Welches Experiment würde die Stringtheorie widerlegen?

Man kann die Stringtheorie durch viele Beobachtungen widerlegen, die mit ziemlicher Sicherheit nicht auftreten werden, zum Beispiel:

1. Durch Erkennung einer Lorentz-Verletzung bei hohen Energien: Die Stringtheorie sagt voraus, dass die Lorentz-Symmetrie bei jeder Energieskala exakt ist; jüngste Experimente des Fermi-Satelliten und anderer haben gezeigt, dass die Lorentz-Symmetrie selbst auf der Planck-Skala mit einer Genauigkeit von viel besser als 100 % funktioniert und dass sich die Genauigkeit in naher Zukunft verbessern könnte; Wenn zum Beispiel ein Experiment jemals behauptet, dass sich ein Teilchen schneller als Licht bewegt, sagt die Stringtheorie voraus, dass in diesem Experiment ein Fehler gefunden wird

2. Durch Feststellung einer Verletzung des Äquivalenzprinzips ; es wurde mit der relativen Genauigkeit von getestet$10^{-16}$und es ist unwahrscheinlich, dass ein Verstoß auftritt; Die Stringtheorie sagt voraus, dass das Gesetz exakt ist

3. Indem man zum Beispiel eine mathematische Inkonsistenz in unserer Welt entdeckt$2+2$können beide gleich sein$4$ebenso gut wie$5$; eine solche Beobachtung würde die bestehenden Alternativen der Stringtheorie zu denkbaren Alternativen machen, weil sie alle als Gravitationstheorien mathematisch inkonsistent sind; klar, nichts dergleichen wird passieren; auch konnte man eine bisher unbekannte mathematische Inkonsistenz der Stringtheorie feststellen - auch dies scheint nach den nicht enden wollenden erfolgreichen Tests äußerst unwahrscheinlich

4. Durch den experimentellen Nachweis, dass die Informationen in den Schwarzen Löchern verloren gehen, oder irgendetwas anderes, das den allgemeinen Eigenschaften der Quantengravitation widerspricht, wie sie von der Stringtheorie vorhergesagt werden, z dass die schwarzen Löcher die richtige Entropie haben ; Die Stringtheorie impliziert, dass die Informationen in allen Prozessen im asymptotischen Minkowski-Raum, einschließlich der Hawking-Strahlung, erhalten bleiben, und bestätigt die Hawking-Bekenstein-Behauptungen als die richtige semiklassische Annäherung; offensichtlich widerlegen Sie auch die Stringtheorie, indem Sie beweisen, dass Gravitonen nicht existieren ; Wenn Sie beweisen könnten, dass die Schwerkraft eine entropische Kraft ist, würde dies daher auch die Stringtheorie ausschließen

5. Durch den experimentellen Nachweis, dass die Welt keine Schwerkraft oder Fermionen enthält oder nicht durch Quantenfeldtheorien bei niedrigen Energien beschrieben wird; oder dass die allgemeinen Postulate der Quantenmechanik nicht funktionieren ; Die Stringtheorie sagt voraus, dass diese Näherungen funktionieren und die Postulate der Quantenmechanik genau gültig sind, während die Alternativen der Stringtheorie vorhersagen, dass nichts Vergleichbares wie das Standardmodell usw. möglich ist

6. Indem experimentell gezeigt wird, dass die reale Welt einigen der allgemeinen Merkmale widerspricht, die von allen String-Vakua vorhergesagt werden, die von den "Swampland" -QFTs nicht erfüllt werden, wie von Cumrun Vafa erklärt; Wenn wir im Sumpfland lebten, könnte unsere Welt durch nichts innerhalb der Landschaft der Stringtheorie beschrieben werden; Die generischen Vorhersagen der Stringtheorie beinhalten wahrscheinlich die Tatsache, dass die Schwerkraft die schwächste Kraft ist, Modulräume ein endliches Volumen haben, und ähnliche Vorhersagen, die bisher erfüllt zu sein scheinen

7. Durch die Kartierung der gesamten Landschaft , die Berechnung der genauen Vorhersagen jedes Vakuums für die Teilchenphysik (Massen, Kopplungen, Mischungen) und durch den Nachweis, dass keiner von ihnen mit den experimentell gemessenen Parametern der Teilchenphysik innerhalb der bekannten Fehlergrenzen kompatibel ist; Dieser Weg, die Stringtheorie zu widerlegen, ist schwierig, aber im Prinzip auch möglich (obwohl die vollständige mathematische Maschinerie zur Berechnung der Eigenschaften eines Vakuums mit beliebiger Genauigkeit heute nicht ganz verfügbar ist, nicht einmal im Prinzip).

