String / M-Theorie

Hallo,

ich war schon immer ein wenig von Astro- und theoretischer Physik interessiert.
Ich suche nun nach Möglichkeiten, wie ich mich an die String/ M-Theorie herantasten kann.

Ich habe ein gutes mathematisches Verständnis, aber schon seit Ewigkeiten keine Physik mehr gehabt. Von daher sind erstmal Grundlagen erforderlich.

Nur womit fängt man da an?
Konkret suche ich ein - zwei gute Bücher.

Wenn ihr da Vorschläge habt, gerne her damit.

Auch gern gesehen sind Uni-Skripten zu diesem Gebiet.

Vielen Dank :xmas2:

Ich kann dir wärmstens Leonard Susskind's Vorlesungen empfehlen. Hier gehts los:

http://www.youtube.com/watch?v=ApUFtLCrU90

Dort wirst du bis zur String/M-Theorie hingeführt. Ich selbst bin jetzt bei CM - Vorlesung 7.

Viel Spaß

Edit: Achte darauf, die neuste Version zu erwischen. Das ganze lief mal bereits vor vier Jahren. Die aktuellen sind im Gegensatz zu den Alten auch in HD.

ScottZhang

Ein Möglichkeit wäre, wenn du an diversen Unis oder Instituten nach Vorlesungen suchst. Dort gibt es häufig Literaturangaben.

Z.B. hier: http://www.aei.mpg.de/~stefan/stringsI_09/
oder hier http://www.thphys.uni-heidelberg.de/~ewerz/strings05.html

(war bei google gleich ganz oben :))

Gregor

Hi. Warum eigentlich Stringtheorie? AFAIK hat Stringtheorie seit Jahrzehnten massive Probleme, einen Bezug zur Realitaet herzustellen. Es ist eine Theorie, die ihren Nutzen erst noch unter Beweis stellen muss und bis jetzt eigentlich groesstenteils Spekulation ist. Guck Dir doch lieber das Standardmodell der Teilchenphysik an. Da lernst Du viel mehr ueber die Welt. Und es ist auch noch verstaendlich.

xaoC

http://www.amazon.de/Der-Stoff-aus-Kosmos-Beschaffenheit/dp/3442154871/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1355831193&sr=8-1
http://www.amazon.de/Das-elegante-Universum-Superstrings-Dimensionen/dp/3442153743/ref=sr_1_3?ie=UTF8&qid=1355831216&sr=8-3

Habe beide gelesen, sind wirklich sehr sehr gute Bücher für den interessierten Laien. Tendenziell ist "Der Stoff aus dem der Kosmos ist" eher philosophischer und bringt einen mit der Neudefinition des Zeitbegriffs an den Rande der Verzweiflung. "Das elegante Universum" ist bzgl. der Stringtheorie sehr viel detaillierter, aber auch komplexer. Daher würde ich es evtl. in dieser Reihenfolge lesen.

Gregor schrieb:

Hi. Warum eigentlich Stringtheorie? AFAIK hat Stringtheorie seit Jahrzehnten massive Probleme, einen Bezug zur Realitaet herzustellen. Es ist eine Theorie, die ihren Nutzen erst noch unter Beweis stellen muss und bis jetzt eigentlich groesstenteils Spekulation ist. Guck Dir doch lieber das Standardmodell der Teilchenphysik an. Da lernst Du viel mehr ueber die Welt. Und es ist auch noch verstaendlich.

Das Standardmodell schafft es nicht Relativitätstheorie und Gravitation in Einklang zu bringen, während die (Supersymetrische) Stringtheorie dies quasi als inherente Eigenschaft ermöglicht. Im Grunde haben beide Theorien das gleiche Problem: Über die Beschaffenheit der kleinsten Einheiten des Universums keine nachweisbare Aussage machen zu können. Ob es an unendlich kleinen Punkten liegt oder der Komplexität einer geänderten Raumzeit spielt letztendlich keine Rolle. Rein vom Geschmack her finde ich die Stringtheorie aber auch sehr elegant und irgendwie stimmig, im Gegansatz zu einem "Teilchen" das keinerlei Ausdehung haben soll und bei den wichtigen Rechnung der Vereinheitlichung ständig Unendlichkeiten liefert.

Übrigens geht Greene in "Der Stoff aus dem der Kosmos ist" auch auf das Standardmodell ein, und zeigt auch dort die neuesten Erkenntnisse. Es geht hierbei erfreulicherweise nicht um das Zerschlagen der jeweils anderen Theorie, sondern um einen gleichberechtigten Vergleich, da wie gesagt beide Theorien noch meilenweit davon entfernt sind, die Vereinheitlichung zu schaffen.

