Vor dem Urknall

Bausteinen zusammengesetzt ist. Obwohl nicht alle Griechen daran glaubten und eine alternative Theorie bevorzugten, in der alles aus Erde, Luft, Feuer und Wasser gebildet war, hielten manche an der Vorstellung fest, die Materie sei aus winzigen Bestandteilen zusammengefügt. Die Idee dahinter war: Man nehme irgendetwas, ein Stück Käse zum Beispiel, und schneide es in immer kleinere Stücke. Zuletzt hätte man ein so kleines Stück, das so elementar wäre, dass selbst das schärfste Messer es nicht mehr durchschneiden könnte. Ein solches Stück war ein
atomos
, etwas Unzerschneidbares. Ein Atom.
    In dieser Vorstellung der alten Griechen hatte jede Art von Material ein anderes Atom. Käseatome unterschieden sich von Pflanzenatomen, die wieder anders waren als Metallatome und so weiter. Sie glaubten sogar, die verschiedenen Atome hätten unterschiedliche Formen und Farben. Diese Atomtheorie wurde größtenteils ignoriert, weil sich die Lehre von Erde, Luft, Feuer und Wasser durchsetzte. Es sollte nahezu 2000  Jahre dauern, bis Atome wieder ins Blickfeld gerieten. In ihrer neuen Verkörperung unterstützten Atome die Vorstellung, alles bestünde aus Elementen, chemischen Komponenten, die sich nicht weiter aufbrechen ließen, ganz gleich, ob sie nun Gase wie Wasserstoff und Sauerstoff waren oder Feststoffe wie Kohlenstoff und Eisen.
    Im Lauf des 20 . Jahrhunderts wurde eine echte Atomtheorie entwickelt, die zeigte, wie jedes Atom aus nur drei Arten elementarer Teilchen bestand: Neutronen und positiv geladenen Protonen im Kern, den Elektronen in einer statistischen Wolke umkreisten. Es sah so aus, als hätten wir es mit einem angenehm einfachen Vorrat an Teilchen zu tun. Aber dann wurden neue Teilchen entdeckt. Manche waren in kosmischen Strahlen verborgen, stürzten von den Sternen herab und krachten in die Erdatmosphäre. Andere kamen in Experimenten zum Vorschein, in denen Atome sich gegenseitig zerschmetterten.
    Als ich in den 1970 er Jahren mein Physikdiplom in Cambridge erwarb, kam es mir so vor, als sei praktisch jede Woche ein Dozent hereingekommen und habe aufgeregt verkündet, ein neues «elementares» Teilchen sei entdeckt worden. Was zuvor eine hübsch handliche Struktur aus drei grundlegenden Bausteinen war, wurde ein kompliziertes Durcheinander, was nicht besser wurde, als man entdeckte, dass Teilchen auch Vermittler von Kräften sind. So ist das Photon, das «Lichtteilchen», beispielsweise Träger der elektromagnetischen Kraft.
    Die gute Nachricht lautet: Seit dieser Zeit sind einige Teilchen durch die Entdeckung zusammengefasst worden, sodass viele der schweren Teilchen wie Neutronen und Protonen aus noch grundlegenderen Teilchen bestehen, die Quarks genannt werden. (Dieses Wort sollte sich auf «Kork» reimen und nicht auf «Sarg», aber es wird selten richtig ausgesprochen.) Trotzdem gibt es im Standardmodell immer noch einen Teilchenzoo. Physiker haben stets von einer «Theorie für alles» geschwärmt, die sämtliche Kräfte und Teilchen in einer einzigen Theorie zusammenfügt, sodass alles wunderbar harmoniert. Die Befürworter der Stringtheorie sagen, ihr Konzept sei die erste brauchbare Theorie für alles.

Wie lang ist ein String?
    Die Stringtheorie ist so attraktiv, weil sie den Zoo überflüssig macht. Der Stringtheorie zufolge besteht jedes Materieteilchen, ganz gleich, ob es ein Elektron oder ein Quark ist, sowie jedes krafttragende Teilchen vom Photon bis zum Graviton aus ein und demselben elementaren Baustein, einem String. Diese unfassbar winzigen Strings existieren in geschlossenen Schleifen (obwohl es auch offene Strings geben kann) und schwingen auf unterschiedliche Weise, wobei die Beschaffenheit der Schwingung die unterschiedlichen Teilchenarten hervorbringt.
    Das Angenehme an diesem Modell ist: Den richtigen Dreh herauszubekommen ist recht einfach. Jeder, der einmal ein Saiteninstrument gespielt hat wie die Violine, wird wissen, dass es beim Streichen der Saiten an unterschiedlichen Stellen möglich wird, Obertöne hervorzurufen – höhere Noten, bei denen die Saite in verschiedenen Mustern schwingt. Die Stringtheorie funktioniert genauso. Stellen Sie sich eine zur Schleife geschlossene Saite (englisch: string) vor, die als Ganzes auf einer halben Wellenlänge schwingt (die Entfernung von einem Wellenkamm zum nächsten). Auch eine ganze Wellenlänge ist vorstellbar oder eineinhalb Wellenlängen und so weiter. Die Stringtheorie vermittelt uns das Bild, dass jede dieser