8. Indem wir die Physik experimentell bis zur Planck-Skala analysieren und zeigen, dass unsere Welt weder Supersymmetrie noch zusätzliche Dimensionen auf irgendeiner Skala enthält. Wenn Sie überprüfen, dass es bis zu einer bestimmten höheren Skala kein SUSY gibt, erhöhen Sie die Wahrscheinlichkeit, dass die Stringtheorie für unser Universum nicht relevant ist, aber es wird kein vollständiger Beweis sein

9. Eine überzeugende Beobachtung variierender Fundamentalkonstanten wie der Feinstrukturkonstante würde die Stringtheorie widerlegen, es sei denn, einige andere unwahrscheinliche Vorhersagen einiger Stringmodelle, die eine solche Variabilität zulassen, würden gleichzeitig beobachtet

Der Grund, warum es schwierig, wenn nicht gar unmöglich ist, die Stringtheorie in der Praxis zu widerlegen, liegt darin, dass die Stringtheorie – als ein qualitativer Rahmen, der die Quantenfeldtheorie ersetzen muss, wenn man sowohl die Erfolge der QFT als auch der GR einbeziehen will – bereits etabliert ist. Daran ist nichts auszusetzen; Die Tatsache, dass eine Theorie in der Praxis schwer auszuschließen ist, ist nur eine andere Art zu sagen, dass sie sich gemäß den Beobachtungen, die unsere Erwartungen an zukünftige Beobachtungen geprägt haben, bereits als „wahrscheinlich wahr“ erwiesen hat. Die Wissenschaft verlangt, dass Hypothesen grundsätzlich widerlegbar sein müssen, und die obige Liste zeigt sicherlich, dass die Stringtheorie dies ist. Die „Kritik“ richtet sich meist gegen die Stringtheorie, nicht aber gegen die Quantenfeldtheorie; aber dies ist ein Spiegelbild eines tiefen Missverständnisses dessen, was die Stringtheorie vorhersagt; oder ein tiefes Missverständnis der Prozesse der wissenschaftlichen Methode; oder beides.

In der Wissenschaft kann man nur eine Theorie ausschließen, die den Beobachtungen widerspricht. Die Landschaft der Stringtheorie sagt jedoch die gleichen möglichen Beobachtungen bei niedrigen Energien voraus wie Quantenfeldtheorien. Auf große Entfernungen sind Stringtheorie und QFT als Frameworks nicht zu unterscheiden; Sie haben nur unterschiedliche Methoden, um die detaillierten Möglichkeiten zu parametrisieren. In der QFT wählt man den Partikelgehalt und bestimmt die kontinuierlichen Werte der Kopplungen und Massen; In der Stringtheorie wählt man nur einige diskrete Informationen über die Topologie der kompakten Mannigfaltigkeit und die diskreten Flüsse und Branen. Obwohl die Anzahl der diskreten Möglichkeiten groß ist, folgen alle fortlaufenden Zahlen mit beliebiger Genauigkeit aus diesen diskreten Entscheidungen.

Die Gültigkeit von QFT und Stringtheorie ist also vom Standpunkt ausführbarer Experimente bei niedrigen Energien gleichwertig. Der Unterschied besteht darin, dass QFT keine konsistente Gravitation in einem Quantenrahmen enthalten kann, während die Stringtheorie auch automatisch eine konsistente Quantengravitation vorhersagt. Das ist ein Vorteil der Stringtheorie, kein Nachteil. Es gibt keinen bekannten Nachteil der Stringtheorie gegenüber der QFT. Aus diesem Grund ist es mindestens so etabliert wie QFT. Es kann realistischerweise nicht verschwinden.

Insbesondere wurde in der AdS/CFT-Korrespondenz gezeigt, dass die Stringtheorie automatisch der vollständige Rahmen ist, der die Dynamik von Theorien wie Eichtheorien beschreibt; es ist äquivalent zu ihrem Verhalten in der Grenze, wenn die Anzahl der Farben groß ist, und in verwandten Grenzen. Dieser Beweis kann nicht wieder "unbewiesen" werden: Die Stringtheorie hat sich als vollständigere Beschreibung an die Eichtheorien angehängt. Die letztere, ältere Theorie – die Eichtheorie – wurde experimentell etabliert, sodass die Stringtheorie nie mehr aus der Physik entfernt werden kann. Es ist ein Teil der Physik, der bei uns bleibt, ähnlich wie QCD oder irgendetwas anderes in der Physik. Die Frage ist nur, was das richtige Vakuum oder der richtige Hintergrund ist, um die Welt um uns herum zu beschreiben. Natürlich bleibt dies eine Frage mit vielen Unbekannten. Aber das bedeutet nicht, dass alles,

Was passieren könnte – obwohl es extrem, extrem unwahrscheinlich ist – ist, dass ein konsequenter, nicht stringenter Konkurrent der Stringtheorie entsteht, der auch in der Lage ist, die gleichen Eigenschaften des Universums vorherzusagen, wie die Stringtheorie in der Zukunft kann. (Ich beobachte alle neuen Ideen sorgfältig.) Wenn dieser Konkurrent anfing, noch konsistenter mit den beobachteten Details des Universums auszusehen, könnte er die Stringtheorie ersetzen oder sogar ersetzen. Es scheint fast offensichtlich, dass es keine "konkurrierende" Theorie gibt, weil die Landschaft möglicher vereinheitlichender Theorien ziemlich genau kartiert wurde, sie ist sehr vielfältig, und immer wenn alle Konsistenzbedingungen sorgfältig auferlegt werden, findet man heraus, dass er zum vollen zurückkehrt - flügge String/M-Theorie in einer ihrer vielfältigen Beschreibungen.