Zur M-Theorie:
So wie es aussieht liefert die String Theorie verschiedene Versionen der gleichen Aussage, was Wissenschaftler veranlasst hat, diese als Einzelteile einer größeren Theorie zu sehen, der M-Theorie eben. Wird ebenfalls intensiv in den Büchern behandelt.

xaoC schrieb:

Wird ebenfalls intensiv in den Büchern behandelt.

Aber alles eben nur Populärwissenschaftlich. Ich denke shisha will es von der wissenschaftlichen/mathematischen Seite aus verstehen.

Ich selbst habe 'Das elegante Universum' gelesen, bringt mir aber momentan bei der ganzen theoretischen Physik wenig. Trotzdem ist es gut, sich die Bücher parallel durchzulesen, um ein bildliches Verständnis aufzubauen.

Gregor

@xaoC: Ich weiss nicht, wie der genaue Wissensstand von shisha aussieht, aber er schreibt ja, dass er schon lange keine Physik mehr hatte. Das hoert sich danach an, dass seine Grundlage die Schulphysik ist. Wenn das der Fall ist, sehe ich einfach keinen Sinn darin, sich mit Stringtheorie auseinanderzusetzen. Er sollte erstmal die Grundlagen bzw. den Kontext kennenlernen, ueber den die Stringtheorie dann hinaus gehen moechte.

Du sagst, dass das Standardmodell der Teilchenphysik nicht alle Fragen beantwortet. Das stimmt natuerlich. Allerdings solltest Du dabei auch nicht vergessen, zu sagen, dass das Standardmodell der Teilchenphysik eine der erfolgreichsten physikalischen Erkenntnisse darstellt. Stringtheorie ist fast schon das Gegenteil davon: Stringtheorie versucht alles zu beantworten, hat aber keinerlei Erfolg.

Ich meine einfach nur, dass man sich, wenn man physikalisches Interesse hat, erstmal mit Physik auseinandersetzen sollte, bevor man sich in irgendwelchen Spekulationen verrennt.

Naja, andererseits fragt shisha ja direkt nach Stringtheorie.

xaoC

Gregor schrieb:

@xaoC: Ich weiss nicht, wie der genaue Wissensstand von shisha aussieht, aber er schreibt ja, dass er schon lange keine Physik mehr hatte. Das hoert sich danach an, dass seine Grundlage die Schulphysik ist. Wenn das der Fall ist, sehe ich einfach keinen Sinn darin, sich mit Stringtheorie auseinanderzusetzen. Er sollte erstmal die Grundlagen bzw. den Kontext kennenlernen, ueber den die Stringtheorie dann hinaus gehen moechte.

Gerade deswegen sind die Bücher vom Greene ja auch abseits der String Theorie interessant, es wird zum Beispeil erstmal auf die Problemstellung eingegangen, sehr ausführlich und vollkommen ohne Formeln und dergleichen. Erst in den späteren Kapiteln wird dann der Spagat zur Stringtheorie ausgeführt, nicht aber OHNE dabei das Standardmodell zu beachten. Das Quantenmechanik, Relativitätstheorie und alles was damit zusammenhängt vollkommen jenseits unserer gewohnten Erfahrung liegen, ist ja nun kein stringtheoretisches Problem und will auch erstmal erklärt werden.

Gregor schrieb:

Du sagst, dass das Standardmodell der Teilchenphysik nicht alle Fragen beantwortet. Das stimmt natuerlich. Allerdings solltest Du dabei auch nicht vergessen, zu sagen, dass das Standardmodell der Teilchenphysik eine der erfolgreichsten physikalischen Erkenntnisse darstellt. Stringtheorie ist fast schon das Gegenteil davon: Stringtheorie versucht alles zu beantworten, hat aber keinerlei Erfolg.

Moment:
Es geht hier um den Versuch, alle für sich genommenen, als nahezu bewiesene Theorien (Quantenmechanik, Relativitätstheorie u.s.w.) unter einen Hut zu bringen, was GERADE dem Standard-Teilchenmodell nicht gelingt. Die Stringtherie hat mit Esoterik genausowenig am Hut wie das Standardmodell, oder eben genauso viel, je nach Betrachtungsweise. Planetenumlaufbahnen und Quantenprozesse lassen sich mit beiden ausrechnen, problematisch wirds bei Extremzuständen wie dem Urknall oder schwarzen Löchern, wo extreme Massen bei gleichzeitig kleinster Ausdehnung zusammentreffen. Ich würde stand heute alle Theorien bzgl. dieser Probleme als "Esoterik" abtun (wobei alle Theorien auf knallharten mathematischen Verfahren beruhen, dass sind keine Hirngespinste).

Gregor schrieb:

Ich meine einfach nur, dass man sich, wenn man physikalisches Interesse hat, erstmal mit Physik auseinandersetzen sollte, bevor man sich in irgendwelchen Spekulationen verrennt.

