Frage von BatmanZer, 59

Wieso hätte man mit dem Nachweis von Monopolen auch die Stringtheorie bestätigt?

Das sagt Sheldon Cooper in einer Folge, ich glaube 3 Monate im Eis.

Soweit ich weiß ist die Stringtheorie doch eine Twistortheorie, die die Welt mit Strings anstatt mit Elementarteilchen erklären soll. Aber was hat das mit Monopolen zu tun?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 23

Die Gleichungen der Stringtheorie fordern nicht nur jede Menge neue Dimensionen sondern auch neue, bislang unbekannte Teilchen.
Eines dieser zwangsläufig erforderlichen Teilchen wären sogenannte Monopole, also Elementarteilchen, die nur einen Nord- aber keinen Südpol haben.
Ob es solche Teilchen überhaupt gibt, darf bezweifelt werden, ist theoretisch aber möglich. Wenn es sie gäbe, wäre das ein starkes Indiz für die Stringtheorie. Die Stringtheoretiker haben bislang nämlich ein großes Problem, dass sie bislang nicht einen einzigen, und wäre er noch so klein, Hinweis für die Richtigkeit gefunden haben.
Solche Monopole künstlich herzustellen ist nicht möglich, da deren geforderte Masse enorm groß ist und sie daher nicht in einem Teilchenbeschleuniger erzeugt werden können. Dazu ist dessen Energie zu schwach.

Beim Urknall sollen solche Teilchen erzeugt worden sein und fliegen angeblich heute noch durchs Universum, sofern die Stringtheorie überhaupt stimmt, was ich ebenfalls bezweifle. Wenn das tatsächlich der Fall wäre, ist deren Flussdicht allerdings sehr gering und es wäre zu erwarten, dass pro m^2 Erdoberfläche alle 30.000 Jahre ein Teilchen ankommt.

Nur nebenbei: in der Serie werden die Leute zwar überzogen, aber im Kern so realistisch dargestellt, dass ich einzelne Personen aus meinem Bekanntenkreis direkt wiedererkenne. Physiker im Wissenschaftsbetrieb sind tatsächlich so schräg.

Kommentar von Hamburger02 ,

Danke fürn Stern.

Antwort
von grtgrt, 30

Paul Dirac (1902-1984) hat 1931 zeigen können, dass im Falle der Existenz magnetischer Monopole jede elektrische Ladung Vielfaches einer Elementarladung sein muss, womit eine Erklärung für die beobachtete Quantisierung der elektrischen Ladung gefunden wäre (wofür die Physik ansonsten noch keine befriedigende Erklärung anzubieten hat). 

In theoretischen Ansätzen zu einer weitergehenden Vereinheitlichung von Elementarteilchen und ihren Wechselwirkungen (z.B. der String-Theorie) treten sogar notwendig Varianten von magnetischen Monopolen auf. Deren vorhergesagte Massen sind allerdings so groß, dass solche Monopole nicht in realistischen Teilchenbeschleunigern erzeugt werden können. 

Allerdings könnten magnetische Monopole kurz nach dem Urknall des Universums entstanden sein und vereinzelt auch heute noch das All durchqueren. In Experimenten (etwa auf Basis der theoretisch erwarteten Ionisation- oder Induktionswirkung magnetischer Monopole) konnte ein entsprechender Nachweis bislang aber nicht zweifelsfrei geführt werden.

Quelle: http://www.ds.mpg.de/211177/03 

Kommentar von grtgrt ,

Man sieht also: Würden Experimentalphysiker oder Astronomen einen Monopol finden und zweifelsfrei als solchen erkennen, wäre das ein Argument für die Sinnhaftigkeit der Stringtheorie. Man sollte aber nicht sagen, dass sie damit in vollem Umfang bestätigt sein würde.

Antwort
von Astroknoedel2, 17

Hallo BatmanZer,

erstmal vorweg: Die Stringtheorie ist keine Twistor-Theorie. Es gibt die Twistortheorie, die irgendwann mal entwickelt wurde, allerdings ist die Stringtheorie etwas anderes (wenn du willst, kann ich in den Kommentaren weiter darauf eingehen).

Wie grtgrt schon gesagt hat, werden magnetische Monopole auch in nicht-stringtheoretischen Theorien vorhergesagt. In der Stringtheorie sind dies aber superschwere Teilchen, die sich notwendigerweise aus den Beschreibungen der Stringtheorie ergeben Es sind, einfach gesagt, Schwingungsmoden der Strings, die man sich errechnet hat.

Beim Urknall macht die Stringtheorie einige Vorhersagen. Es gibt Modelle, die einige Ungereimtheiten des Urknalls (durch die Relativitätstheorie und Quantenemchanik verursacht) mittels D-Branen aufklären,  es gibt Vorhersagen über die nicht-Existenz von Singularitäten, usw.  Eben auch diese Monopole, allerdings lasse ich die Einzelheiten darüber jetzt außen vor, weil das zu lange dauern würde.

Wenn du noch etwas wissen willst, dann sag einfach Bescheid.

LG, Astroknoedel

Kommentar von BatmanZer ,

Was ich mich frage, wie können Monopole Elementarteilchen sein, wenn es doch laut der Stringtheorie keine Teilchen gibt.

Kommentar von Astroknoedel2 ,

Das stimmt so nicht ganz.
Laut der Stringtheorie werden Elementarteilchen von Strings repräsentiert, es gibt sie schon und sie sind auch elementar, nur halt eben Strings.

In Wirklichkeit ist es nur so, dass ein String viel mehr tun muss als nur zu schwingen, um ein Teilchen zu repräsentieren.  Wenn alle Zustände passen, dann kommt ein magnetischer Monopol heraus.

Kommentar von Astroknoedel2 ,

Bedenke auch, dass mit einem Monopol nicht immer ein Elementarteilchen gemeint ist, zumindest nicht immer in diesem Kontext.

Wenn du zum Beispiel jemanden aus der Festkörperphysik oder Elektrodynamik fragst, wird er dir etwas anderes erzählen.

Der Festkörperphysiker wird sagen: Ein magnetischer Monopol ist ein Quasiteilchen, welches in Festkörpern vorkommt.

Ein Elektrodynamiker wird sagen: Magnetische Monopole können eine Lösung für die Maxwellgleichungen sein.

Du siehst, dieser Begriff ist breit gefächert.

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