Auch ohne Stringtheorie könnte es hypothetisch passieren, dass neue Experimente neue Phänomene entdecken, die laut Stringtheorie unmöglich – zumindest unnatürlich – sind. Offensichtlich müssten die Menschen eine angemessene Beschreibung dieser Phänomene finden. Wenn es zum Beispiel Preonen in Elektronen gäbe, müssten sie erklärt werden. Sie scheinen mit dem Saitenmodellbau, wie wir ihn heute kennen, unvereinbar.

Aber selbst wenn solch eine neue überraschende Beobachtung gemacht würde, würde ein beträchtlicher Teil der Theoretiker offensichtlich versuchen, eine Erklärung im Rahmen der Stringtheorie zu finden, und das ist offensichtlich die richtige Strategie. Andere könnten versuchen, woanders eine Erklärung zu finden. Aber endlose Versuche, „die Stringtheorie loszuwerden“, sind fast so unvernünftig wie Versuche, „die Relativitätstheorie loszuwerden“ oder „die Quantenmechanik loszuwerden“ oder „die Mathematik loszuwerden“ innerhalb der Physik. Sie können es einfach nicht tun, weil sich gezeigt hat, dass diese Dinge auf einer bestimmten Ebene funktionieren. Die Physik hat noch nicht den allerletzten Endpunkt erreicht - das vollständige Verständnis von allem - aber das bedeutet nicht, dass es plausibel ist, dass die Physik leicht zu den Prä-String-, Prä-Quanten-, Prä-Relativismus-, oder wieder vormathematische Ära. Das wird es mit ziemlicher Sicherheit nicht.

Da viele Leute sehr seltsame Vorstellungen davon zu haben scheinen, lassen Sie uns dies von einem viel einfacheren Standpunkt aus angehen.

Nehmen wir an, Sie haben einen Freund, der sich nur mit Mathematik auf der Ebene der Arithmetik positiver ganzer Zahlen auskennt. Du versuchst ihm von der Existenz negativer Zahlen zu erzählen, und er sagt dir:

Das ist dumm, es gibt offensichtlich keine "negativen" Zahlen, wie kann ich nur so etwas dummes messen? Kannst du einen negativen Apfel haben? Nein, das kannst du nicht. Ich kann Ihnen einen positiven Apfel schulden, aber negative Äpfel gibt es eindeutig nicht.

Wie können Sie anfangen zu argumentieren, dass es so etwas wie negative Zahlen gibt?

Ein sehr wirkungsvoller erster Schritt ist die mathematische Konsistenz. Sie können alle abstrakten Eigenschaften auflisten, von denen Sie glauben, dass sie alles über positive ganzzahlige Arithmetik charakterisieren:

• Für alle$a,b,c$,$a(b+c) = ab+ac$
• Für alle$a,b$,$a+b=b+a$,$ab=ba$
• Es existiert eine Nummer, genannt$0$, so dass, für alle$a$,$a+0=0+a=a$,$a0=0a=0$
• Es existiert eine Nummer, genannt$1$, so dass, für alle$a$,$1a=a1=a$

(Beachten Sie, dass im scharfen Gegensatz zu reellen Zahlen die erste Eigenschaft mit Induktion bewiesen werden kann und kein Axiom sein muss. In ähnlicher Weise können andere aufgelistete Eigenschaften aus anderen als grundlegender bezeichneten Eigenschaften bewiesen werden, wenn Sie dies wünschen. was im Fall der Realzahlen nicht möglich ist.)

Wenn Sie sich also beide einig sind, dass diese Axiome die positiven ganzen Zahlen vollständig charakterisieren, können Sie zeigen, dass diese hypothetischen negativen Zahlen aufgrund ihrer formalen Eigenschaften mit den obigen Axiomen übereinstimmen. Was zeigt dies?

Die positiven ganzen Zahlen können zusammen mit den negativen ganzen Zahlen mindestens so viel leisten wie die positiven ganzen Zahlen allein.

( HALTEN Sie an diesem Punkt inne, um zu erkennen, wie mächtig diese Einschränkung ist! Wie viele andere Möglichkeiten könnte man Arithmetik auf dieser Ebene auf etwas anderes verallgemeinern, das mit den gewünschten Eigenschaften übereinstimmt? Null. Es gibt absolut keinen anderen Weg dazu Das ist unglaublich suggestiv, und Sie sollten dies für den Rest des Cartoon-Arguments im Hinterkopf behalten und sehen, wie jedes Argument, das folgt, insgeheim ein Aspekt von diesem ist!)

