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Einheitliche Feldtheorie n sind Feldtheorien die das Ziel verfolgen alle Materie und Kraftfelder des Universums in einer

Einheitliche Feldtheorie

Einheitliche Feldtheorien sind Feldtheorien, die das Ziel verfolgen, alle Materie- und Kraftfelder des Universums in einer Formel, dem „vereinheitlichten“ oder „einheitlichen Feld“, zusammenzufassen. Eine einheitliche Feldtheorie, manchmal auch Weltformel genannt, sollte die Eigenschaften aller Wechselwirkungen sowie die Eigenschaften (Spin, Masse, Ladung) aller Elementarteilchen erklären.

Geschichte Bearbeiten

Historisch gesehen erreichte die Arbeit James Clerk Maxwells eine erste Stufe der Vereinheitlichung – die vier Maxwellschen Gleichungen konnten elektrische und magnetische Phänomene einheitlich erklären und zeigten vor allem auch die enge Verknüpfung von Elektrizität und Magnetismus. Die in den Gleichungen versteckten Symmetrien führten zur Lorentz-Transformation und somit später zur Entdeckung der speziellen Relativitätstheorie durch Albert Einstein.

Einstein formulierte danach eine relativistisch korrekte Theorie der Gravitation, die Allgemeine Relativitätstheorie. Ab den 1920er Jahren verbrachte er den Rest seines Lebens damit, nach einer Vereinheitlichung von Elektromagnetismus und Gravitation zu suchen. Unter anderem legte er im April 1929 der Preußischen Akademie der Wissenschaften eine Arbeit mit dem Titel Einheitliche Feldtheorie und Hamiltonsches Prinzip vor. Ein Ansatz, dem Einstein nachging, war die sogenannte Kaluza-Klein-Theorie, welche versucht, eine einheitliche Feldtheorie in Räumen mit mehr als vier Dimensionen zu finden. Die Kaluza-Klein-Theorie gilt als Vorläufer der seit dem Ende des 20. Jahrhunderts populären Stringtheorie. Die Versuche von Einstein markierten gleichzeitig das vorläufige Ende des Bemühens um eine „klassische“ einheitliche Feldtheorie.

Mit der Entdeckung der Quantenmechanik und zweier weiterer Wechselwirkungen – der starken und der schwachen Kernkraft – in den 1930ern rückte das Ziel einer vereinheitlichten Theorie in weite Ferne. Die Verbindung von Relativitätstheorie und Quantenmechanik führte zur Quantenfeldtheorie.

In den 1950ern und 1960ern versuchten Heisenberg und seine Schüler, ausgehend von der Dirac-Gleichung, eine nichtlineare Feldtheorie abzuleiten. Damit sollte die große Anzahl der neu entdeckten Elementarteilchen erklärt und geordnet werden. Dieses Vorgehen stellte sich jedoch als Sackgasse heraus. Gell-Mann brachte mit den Quarks schließlich auf ganz andere Art und Weise, nämlich mit einer Quantenfeldtheorie, Ordnung in den „Teilchenzoo“.

Heutige Ansätze Bearbeiten

Heute sind Quantenfeldtheorien für drei der vier Wechselwirkungen gut bekannt. Nur für die älteste bekannte Wechselwirkung, die Gravitation, gibt es keine Quantentheorie. Die Quantenelektrodynamik und die Quantenflavordynamik (Theorie der schwachen Wechselwirkung der Quarks) wurden in den 1970ern von Steven Weinberg, Sheldon Lee Glashow und Abdus Salam zur Elektroschwachen Theorie vereinheitlicht. Ansätze zur Vereinheitlichung der Elektroschwachen Theorie mit der Quantenchromodynamik schlugen jedoch fehl (siehe etwa Protonenzerfall).

Ein vielversprechender Ansatz für eine einheitliche Feldtheorie bildet die Superstringtheorie, in der unter dem Namen M-Theorie in den 1990ern große Fortschritte erzielt wurden. Hier scheint es möglich, alle vier Wechselwirkungen tatsächlich zu vereinheitlichen, jedoch befindet sich die Theorie noch in einem frühen Entwicklungsstadium. Ein weiterer Ansatz zur Formulierung einer Quantentheorie der Gravitation ist die sogenannte Schleifenquantengravitation.

Literatur Bearbeiten

  • Tian Y.Cao: Conceptual developments of 20th century field theories. Cambridge Univ. Press, Cambridge 1998, ISBN 0-521-63420-2
  • Vladimir P.Vizgin: Unified field theories in the first third of the 20th century. Birkhäuser, Basel 1994, ISBN 0-8176-2679-4
  • Ernst Schmutzer: Projektive einheitliche Feldtheorie – mit Anwendungen in Kosmologie und Astrophysik. Deutsch, Frankfurt 2004, ISBN 3-8171-1726-4
  • H.Galić: Phenomenology of unified theories – from standard model to supersymmetry. World Scientific, Singapore 1984, ISBN 9971-966-12-3
  • Marie A. Tonnelat: Einstein's unified field theory. Gordon and Breach, New York 1966
  • Václav Hlavatý: Geometry of Einstein's unified field theory. Noordhoff, Groningen 1957
  • Larry Silverberg: Unified field theory – for the engineer and the applied scientist. Wiley-VCH-Verl., Weinheim 2009, ISBN 978-3-527-40788-0

