Den Wissenschaftlern gelang es, EM mit der schwachen Kraft und dann mit der starken Kraft zu vereinen, um das Standardmodell zu erreichen. Anschließend untersuchten sie Supersymmetrie und GUTs, die bei hohen Energien eine verbesserte Kopplungsvereinheitlichung zeigten. Der letzte Traum war es, alle bekannten Kräfte bei sehr hoher Energie zu vereinen, einschließlich der Schwerkraft. In diesem Bild gibt es eine einzelne Hauptwechselwirkung, nach der wir suchen, aus der alle anderen Wechselwirkungen bei niedrigeren Energien hervorgegangen sind.
Andererseits gab es in den letzten 10 bis 20 Jahren theoretische Durchbrüche mit Dualitäten, wie z. B. Eich/Eich- und Eich/Schwerkraft-Dualitäten. In diesem Bild entspricht beispielsweise eine QFT ohne Schwerkraft in einem Raum der Gravitationstheorie in einem höherdimensionalen Raum.
Es scheint mir also, dass sich die alte Bedeutung der Vereinigung (nämlich die Schwerkraft mit allen anderen 3 Kräften in einer einzigen Kraft zu vereinen) geändert hat, um zu sagen, dass Schwerkraft und Teilchenphysik dasselbe sind, durch Dualität.
Denken die Forscher der Stringtheorie/Teilchenphysik die Vereinigung in der modernen Forschung also im Sinne von Dualitäten und haben die alte Bedeutung der Vereinigung aufgegeben?
Die "Vereinigung" war etwas, das betont wurde, als GUTs die Schneide der Hochenergiephysik waren. Die Idee war damals, die Interaktionen aus einer netten symmetrischen Gruppe kommen zu lassen. Der Punkt der Physik ist nicht eine Vereinheitlichung in diesem Sinne – alles auf diese Weise zu einer Sache zu machen. Vielmehr geht es in der Physik um die Vereinheitlichung im Sinne einer konsistenten mathematischen Beschreibung, die alles beschreibt, egal wie viele Teile man hat. Die Gravitation mit anderen Wechselwirkungen zu vereinen bedeutet, dass sie konsistent zusammen beschrieben werden, nicht dass sie im Grunde alle auf eine Art von Teilchen in einer Niedrigenergietheorie zurückzuführen sind oder dass sie aus derselben Eichgruppe stammen (dies ist die fehlgeleitete Interpretation von Vereinigung in einigen neueren Arbeiten, wie der außergewöhnlich einfachen Theorie von allem).
Die GUT-Vereinigungen, die die nicht-gravitativen Kräfte zu einer großen Gruppe vereinen, sind wichtige Hinweise zur Reproduktion bekannter Physik, weil sie Ihnen sagen, welche Art von symmetrischen Strukturen Sie erwarten können zu brechen, um beobachtete Physik zu erhalten. Dies macht die Niederenergietheorie zu einem nützlichen Hinweis darauf, wie man sie aus einer Hochenergiebeschreibung mit viel Symmetrie herstellt.
Mit dem Aufkommen der Stringtheorie haben wir eine so hohe Energiebeschreibung. Die Beschreibung in der Stringtheorie ist immer im zweiten Sinn vereinheitlicht, sie kommt immer von einer konsistenten Theorie bei hoher Energie. Die GUT-Vereinigung teilt Ihnen dann mit, welche Art von String-Vakua Sie untersuchen sollten, um beobachtete Physik zu erhalten. Bisher ist es so, dass die üblichen String-Modelle, die dem Standardmodell etwas nahekommen, dies tun, indem sie eine GUT leicht brechen, so dass die Niederenergietheorie bei mittleren Energien vereinheitlicht wird. Dies gilt auch, wenn Sie das Standardmodell auf Branes herstellen, da Sie zusätzliche Symmetrie haben, wenn die Branes übereinander liegen.
Die Dualitäten in der Stringtheorie sind nicht genau Vereinigungen, obwohl ich denke, dass Sie sie sich in gewissem Sinne als vereinheitlichende Beschreibungen von Messgeräten mit Beschreibungen der Schwerkraft vorstellen können. Sie sind präzise Formulierungen der Stringtheorie in verschiedenen Bereichen, wobei die grundlegenden Freiheitsgrade verschiedener Objekte in der Theorie verwendet werden. Die Idee ist nicht, dass Sie alles von einer einzigen Gruppe oder so bekommen, sondern es geht darum, die Dynamik der Stringtheorie mit bekannten nicht-gravitativen Modellen genau zu beschreiben. Die ursprüngliche Formulierung der Stringtheorie war auch eine Art Dualität, eine Dualität zwischen 10-dimensionaler Raum-Zeit-Physik und 2-dimensionaler Weltblatt-Physik.
Die Beschreibung in der Stringtheorie ist ganzheitlich konsistent – sie kommt von einer Struktur, die nicht optimiert werden kann, ohne alles zu verderben. Dadurch werden die Stringtheorien von Anfang an vollständig vereinheitlicht, da jeder Teil für die Konsistenz des Rests benötigt wird. Die Saiten haben auch die Eigenschaft der "nuklearen Demokratie" (was wirklich Gravitationsdemokratie ist), was bedeutet, dass Sie alles als aus Saiten oder auch aus bestimmten D-Branen gemacht betrachten können, und Sie erhalten dieselbe Beschreibung egal, was Sie als grundlegend bezeichnen, obwohl die unterschiedlichen Grenzen leicht zu berechnen sind.
Aber die Stringtheorie sagt nicht, dass alles aus einem bestimmten Ding besteht, sondern dass jedes der Dinge verwendet werden kann, um den Rest der Dinge zu rekonstruieren. Sie können hier mehr sehen: Warum haben wir so viele Dualitäten in der Stringtheorie? .
Zwei Theorien zu „vereinen“ bedeutet, einen kohärenten Weg zu finden, die Beschreibungen der Natur, die die beiden Theorien liefern, zu kombinieren. Dies bedeutet nicht unbedingt, dass zwei verschiedene Wechselwirkungen als Aspekte einer einzigen zugrunde liegenden Wechselwirkung geschrieben werden – die starke und die elektroschwache Wechselwirkung sind im Standardmodell nicht in diesem starken Sinne vereinheitlicht – nur, dass die beiden Beschreibungen der beiden Wechselwirkungen zusammenpassen sollten.
Ich kenne niemanden, der den Begriff „Vereinigung“ in dem von Ihnen vorgeschlagenen zweiten Sinn verwendet. Üblicherweise sagt man, dass sich die beiden Beschreibungen ergänzen.
DJBunk
Ron Maimon