Ihr Freund antwortet:

Klar, Spielzeugmodelle kann man so aufschreiben, und die sind zwar stimmig, aber sie entsprechen nicht der Realität.

Was müssen Sie Ihrem Freund noch zeigen, um ihn von der Gültigkeit der negativen Zahlen zu überzeugen?

Sie finden etwas anderes, was sie tun können, was Sie mit den positiven Zahlen allein nicht tun können. Man kann einfach sagen, dass jede positiv-ganzzahlige algebraische Gleichung keine Lösung hat:

hat keine Lösung.

Aber es ist eine triviale Tatsache, dass Sie solche Gleichungen lösen können, indem Sie sie auf negative Zahlen erweitern. Um Ihren Freund von der Gültigkeit negativer Zahlen zu überzeugen, müssen Sie nur noch zeigen, dass dies der Lösung eines ("a priori") anderen Problems entspricht, das nur die Arithmetik positiver ganzer Zahlen beinhaltete:

So,$y = 0$, und$y=x+1$entspricht dem anderen Problem.

Um vollständig zu sein, müssen wir auch Probleme berücksichtigen, die "einzigartig" für die Negative sind, wie z$(-1)(-1) = 1$, aber im Bereich der ganzen Zahlen sind dies triviale Angelegenheiten, die auf das Obige reduziert werden können. Sogar im Fall von Realzahlen, angesichts der anderen Dinge, die wir gezeigt haben, ist es fast "garantiert", dass diese Konsequenzen intuitiv offensichtlich funktionieren.

Angenommen, Ihr Freund ist eine vernünftige, logisch denkende Person, dann muss er jetzt an die Gültigkeit negativer Zahlen glauben.

Was haben wir gezeigt?

• Konsistenz, sowohl mit früheren Modellen als auch mit sich selbst
• Die Fähigkeit, neue Probleme zu lösen
• Die Reduzierung einiger Probleme in der neuen Sprache auf Probleme in der alten Sprache

Um nun zu entscheiden, ob dies ein gutes Modell für ein bestimmtes System ist, müssen Sie sich die Teilmenge der Probleme ansehen, für die es zuvor keine Lösung gab, und prüfen, ob die neuen Eigenschaften dieses System charakterisieren. In diesem Fall ist das trivial, weil die Eigenschaften negativer Zahlen so offensichtlich sind. Im Fall der Anwendung komplizierterer Dinge zur Beschreibung der Details physikalischer Situationen ist dies weniger offensichtlich, da die Struktur der Theorie und der Experimente nicht so einfach ist.

Wie lässt sich das auf die Stringtheorie anwenden? Was müssen wir zeigen, um eine vernünftige Person von ihrer Gültigkeit zu überzeugen? In Anlehnung an die obige Argumentation behaupte ich:

• Die Stringtheorie reproduziert (durch Konstruktion) die allgemeine Relativitätstheorie
• Die Stringtheorie reproduziert (durch Konstruktion) die Quantenmechanik (und durch das Obige die Quantenfeldtheorie)

Die Stringtheorie ist also mindestens so gut wie der Rest der Grundlagen der Physik. Stoppen Sie noch einmal, um zu staunen, wie mächtig diese Aussage ist! Realistisch gesehen, wie viele Möglichkeiten gibt es, konsistent und nicht trivial eine Theorie zu schreiben, die sich auf GR und QFT reduziert? Vielleicht mehr als einer, aber sicher nicht viele!

Nun stellt sich die Frage: Was lernen wir Neues? Welche zusätzlichen Einschränkungen ergeben sich aus der Stringtheorie? Welche Probleme in GR und QFT können sinnvollerweise als äquivalente Probleme in der Stringtheorie geschrieben werden? Welche Probleme kann die Stringtheorie lösen, die völlig außerhalb des Bereichs von GR und QFT liegen?

Nur letzteres liegt außerhalb der Reichweite aktueller Experimente. Der "natürliche" Bereich, in dem die Stringtheorie das Verhalten eines Experiments dominiert , liegt bei sehr hohen Energien oder äquivalent sehr kurzen Entfernungen. Einfache Berechnungen zeigen, dass diese naiven Regionen weit außerhalb des direkten Nachweises durch aktuelle Experimente liegen. (Beachten Sie, dass in dem obigen Beispiel negativer Zahlen die Gültigkeit der "Theorie" streng im entsprechenden Bereich nicht direkt angesprochen werden musste, um ein sehr überzeugendes Argument zu liefern; machen Sie eine Pause, um darüber nachzudenken, warum!)

Theoretische "Probleme" mit den bisherigen Theorien, wie etwa der Informationsverlust von Schwarzen Löchern, können jedoch mit der Stringtheorie gelöst werden. Obwohl diese nicht experimentell verifiziert werden können, ist es sehr naheliegend, dass sie die erwartete Lösung zulassen und zusätzlich die richtigen Theorien in den richtigen Grenzen reproduzieren.