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Eine neue Feld-Arbeit Einsteins. In: Vossische Zeitung, 4. April 1929, S. 11-
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Einheitliche Feldtheorien sind Feldtheorien die das Ziel verfolgen alle Materie und Kraftfelder des Universums in einer Formel dem vereinheitlichten oder einheitlichen Feld zusammenzufassen Eine einheitliche Feldtheorie manchmal auch Weltformel genannt sollte die Eigenschaften aller Wechselwirkungen sowie die Eigenschaften Spin Masse Ladung aller Elementarteilchen erklaren Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte 2 Heutige Ansatze 3 Literatur 4 EinzelnachweiseGeschichte BearbeitenHistorisch gesehen erreichte die Arbeit James Clerk Maxwells eine erste Stufe der Vereinheitlichung die vier Maxwellschen Gleichungen konnten elektrische und magnetische Phanomene einheitlich erklaren und zeigten vor allem auch die enge Verknupfung von Elektrizitat und Magnetismus Die in den Gleichungen versteckten Symmetrien fuhrten zur Lorentz Transformation und somit spater zur Entdeckung der speziellen Relativitatstheorie durch Albert Einstein Einstein formulierte danach eine relativistisch korrekte Theorie der Gravitation die Allgemeine Relativitatstheorie Ab den 1920er Jahren verbrachte er den Rest seines Lebens damit nach einer Vereinheitlichung von Elektromagnetismus und Gravitation zu suchen Unter anderem legte er im April 1929 der Preussischen Akademie der Wissenschaften eine Arbeit mit dem Titel Einheitliche Feldtheorie und Hamiltonsches Prinzip vor 1 Ein Ansatz dem Einstein nachging war die sogenannte Kaluza Klein Theorie welche versucht eine einheitliche Feldtheorie in Raumen mit mehr als vier Dimensionen zu finden Die Kaluza Klein Theorie gilt als Vorlaufer der seit dem Ende des 20 Jahrhunderts popularen Stringtheorie Die Versuche von Einstein markierten gleichzeitig das vorlaufige Ende des Bemuhens um eine klassische einheitliche Feldtheorie Mit der Entdeckung der Quantenmechanik und zweier weiterer Wechselwirkungen der starken und der schwachen Kernkraft in den 1930ern ruckte das Ziel einer vereinheitlichten Theorie in weite Ferne Die Verbindung von Relativitatstheorie und Quantenmechanik fuhrte zur Quantenfeldtheorie In den 1950ern und 1960ern versuchten Heisenberg und seine Schuler ausgehend von der Dirac Gleichung eine nichtlineare Feldtheorie abzuleiten Damit sollte die grosse Anzahl der neu entdeckten Elementarteilchen erklart und geordnet werden Dieses Vorgehen stellte sich jedoch als Sackgasse heraus Gell Mann brachte mit den Quarks schliesslich auf ganz andere Art und Weise namlich mit einer Quantenfeldtheorie Ordnung in den Teilchenzoo Heutige Ansatze BearbeitenHeute sind Quantenfeldtheorien fur drei der vier Wechselwirkungen gut bekannt Nur fur die alteste bekannte Wechselwirkung die Gravitation gibt es keine Quantentheorie Die Quantenelektrodynamik und die Quantenflavordynamik Theorie der schwachen Wechselwirkung der Quarks wurden in den 1970ern von Steven Weinberg Sheldon Lee Glashow und Abdus Salam zur Elektroschwachen Theorie vereinheitlicht Ansatze zur Vereinheitlichung der Elektroschwachen Theorie mit der Quantenchromodynamik schlugen jedoch fehl siehe etwa Protonenzerfall Ein vielversprechender Ansatz fur eine einheitliche Feldtheorie bildet die Superstringtheorie in der unter dem Namen M Theorie in den 1990ern grosse Fortschritte erzielt wurden Hier scheint es moglich alle vier Wechselwirkungen tatsachlich zu vereinheitlichen jedoch befindet sich die Theorie noch in einem fruhen Entwicklungsstadium Ein weiterer Ansatz zur Formulierung einer Quantentheorie der Gravitation ist die sogenannte Schleifenquantengravitation Literatur BearbeitenTian Y Cao Conceptual developments of 20th century field theories Cambridge Univ Press Cambridge 1998 ISBN 0 521 63420 2 Vladimir P Vizgin Unified field theories in the first third of the 20th century Birkhauser Basel 1994 ISBN 0 8176 2679 4 Ernst Schmutzer Projektive einheitliche Feldtheorie mit Anwendungen in Kosmologie und Astrophysik Deutsch Frankfurt 2004 ISBN 3 8171 1726 4 H Galic Phenomenology of unified theories from standard model to supersymmetry World Scientific Singapore 1984 ISBN 9971 966 12 3 Marie A Tonnelat Einstein s unified field theory Gordon and Breach New York 1966 Vaclav Hlavaty Geometry of Einstein s unified field theory Noordhoff Groningen 1957 Larry Silverberg Unified field theory for the engineer and the applied scientist Wiley VCH Verl Weinheim 2009 ISBN 978 3 527 40788 0Einzelnachweise Bearbeiten Eine neue Feld Arbeit Einsteins In Vossische Zeitung 4 April 1929 S 11 Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Einheitliche Feldtheorie amp oldid 206275240