Die verborgene Wirklichkeit

um wichtige Details bereichert wurde, sind alle fünf Stringtheorien durch ein Netzwerk solcher Dualitäten verknüpft. 3 Ihre übergeordnete Vereinheitlichung, die M-Theorie (warum sie so heißt, werden wir in Kürze erfahren), verbindet Erkenntnisse aus allen fünf Formulierungen, die durch die verschiedenen Dualitätsbeziehungen verknüpft sind, und ermöglicht so ein genaueres Verständnis des großen Ganzen. Eine Erkenntnis, die sich auf diesem Wege ergeben hat, ist für das Thema, um das es hier geht, von zentraler Bedeutung: Sie zeigt, dass es in der Stringtheorie nicht nur um Strings geht.

    Branen
    Als ich mich erstmals mit der Stringtheorie beschäftigte, stellte ich die gleiche Frage, die mir in den nachfolgenden Jahren ebenfalls oft gestellt wurde: Warum sind Strings etwas so Besonderes? Warum konzentriert man sich ausschließlich auf fundamentale Bausteine, die nur eine Länge haben? Schließlich erfordert die Theorie selbst, dass das Umfeld, in dem diese Bausteine existieren – der Raum unseres Universums –, neun Dimensionen hat. Warum also betrachtet man nicht auch Gebilde, die wie zweidimensionale Blätter, dreidimensionale Klumpen oder ihre höherdimensionalen Vettern geformt sind? Die Antwort erfuhr ich als Doktorand in den achtziger Jahren, und bis Mitte der neunziger Jahre gab ich sie häufig selbst, wenn ich Vorträge über das Thema hielt: Die mathematischen Verfahren zur Beschreibung von fundamentalen Bausteinen mit mehr als einer Raumdimension leiden an tödlichen inneren Widersprüchen (beispielsweise weil Quantenprozesse negative Wahrscheinlichkeiten hätten, was ein sinnloses mathematisches Ergebnis ist). Wendet man dagegen die gleichen Verfahren auf Strings an, neutralisieren die Widersprüche sich gegenseitig, und übrig bleibt eine sinnvolle Beschreibung. k 4 Die Strings waren eindeutig etwas Besonderes.
    So schien es jedenfalls.
    Ausgestattet mit den neu entdeckten Berechnungsmethoden, gingen die Physiker nun daran, ihre Gleichungen viel genauer zu analysieren als zuvor. Dabei gelangten sie zu einer ganzen Reihe unerwarteter Ergebnisse. Unter anderem besagte ein überraschender Befund, dass die Begründungen dafür, alles außer Strings auszuschließen, auf tönernen Füßen standen. Wie den Theoretikern allmählich klar wurde, waren die mathematischen Probleme, auf die sie bei der Untersuchung höherdimensionaler Bestandteile wie Scheiben oder Klumpen trafen, Artefakte der jeweils verwendeten Näherungsverfahren. Mit den genaueren Methoden wies eine kleine Armee von Theoretikern nach, dass im mathematischen Schatten der Stringtheorie tatsächlich Grundbausteine mit unterschiedlich vielen Raumdimensionen lauern. 5 Die störungstheoretischen Verfahren waren schlicht zu grob gewesen, um diese andersartigen Bausteine ans Licht zu bringen, aber mit den neuen Methoden war man dazu endlich in der Lage. Ende der neunziger Jahre war völlig klar, dass die Stringtheorie nicht nur eine Theorie der Strings war.
    Die Analyse zeigte wie Frisbee-Scheiben oder fliegende Teppiche geformte Objekte mit zwei Raumdimensionen: Membranen (eine Bedeutung des M in
dem Begriff »M-Theorie«), auch Zwei-Branen genannt. Das war aber noch nicht alles. In den Analysen kamen auch Objekte mit drei Raumdimensionen zum Vorschein, sogenannte Drei-Branen , dann die Vier-Branen mit vier Raumdimensionen und schließlich die ganze Palette bis hin zu den Neun-Branen . Die Mathematik machte deutlich, dass alle diese Gebilde ganz ähnlich wie die Strings schwingen und vibrieren können; in diesem Zusammenhang stellt man sich Strings am besten als Ein-Branen vor – als einen Posten in einer unerwartet langen Liste von Grundbausteinen der Stringtheorie.
    Ebenso verblüffend für alle, die dem Thema einen großen Teil ihres Berufslebens gewidmet hatten, war eine damit zusammenhängende Erkenntnis: Die Theorie erfordert bei genauerem Hinsehen nicht neun Raumdimensionen, sondern zehn. Und wenn wir die Zeitdimension hinzunehmen, hat die Raumzeit insgesamt elf Dimensionen. Wie kann das sein? Erinnern wir uns noch einmal an die Überlegung zum Thema »( D-10 ) mal Problem «, von der in Kapitel 4 die Rede war: Sie ist die Grundlage der Schlussfolgerung, dass die Stringtheorie zehn Dimensionen der Raumzeit erfordert. Die mathematische Analyse, durch die man zu dieser Gleichung gelangte, basierte allerdings wieder einmal auf Störungsrechnungen, die von einem kleinen Wert für die Stringkopplung ausgingen. Aber Wunder über