Es gibt zwei große Erfolge der Stringtheorie, die die beiden anderen Anforderungen erfüllen.

AdS/CFT ermöglicht es uns, rein feldtheoretische Probleme im Sinne der Stringtheorie zu lösen. Mit anderen Worten, wir haben ein Problem in der neuen Sprache gelöst, das wir bereits in der alten Sprache lösen konnten. Ein Bonus hier ist, dass wir das Problem genau in einem Bereich lösen können, in dem die alte Sprache schwierig zu handhaben war.

Die Stringtheorie beschränkt und spezifiziert auch das Spektrum und die Eigenschaften von Teilchen bei niedrigen Energien. Im Prinzip (und in Spielzeugrechnungen) sagt es uns alle Kopplungen, Teilchengenerationen, Teilchenarten usw. Wir kennen noch keine Beschreibung in der Stringtheorie, die uns genau das Standardmodell liefert, aber die Tatsache, dass es schränkt die Niedrigenergie-Phänomenologie ein, ist eine ziemlich starke Aussage.

Um einen sehr skeptischen Leser zu überzeugen, bleibt wirklich nur noch zu bedenken, dass eines der folgenden Dinge wahr ist:

• Es ist möglich , dass die Stringtheorie das Standardmodell reproduziert (z. B. lässt sie Lösungen mit den richtigen Eichgruppen, chiralen Fermionen usw. zu).
• Es ist der Stringtheorie nicht möglich , das Standardmodell zu reproduzieren (z. B. gibt es keine Möglichkeit, chirale Theorien niederzuschreiben, sie lässt nicht die richtigen Eichgruppen zu usw. Dies ist z. B. bei Kaluza-Klein-Modellen der Fall.)

Ich behaupte, und es wird allgemein angenommen (aus sehr guten Gründen), dass die erste davon wahr ist. Es gibt keinen formalen, vollständigen, mathematischen Beweis dafür, dass dies der Fall ist, aber es gibt absolut keinen Hinweis darauf, dass etwas schief geht, und wir können Modelle erhalten, die dem Standardmodell sehr ähnlich sind. Darüber hinaus kann man zeigen, dass alle grundlegenden Merkmale des Standardmodells, wie chirale Fermionen, die richtige Anzahl von Generationen usw., mit der Stringtheorie übereinstimmen.

Wir können auch fragen, was es bedeuten würde, wenn die Stringtheorie falsch wäre? Dies würde wirklich signalisieren, dass

• Die Theorie war mathematisch inkonsistent (es gibt keinen Grund, dies zu glauben)

• Auf einer fundamentalen Ebene versagten entweder die Quantenmechanik oder die Relativitätstheorie auf ziemlich pathologische Weise, wie etwa eine Verletzung der Lorentz-Invarianz oder Unitarität. Dies würde darauf hindeuten, dass eine Theorie von allem radikal anders aussehen würde als alles, was bisher niedergeschrieben wurde; dies ist eine sehr prekäre Behauptung – bedenken Sie, was im Beispiel der Arithmetik oben passieren würde, wenn bei der Addition etwas „falsch“ wäre.

• Die Theorie ist konsistent und eine Verallgemeinerung von GR und QFT, aber in gewissem Sinne keine Verallgemeinerung der richtigen "Grenze". Dies geschieht zB in der Kaluza-Klein-Theorie, wo chirale Fermionen nicht richtig niedergeschrieben werden können. Auch in diesem Fall wird eine Lösung durch eine hinreichend sorgfältige Analyse vorgeschlagen (und ist ein möglicher Weg, um zur Stringtheorie zu gelangen).

Von diesen drei Möglichkeiten sind die ersten beiden äußerst unwahrscheinlich. Das dritte ist wahrscheinlicher, aber da bekannt ist, dass alle grundlegenden Funktionen angezeigt werden können, würde es sehr seltsam erscheinen, wenn wir fast das reproduzieren könnten, was wir wollen, aber nicht ganz. Das wäre im Rechenbeispiel so, als könnten wir alle gewünschten Eigenschaften reproduzieren, außer$1+ (-1) = 0$.

Wenn Sie vorsichtig sind, können Sie meine Argumentation formaler formulieren, in Bezug darauf, was es genau bedeutet, eine konsistente Verallgemeinerung zu haben, im Sinne der formalen symbolischen Logik, wenn Sie möchten, und sehen, was "fehlschlagen" muss damit das Gegenteil des Arguments wahr ist. (Das heißt, (Stuff) => Strings sind wahr, also ~Strings => ~(Stuff), und entpacken Sie dann die Möglichkeiten, was ~(Stuff) in Bezug auf seine Komponenten bedeuten könnte!)

Die einzige Möglichkeit, die Stringtheorie zu "testen", besteht darin, zuerst herauszufinden, was sie vorhersagt, was im Moment nicht eindeutig ist.