Diese Themen sind eigentlich so absurd jenseits unseren Alltagsverständnis, dass eigentlich so ziemlich alle Physiker zugeben, die genauen Zusammenhänge nicht mal annähernd zu begreifen.
Daher finde ich es gut, mir einfach nur einen Überblick zu verschaffen, was die Eierköpfe sich da so ausdenken. Und die Greene Bücher sind da halt einfach top für geeignet, sicherlich etwas fordernder als das Standard "Schwarze Löcher Band 12453" Buch mit lustigen Bildchen, aber dafür halt auch mit VIEL mehr Hintergrundwissen.

Ich habe natürlich auch längst nicht alles begriffen, was da drin steht, aber die Bücher ließen mich mit dem sehr befriedigenden Gefühl zurück, grundsätzlich etwas mehr Einblick in unser Universum (oder ein mögliches) bekommen zu haben.

Und wenn man sich bei Youtube mal ein paar Videos googelt, welche die Auswirkungen von Frequenzen und Schwingungen auf Flüssigkeiten haben (Interferenzmuster mit erstaunlicher, fast statischer Anmutung, beliebig komplex), warum sollten Schwingungen dann nicht auch die Art der "Teilchen" definieren? Da finde ich die ganze Quantenmechanik auch auf den zweiten Blick viel absurder...

Jodocus

> und vollkommen ohne Formeln und dergleichen.

Das hat dann aber nur noch wenig mit Physik, respektive echtem Verständnis zu tun. Um etwas zu verstehen, reicht es nicht, die Schlussfolgerungen zu kennen, die aus den mathematischen Herleitungen folgen. Man muss diese genauso nachvollziehen.

> wobei alle Theorien auf knallharten mathematischen Verfahren beruhen, dass sind keine Hirngespinste

Dass sie mathematisch sind, ist eine notwendige Bedingung. Stringtheorie kann aber ein reines Hirngespinst sein, egal wie mathematisch es ist, im Gegensatz zum Standardmodell.

> Diese Themen sind eigentlich so absurd jenseits unseren Alltagsverständnis, dass eigentlich so ziemlich alle Physiker zugeben, die genauen Zusammenhänge nicht mal annähernd zu begreifen.

Woher willst du das wissen? Das Verständnis eines Physikers über Natur hört doch nicht da auf, wo es nicht mehr alltäglich ist. Jeder Viertsemestler kann mit unbeschränkten Operatoren in unendlichdimensionalen Vektorräumen rechnen. Und gerade mit Stringtheorie beschäftigen sich sehr sehr viele Physiker.

Ich kann ehrlich gesagt nicht verstehen, warum die Leute gerade etwas über Stringtheorie wissen wollen. Diese Leute haben sich doch noch nie die Fragen gestellt, die die Stringtheorie im konkreten zu lösen versucht. Man sollte lieber von Anfang an richtig anfangen, und da stehen nun mal Klassische Mechanik (Hamilton- und Lagrangeformalismus) und in der Mathematik Darstellungs- und Gruppentheorie, Funktionalanalysis und (Differential-)Topologie (die Basics wie Lineare Algebra und Komplexe Analysis vorausgesetzt).

Wer also meint, sich für theoretische Physik zu interessieren, der kann sich an obigen Themen erst mal probieren. Wenn das gutgeht, dann stehen alle weiteren Türen offen.

SeppJ

Jodocus schrieb:

Ich kann ehrlich gesagt nicht verstehen, warum die Leute gerade etwas über Stringtheorie wissen wollen.

Das liegt daran, dass in der Populärwissenschaft die Stringtheorie als DER Ansatz für die Weltformel dargestellt wird, also die höchste, tollste Theorie von allen. Daher hat das einen gewissen Reiz. Natürlich hat sich unter Physikern wie Gregor längst herumgesprochen, dass die Stringtheorie dem Hype der 1990er Jahre nicht gerecht werden konnte. In der Populärwissenschaft wird das sicherlich erst in ein paar Jahren ankommen. Problem ist, dass es keinen wirklich guten Gegenkandidaten gibt. SUSY ist zwar auch cool, aber durch die LHC-Experimente auch ganz schön unter Druck. Und es ist keine Theorie von ALLEM.

