Eine echte wissenschaftliche Sensation: Erstmals wird die Stringtheorie, die bisher als so etwas wie eine schöne mathematische Abstraktion g alt, zur Erklärung eines realen physikalischen Phänomens herangezogen. Und mit absolutem Erfolg eingesetzt. Zum ersten Mal in seiner Geschichte veröffentlicht das Science-Magazin die Ergebnisse der Arbeit von Stringtheoretikern.
Erinnern Sie sich daran, dass die Stringtheorie erstmals in den 1970er Jahren auftauchte und zu einem der vielversprechendsten Versuche wurde, eine "Theorie von allem" zu schaffen, die die Phänomene der Quantenmechanik und der Relativitätstheorie kombiniert und die grundlegendsten Grundlagen erklärt die Struktur des Universums.
Dies ist ein sehr komplexes physikalisches und mathematisches Konzept, aber grob gesagt können wir sagen, dass es die Idee vertritt, dass alle Teilchen und ihre Wechselwirkungen Anregungen eindimensionaler Quantenketten in einem mehrdimensionalen Raum sind (die genaue Anzahl der Dimensionen hängt davon ab, an welcher Version der Theorie wir festh alten, und kann 26 erreichen). Mehr über diese erstaunliche Theorie erfahren Sie in unserem Artikel „Ein Streichkonzert für das Universum“.
Bei aller Schönheit und Harmonie hat diese Idee noch keine Bestätigung „von außen“gefunden. Experimentelle Arbeiten auf dieser Ebene sind technisch noch nicht möglich, und theoretische Arbeiten stoßen immer noch auf das Problem des kolossal komplexen mathematischen Apparats, der erforderlich ist, um den multidimensionalen Raum auf unsere 4. Dimension zu reduzieren. Kein Wunder, dass die einst so vielversprechende Stringtheorie in den letzten Jahren unter Beschuss geraten ist.
Aber die erste theoretische Erklärung eines realen physikalischen Phänomens, die auf seiner Grundlage gemacht wurde, gab die erste brillante Bestätigung der Richtigkeit dieser Version des Universums.„Es ist einfach großartig. Ich habe noch nie in meinem Leben eine solche Euphorie erlebt“, sagt Jan Zaanen, der es zusammen mit Mihailo Cubrovic und Koenraad Schalm geschafft hat, ein bis dahin völlig mysteriöses Naturphänomen zu erklären – und das mithilfe der Stringtheorie.
Bei diesem Phänomen handelt es sich um die Hochtemperatur-Supraleitung, die noch keine eindeutige wissenschaftliche Erklärung erh alten hat (lesen Sie unser Aufklärungsprogramm zu diesem Thema im Artikel „Rückkehr zu den Ursprüngen“). Es wird angenommen, dass eine wichtige Rolle bei diesem Phänomen ein spezieller „gebundener“Zustand von Elektronen spielt, die die Fähigkeit erlangen, sich durch Materie zu bewegen, ohne auf Widerstand zu stoßen. Wissenschaftler glaubten zunächst, dass ein solcher Zustand nur bei extrem niedrigen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt möglich ist. Alle neuen Entdeckungen von supraleitenden Materialien, die ihre Eigenschaften auch bei viel höheren Temperaturen (allerdings natürlich weit entfernt von Raumtemperatur) beibeh alten, haben jedoch die bestehenden Erklärungen für dieses Phänomen in Frage gestellt - und es gibt immer noch keine neue Erklärung.
„Die gängige Meinung“, sagt Jan Saanen, „ist, dass der Schlüssel im gebundenen Zustand der Elektronen liegt, und wenn Sie das verstehen, können Sie auch die Hochtemperatur-Supraleitung verstehen. Aber obwohl die experimentellen Daten zu diesem Punkt völlig ausreichend sind, wurden sie nicht im Rahmen der Theorie erklärt.“Fügen wir hinzu - bis vor kurzem.
Es ist auch bezeichnend, dass die Arbeit von Zaanen und seinen Kollegen die erste auf der Stringtheorie basierende Studie war, deren Ergebnisse der Veröffentlichung in der maßgeblichsten Zeitschrift Science zugestimmt haben. „Bisher“, erklärt Saanen, „hat die Stringtheorie zu hohe Erwartungen geweckt () Vor zehn Jahren hätten viele fast behauptet, in ein paar Wochen sei für alles eine Erklärung gefunden, angefangen beim Urknall. Aber das Problem ist, dass diese schönste mathematische Hypothese bisher nur eine Abstraktion geblieben ist, die keinen Bezug zur Realität hat.“
Deshalb kann die Arbeit von Zaanen, Čabrovich und Shalma als echte wissenschaftliche Sensation bezeichnet werden, die einen neuen Durchbruch in unserem Verständnis des Universums bewirken kann. Indem sie den mathematischen Apparat der Stringtheorie auf ein Phänomen anwandten, für das es seit mehr als einem Jahrzehnt keine eindeutige physikalische Erklärung gab, konnten sie diesen speziellen Bindungszustand von Elektronen theoretisch erklären, von dem angenommen wird, dass er der Supraleitung zugrunde liegt.
Ich muss sagen, dass das Rätsel der Hochtemperatur-Supraleitung natürlich noch lange nicht endgültig gelöst ist. Aber am wichtigsten ist, dass die Studie dieser drei Physiker gezeigt hat, dass die Stringtheorie durchaus auf die Phänomene der realen Welt anwendbar ist und darüber hinaus in der Lage ist, eine Erklärung für jene Tatsachen zu liefern, die anderen Werkzeugen nicht zugänglich sind. Vielleicht warten wir auf neue große Neuigkeiten.