Im Gegensatz zu den meisten Behauptungen ist die Stringtheorie tatsächlich eine einzigartige Theorie, da es keine einstellbaren freien Parameter gibt. Es hat jedoch eine große oder möglicherweise unendliche Menge klassischer Lösungen oder "Vakua". Die meisten dieser Vakua sehen nicht wie die reale Welt aus, einige (mit einigen meine ich, es könnte ~ sein$10^{500}$) sind sehr ähnlich (insofern scheinen sie wie das Standardmodell der Niederenergiephysik zu entsprechen), und höchstens einer entspricht der realen Welt.

Wenn Sie eine Vakua spezifiziert haben, haben Sie die Vorhersagen identisch festgelegt – für alles (das bedeutet es, eine Theorie von allem zu sein). So könnte man zum Beispiel die Masse des Elektrons auf beliebig viele Dezimalstellen berechnen und dann im Labor testen und auch die Vakua könnte eine eindeutige Vorhersage für kosmologische Objekte machen (zB: die Existenz von kosmischen Strings oder Domänenwänden). Wir wissen es nicht genau.

Da wir natürlich nicht herausfinden können, welches Vakua der Realität entspricht, bleiben wir mit dem gleichen Problem zurück, das die Quantenfeldtheorie hat. Man muss nämlich erst rausgehen und bestimmte Dinge messen, um Vorhersagen treffen zu können (also müssen wir zum Beispiel im Standardmodell die$26$einstellbare freie Parameter, wie die Yukawa-Kopplungen, Massen von Elementarteilchen usw.). Aber wenn Sie das getan haben, können Sie dann unendlich viele andere Dinge vorhersagen, wie zum Beispiel Streuquerschnitte.

In der String-Theorie würde das also bedeuten, dass man es irgendwie kürzen muss$10^{500}$vacua zu einer menschlicheren Zahl, wie$50$,$10$oder besser$1$oder$0$($0$bedeutet, dass die Theorie falsifiziert ist). Dazu müssen Streuexperimente im Planck-Maßstab durchgeführt werden, was einen Teilchenbeschleuniger ungefähr im Maßstab der Milchstraße bedeutet.

Natürlich kann sich herausstellen, dass die Stringtheorie eindeutig falsifizierbare Vorhersagen macht, aber das erfordert wirklich viel theoretische Arbeit, da es impliziert, dass man nicht nur etwas über die Vakua weiß, die der realen Welt entspricht, sondern auch über die$10^{500}$andere, wenn Sie verstehen, was ich meine. Dennoch wissen wir, dass es einige Vorhersagen macht. Beispielsweise ist die Existenz der Gravitationsquanten universell für alle Lösungen. Ebenso ist die Tatsache, dass die Quantenmechanik und die spezielle Relativitätstheorie gelten müssen, eine weitere robuste Vorhersage.

Die Stringtheorie sollte mit einem Vorschlag für ein Experiment einhergehen und einige Vorhersagen über die Ergebnisse des Experiments treffen; dann könnten wir mit den realen Ergebnissen vergleichen.

Wenn eine Theorie keine Vorhersagen machen kann, wird sie sich nach und nach selbst widerlegen ...

Das Problem ist, dass dies mit der Stringtheorie extrem schwierig ist, und Stringtheoretiker haben Jahre vor sich, um in diese Richtung zu gehen; aber wenn wir in 100 Jahren immer noch auf dem gleichen Stand sind, dann wäre das ein Beweis dafür, dass die Stringtheorie unfruchtbar ist...

Es ist sehr schwierig, die Skalen der Quantengravitation experimentell zu untersuchen, daher gibt es nur sehr wenige Möglichkeiten zu testen, ob die Stringtheorie als einheitliche Theorie, die die Quantengravitation umfasst, falsch ist. Eine der wenigen Beobachtungen, die die Planck-Skala untersucht haben, war die Beobachtung des Fermi-Gammastrahlenteleskops, die zeigte, dass sich Photonen unterschiedlicher Energie über kosmische Entfernungen sehr ähnlich schnell bewegen. Wenn das Ergebnis eine Streuung der Geschwindigkeit gezeigt hätte, hätte es die Stringtheorie widerlegt und den Physiker ermutigt, sich andere Ideen anzusehen.

Natürlich wird jede Beobachtung, die die Quantentheorie oder die allgemeine Relativitätstheorie widerlegt, auch die Stringtheorie widerlegen, aber das eigentliche Interesse gilt Beobachtungen, die sich direkt auf die Quantengravitation beziehen, da die separaten Theorien in ihren eigenen Regimen bereits gut etabliert sind.