P.S.: Mir ist natürlich klar, dass man eine konkrete Theorie wie die SUSY-Modelle nicht mit einem Framework wie der Stringtheorie gleichsetzen kann. Ich halte es in diesem Beitrag wie die Populärwissenschaftler, die alles durcheinanderschmeißen. Daher vermutlich auch die öffentliche Verwirrung, da man durch die populäre Darstellung den Eindruck bekommt, als gäbe es DIE Stringtheorie, anstatt dass Stringtheorie nur ein Theoriebaukasten wie "Mechanik" oder "Quantenfeldtheorie" ist. Dies ist eine weitere Antwort auf die Frage, wieso (relative) Laien so oft Stringtheorie lernen wollen.

xaoC

Jodocus schrieb:

Das hat dann aber nur noch wenig mit Physik, respektive echtem Verständnis zu tun. Um etwas zu verstehen, reicht es nicht, die Schlussfolgerungen zu kennen, die aus den mathematischen Herleitungen folgen. Man muss diese genauso nachvollziehen.

TS schrieb:

Hallo,

ich war schon immer ein wenig von Astro- und theoretischer Physik interessiert.
Ich suche nun nach Möglichkeiten, wie ich mich an die String/ M-Theorie herantasten kann.

Ich habe ein gutes mathematisches Verständnis, aber schon seit Ewigkeiten keine Physik mehr gehabt. Von daher sind erstmal Grundlagen erforderlich.

Das hört sich für mich nicht so an, als wenn der TS ein Physiker wäre, der auch nur annähernd fähig ist, formelmäßig die Grundzüge zu erahnen. Ich habe das so verstanden, dass der TS auf der Suche nach allgemeinverständlicher Literatur zu dem Thema ist, da habe ich ihm zwei gute Bücher zu empfohlen.

Deine Argumentation verstehe ich daher in diesem Kontext nicht:
Ohne ein Studium der Physik und intensive, weiterführende Arbeit in diesem Bereich bist du überhaupt nicht in der Lage, dort "mathematische Herleitungen" auszuführen. Das ist was anderes als die Basics in der Schulphysik, und nix was du als Autodidakt aus 2 Büchern lernst.

Jodocus schrieb:

> wobei alle Theorien auf knallharten mathematischen Verfahren beruhen, dass sind keine Hirngespinste

Dass sie mathematisch sind, ist eine notwendige Bedingung. Stringtheorie kann aber ein reines Hirngespinst sein, egal wie mathematisch es ist, im Gegensatz zum Standardmodell.

Nö, eben nicht. Das Standardmodell bietet eben keine Lösung zu den Kernfragen dieser Theorien an, deswegen gibt es die Stringtheorie ja erst. Wäre die Stringtheorie zu erst da gewesen, hätte man auf Grund des stockenden Fortschritts vielleicht das Standardmodell entwickelt. Mathematische Gedankenspiele sind letztlich beide, solang keiner die vollständigen Lösungen kennt.

Jodocus schrieb:

> Diese Themen sind eigentlich so absurd jenseits unseren Alltagsverständnis, dass eigentlich so ziemlich alle Physiker zugeben, die genauen Zusammenhänge nicht mal annähernd zu begreifen.

Woher willst du das wissen? Das Verständnis eines Physikers über Natur hört doch nicht da auf, wo es nicht mehr alltäglich ist. Jeder Viertsemestler kann mit unbeschränkten Operatoren in unendlichdimensionalen Vektorräumen rechnen. Und gerade mit Stringtheorie beschäftigen sich sehr sehr viele Physiker.

Ich weiß es daher, dass z.B. mehrfach in den Büchern auf Zitate und Kommentare
anderer Physiker verwisen wird, die eben genau diese Aussage machen. Die Frage nach der Interpretation der mathematischen Gegebenheiten ist eben der philosophische Faktor, und da bekommst du selbst bei den einfachen Gebilden wie mehreren Dimensionen, Kalabi-Yau Räumen etc. arge Verständnisprobleme. Spielt keine Rolle ob es mathematisch "von Viertklässlern" zu berechnen ist, die Interpretation ist der Knackpunkt. Und wenn Physiker wie Greene oder Witten sich an bestimmten Details die Zähne ausbeißen (die sich z.T. auch im Standardmodell stellen), dann wird's dein Viertsemestler wahrscheinlich auch nicht schaffen

Jodocus schrieb:

Ich kann ehrlich gesagt nicht verstehen, warum die Leute gerade etwas über Stringtheorie wissen wollen. Diese Leute haben sich doch noch nie die Fragen gestellt, die die Stringtheorie im konkreten zu lösen versucht. Man sollte lieber von Anfang an richtig anfangen, und da stehen nun mal Klassische Mechanik (Hamilton- und Lagrangeformalismus) und in der Mathematik Darstellungs- und Gruppentheorie, Funktionalanalysis und (Differential-)Topologie (die Basics wie Lineare Algebra und Komplexe Analysis vorausgesetzt).

Siehe oben. Wenn der TS nach physikalischen Einführungen gefragt hat, macht es keinen Sinn, mit der Stringtheorie anzufragen, logisch. So habe ich ihn aber nicht verstanden. Könnte er ja vielleicht mal näher spezifizieren, was er da genau will.