

Ursprünglich dachten ihre Pioniere, dass die eine Stringtheorie die fundamentale Theorie des Universums liefern wird. Damit lagen sie, können wir heute sagen, definitiv falsch. Es gibt nicht eine, sondern unvorstellbar viele Zustände, die das Universum laut der Stringtheorie annehmen darf. Man spricht auch von einer „String theory landscape“, eine Landschaft voller Stringtheorien. Edward Witten, wir erinnern uns: der who-is-who der Stringtheorie, schätzt die Anzahl der möglichen Versionen auf 10^500. Zum Vergleich: Das gesamte sichtbare Universum ist mit „nur“ 10^80 Teilchen erfüllt. Bei so unglaublich vielen, möglichen Stringtheorien, die unser Universum beschreiben wollen, landen natürlich einige von ihnen einen (Glücks?-)Treffer. Nur warum existieren so viele andere, unrealisierte Stringversionen der Natur?

Ok, Edward Witten konnte zeigen, dass sich konzeptuell alle Stringtheorien in einer einzigen, übergeordneten Theorie vereinen lassen. Aber über diese sog. „M-Theorie“ wissen wir noch weniger, als über die Stringtheorie(n).

Dass die Stringtheorie so viele Versionen zulässt, liegt daran, dass man bezüglich der Form der Extradimensionen, die die Stringtheorie braucht, im Prinzip eine beliebige Wahl treffen kann. Warum sollte sich die Realität gerade durch etwas so Kompliziertes, wie eine Calabi-Yau-Mannigfaltigkeit beschreiben lassen? Größe und Form der Dimensionen sind aber nicht die einzigen freien Parameter. Auch die Stringlänge muss ad-hoc festgelegt werden. Von dieser aus soll man dann aber auch auf nahezu alle anderen Naturkonstanten, auch die planckschen Einheiten, kommen.

Ende

Was also ist die Stringtheorie? Ist sie die größte Theorie unseres Jahrhunderts, oder nur eine mathematische Kuriosität ohne reale Bedeutung?

All die unfalsifizierbaren Postulate und all die freien Parameter werden aus mathematischen Gründen heraus definiert. Und mathematisch haut die Stringtheorie auch hin. Vollkommen. Aber allein aus dieser Tatsache folgt noch rein gar nichts. Mathematische Konsistenz ist ausreichend in der Mathematik, nicht so aber in der (empirischen!) Physik. Physikalische Theorien sind durch experimentell nachweisbar richtige Beschreibungen von Naturphänomenen gekennzeichnet, mathematische Formalismen spielen dabei nur die Rolle eines Hilfsinstruments. Und solange beispielweise eine zusätzliche Raumdimension nur in logischen Formeln steckt, sich uns aber nicht auch in der Realität zeigen möchte, bleibt für viele Kritiker die Stringtheorie ein schönes mathematisches Konstrukt. Aber auch nicht mehr. Stimmt das so?

Vielleicht. Vielleicht ist die Stringtheorie aber auch Bindeglied zwischen den Naturwissenschaften und der strukturwissenschaftlichen Mathematik.

Sehr zum Leide einiger Studenten erfahren in den letzten Jahr(zehnt)en fast alle Fächer eine radikale Mathematisierung. Besonders betroffen davon sind die naturwissenschaftlichen Fächer. Hat sich eigentlich keiner (außer den Philosophen) gefragt, warum sich die Mathematik so gut eignet, die Natur zu beschreiben? Was Mathematik ist, woher sie kommt und wohin sie geht. Fakt ist: Umso tiefer wir in die Wirklichkeit eindringen wollen, egal ob Stringtheorie oder eine andere, vielleicht noch gar nicht bekannte, fundamentale Naturtheorie der Zukunft, desto mehr dominiert die Mathematik das Geschehen.

Zufall? Vielleicht, vielleicht stoßen wir hier aber auch auf die wirklich grundlegende Struktur der Realität: auf die Mathematik. Und vielleicht kommen die Theorien von Morgen aus sinnlichen Beobachtungsdaten, müssen aber nicht mehr an ihr getestet werden. Vielleicht. Vielleicht. Vielleicht. Denkbar ist, wie immer, wenn wenig gewusst wird, so einiges.

• Alexander Unzicker: kritisiert die S. aufs schärfste. Der Stringcommunity wirft er Selbstüberschätzung, ein Hinwegtäuschen über Unzulänglichkeiten der eigenen Theorie und Elitismus vor. Anderen Fraktionen, wie beispielsweise der der Quantenschleifengravitationstheorie würde man mit Geringschätzung und Desinteresse begegnen. Wer nicht gerade ein Stringtheoretiker ist, habe es im Bereich der Quantengravitationsforschung schwer, überhaupt etwas zu werden. Unzicker kritisiert aber nicht nur die Stringtheorie, sondern nahezu alles, was die Physik seit Einstein und Bohr hervorgebracht hat.

• Higgs-Boson: Bezogen und beschränkt auf die Gegenwart, ließe sich die Stringtheorie verteidigen, kann ein zu starker Positivismus auch behindern. Schließlich war ja auch das Higgs-Teilchen nur ein mathematisches Konstrukt, bis es sich nach 50 Jahren Hoffen und Vertrauen in die mathematische Vorhersage endlich im LHC nachweisen ließ.

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