Obwohl es schwierig ist, direkten experimentellen Input für irgendeine Theorie der Quantengravitation zu erhalten, sind die Beschränkungen für jede Theorie durch die logische Anforderung, Quantentheorie und Gravitation zu einer konsistenten Theorie für die Physik zu kombinieren, bereits enorm stark. Insbesondere sollte es eine störende niedrige Energiegrenze geben, die die Schwerkraft in Form von Gravitonen beschreibt, die mit Materie wechselwirken. Trotz vieler Bemühungen ist die Stringtheorie der einzige Ansatz, der dies erreichen kann, und es ist sehr schwer, sich einen zweiten Weg vorzustellen. Tatsächlich ist es sehr überraschend, dass es diesen einen Weg gibt, denn es erfordert fast wundersame Aufhebungen von Anomalien, damit es funktioniert. Dies gibt vielen Menschen die Zuversicht, dass die Stringtheorie der richtige Weg ist.

Letztendlich muss es eine definitive Beobachtung eines Quantengravitationseffekts geben, der die Stringtheorie stützt. Wie gesagt, es gibt derzeit nicht viele Möglichkeiten für solche Beobachtungen, aber das wäre auch ein Problem für jede alternative Theorie der Quantengravitation.

Es ist möglich, dass wir Glück haben und am LHC große zusätzliche Dimensionen beobachten, aber es gibt keinen Grund, das zu erwarten. Eine andere Möglichkeit, die ich für etwas plausibler halte, ist, dass Supersymmetrie beobachtet und eine Form angenommen wird, die einen Supergravitationsursprung unterstützt. Dennoch haben wir kein moralisches Recht zu erwarten, dass das Universum uns einen so einfachen Hinweis gibt, und die Stringtheorie verspricht keinen.

Solche Schwierigkeiten bedeuten nicht, dass die Stringtheorie falsch ist, wie manche Gegner behaupten. Es bedeutet nur, dass es schwierig sein wird, die Quantengravitation empirisch zu erforschen.

Das Verständnis der Stringtheorie von der theoretischen Seite hat immer noch stetige Fortschritte gemacht, und das geht weiter. Auf der nicht-störenden Seite der Stringtheorie muss noch mehr Arbeit geleistet werden, damit wir ihre Auswirkungen auf die Kosmologie besser verstehen können. Es besteht die Hoffnung, dass eine Beobachtung von Relikt-Gravitationswellen oder sogar Niederfrequenz-Radiowellen, die vom Urknall übrig geblieben sind, eine charakteristische Signatur haben könnte, die von Quantengravitationseffekten abhängt. Auch hier haben wir kein moralisches Recht zu verlangen, dass eine solche Beobachtung bevorsteht, aber es könnte sein, wenn wir Glück haben.

Wenn man es richtig versteht (?), was Lubos einmal gesagt hat, erfordert die Stringtheorie, dass die Torsion (in GR) Null ist. Derzeit sind Experimente zur Messung der Torsion im Gange / geplant. Daher gibt es nicht nur eine experimentelle Widerlegung der Stringtheorie, sondern wir sollten auch bald die Daten erhalten.

Die Stringtheorie wurde mit der Idee konstruiert, dass sie sich bei niedrigen Energien auf die quantenmechanische und Teilchenwelt reduzieren sollte, die wir jeden Tag sehen. Dies ist analog zum Korrespondenzprinzip in der Quantenmechanik.

In gewisser Weise führt jedes Experiment, das die Quantenmechanik diskreditiert, zu einer ernsthaften Überprüfung der Stringtheorie, aber viele Experimentatoren werden scherzen, ein Theoretiker wird immer einen Weg finden, seine Theorie so zu korrigieren, dass sie mit den Beobachtungen übereinstimmt. Auf jeden Fall scheint die Quantentheorie sehr gut unterstützt und es ist unwahrscheinlich, dass sie in absehbarer Zeit diskreditiert wird

Direkte Tests der Stringtheorie müssen jedoch warten, bis wir viel höhere Energien untersuchen können.

Saitenanregungen, bzw. deren Fehlen. Das Problem ist jedoch, dass Sie, wenn Sie nicht an eine Theorie mit einer niedrigeren Planck-Skala glauben, zu Energien gehen müssen, die wir im Labor niemals erreichen können, um dieses Regime zu testen. Aber zumindest im Prinzip ist es falsifizierbar.

Wie von anderen Postern vorgeschlagen, ist die Schlüsselfrage Energie.

Bei sehr hohen Energieniveaus, die sich einigen der „Grenzen“ der Quantengravitation nähern, würde die fadenartige Natur der Elementarteilchen immer deutlicher werden. (In Bezug auf ein Experiment, beispielsweise bei einem ausreichend hohen Energieniveau, würden wahrscheinlich neue spezifische „Resonanzen“ des Materials identifiziert werden.)

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Die Stringtheorie zu widerlegen, würde ich sagen, ist nicht sehr wahrscheinlich; aber es gibt zwei Möglichkeiten, die Probleme in der Stringtheorie verursachen würden: eine theoretische und eine experimentelle. Beides wird so schnell nicht passieren, (und beides wird es wohl nie widerlegen, denn die Stringtheorie scheint zumindest bis jetzt bei weitem auf dem richtigen Weg zu sein.) - Wenn man es zumindest in einer Initiale "widerlegen" möchte Annäherung, um etwas Skepsis hervorzurufen, sollte eine Theorie finden, die mindestens so viele Probleme löst, wie die Stringtheorie löst, und sich mit mindestens einigen der verbleibenden Probleme der Stringtheorie befasst. (Selbst wenn diese andere Theorie existiert, wird es nach ihrer Entdeckung mehrere Jahrzehnte dauern, bis sie sich entwickelt.)

-Experimentell, wie alle anderen sagten, müssen wir höhere Energien auf der Erde erreichen oder einen besseren Weg, um diese höheren Energien möglicherweise im Universum zu lokalisieren und zu erkennen. Um irgendwo die Energien zu erreichen oder zu lokalisieren, bei denen Effekte der Stringtheorie nachweisbar sind, wird es noch viele, viele Jahre dauern – zumindest ist das die allgemeine Meinung.

- Das "Argument", dass ich manchmal höre, die Stringtheorie sei keine Theorie oder falsch, weil sie nicht verifiziert oder widerlegt werden kann, ist völlig falsch. Einfach weil das kein Argument ist. Wenn wir höhere Energien erreichen müssen, um die Stringtheorie zu sehen, dann müssen wir es einfach tun; ist sehr gut möglich, dass dies die Physik ist. Auf jeden Fall sogar einfachere Physikgeschichten wie die des Neutrinos, die kritisierten (bei den damaligen Kritikern: 'nicht einmal falsch' oder die optimistischsten "es gibt keine praktische Möglichkeit, das Neutrino zu beobachten"); mit Pauli und Fermi, die die theoretische Vorhersage im Jahr 1930 machten, und der Entdeckung von Cowan und Reines im Jahr 1956, kann uns einige Dinge lehren ...

In einem Satz lautet die Antwort auf Ihre letzte Zeile: Bis jetzt gibt es kein Experiment oder Detektor, der die Stringtheorie verifizieren kann. Es ist ein Glaube, dass dies in der Zukunft passieren wird, wenn wir in der Lage sein werden, irgendwo diese höheren Energien zu erreichen oder zu lokalisieren, dass die fadenförmigen Effekte nachweisbar werden.

Widerlegen Sie die Stringtheorie, indem Sie ein Postulat der Stringtheorie empirisch falsifizieren. Kein Postulat kann verteidigt werden oder es muss nicht postuliert werden. Falsifiziere die BRST-Invarianz und die Stringtheorien kollabieren. Falsifiziere das Äquivalenzprinzip (EP) und die gesamte Physik muss neu geschrieben werden. Keine messbare Observable verstößt gegen das EP. Alle stetigen und die meisten annähernd stetigen Symmetrien beugen sich den Sätzen von Noether.

Sie brauchen eine Observable (damit Sie wissen, dass sie da ist), die berechenbar ist (damit Sie wissen, wie viel), aber nicht messbar ist, das ist eine absolut diskontinuierliche Symmetrie - und ein Test für ihre divergierenden Konsequenzen. Unterscheiden sich Schuhe bei einem linken Fuß von Socken? Um wie viel, deins gegen meins? Quantitative Chiralität wird in einer beliebigen Anzahl von Dimensionen berechnet, J. Math. Phys. 40, 4587 (1999) und

http://petitjeanmichel.free.fr/itoweb.petitjean.freeware.html#QCM
( http://www.mazepath.com/uncleal/norbors.gif
Lösung Optische Drehungen ignorieren Atommassenverteilung)

Hacken Sie ein Paar Schuhe hinein$\mathrm{mm}^2$Stücke. Sortieren Sie sie nach links oder rechts. Chiralität ist eine emergente Eigenschaft. Es kommt auf den Maßstab an. Um die EP gegen ein Paar Schuhe zu testen, bräuchte man einen Schuh, der im kleinstmöglichen Maßstab gebaut ist - ein paar Atome - und ziemlich viele Schuhe, um eine messbare Abweichung zu ergeben. Die Physik kann das nicht, die Chemie schon.

Wenn irgendetwas die Stringtheorie brechen kann (wir können nicht schlauer sein als Luboš, aber wir können orthogonal sein), dann

http://www.mazepath.com/uncleal/erotor1.jpg
Zwei geometrische Eötvös-Experimente.$0.113\, \mathrm{nm}^3$Volumen/α-Quarz Einheitszelle.$40\, \mathrm{grams}$netto als$8$Einkristall-Testmassen vergleichen$6.68×10^{22}$Paar gegenüberliegende Schuhe (Paare von$9$-Atom enantiomorphe Einheitszellen, die gegenüberliegenden vertikalen Seiten des Testmasse-Array-Würfels).

Wetten Sie Ihre Note NICHT darauf! Es ist akzeptabel, auf ein schwedisches Abendessen im Dezember zu wetten, insbesondere wenn das Hauptgericht Surströmming ist.

http://www.youtube.com/watch?v=xgV2imaOCao