D-Brane
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Das Kunstwort Brane kommt aus dem englischen und ist abgeleitet von dem Wort "membrane" (dt.: "Membran"). Während der Begriff "membrane" ein zweidimensionals Objekt bezeichnet beschreibt "p-Brane" ein Objekt der Dimension p.
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[Bearbeiten] Definition
D-Branes (oder Dp-Branes) sind per Definition p-dimensionale Objekte, an die offene Strings koppeln welche Dirichlet-Randbedingungen genügen. Die Dimensionszahl gibt dabei die Anzahl der räumlichen Dimensionen an. Jede D-Brane besitzt zusätzlich noch eine Ausdehnung in zeitlicher Richtung. Man kann D-branes auch als Spezialfälle bestimmter klassischer Konfigurationen ("Solitonen") interpretieren. Sie können unendlich ausgedehnt sein, aber auch ein endliches und sogar verschwindendes Volumen haben.
Variationen des Begriffs sind: D-Membrane (=D2-Brane), D-String (=D1-Brane; nicht zu verwechseln mit dem F-String, d.h. dem fundamentalen String), D-particle (=D0-brane), D-Instanton (=D(-1)-Brane).
[Bearbeiten] Herkunft
D-Branen stellt man sich als dynamische Objekte in einer höherdimensionalen Raumzeit vor und sind Bestandteil der Stringtheorie (siehe auch M-branes in M-Theorie). Da diese einen 10-dimensionalen Raum beschreibt, stellt sich die Frage, warum wir nur 3+1 Dimensionen (mit Zeit) wahrnehmen können. Als Erklärung bieten sich eben diese Branes an. Nach der Stringtheorie gibt es geschlossene, ringförmige eindimensionale Strings sowie auch solche Strings, deren Enden offen liegen. Offene Enden streben danach, sich an eine Brane zu "heften" und können nicht mehr beliebig die Dimensionen wechseln. Diese Eigenschaften führen zu der Vorstellung, dass unser Universum aus einer oder mehreren D3-Branen ("unseren" wahrnehmbaren 3 Raumdimensionen entsprechend) bestehen könnte. Die gebundenen Strings bilden demnach alle Elementarteilchen, z.B. Photonen, Elektronen, Quarks. Eine Ausnahme stellt das Graviton (Austauschteilchen, welches die Gravitation vermittelt) dar. Dieses besteht aus einem ringförmigen String und ist daher nicht an eine Brane gebunden. Dies würde erklären, warum die Gravitation im Verhältnis zu den anderen Grundkräften der Physik so schwach ist, da sich ihre Kraft auf mehrere Dimensionen verteilt, bedeutet aber auch Abweichungen vom derzeitigen Gravitationsgesetz.
Durch Quanteneffekte und gravitative Wechselwirkungen können D-Branes deformiert und zu Schwingungen angeregt werden. Eine befriedigende mathematische Behandlung dieses Phänomens existiert noch nicht. Es gibt Hinweise darauf, dass D-Branes instabil werden können und zerfallen. Ebenso sind einige stark deformierte (z.B. sphärische) D-Branes bekannt, die in gekrümmten Räumen auftreten können. Die Klassifizierung aller möglichen D-Branes ist ein offenes Problem, das von großer Bedeutung für das Verständnis der Stringtheorie und insbesondere ihrer Vakuum-Struktur ist.
Andere Überlegungen führen dazu, dass mehrere dieser Branes existieren und Paralleluniversen darstellen. Da sich Branes selbst beliebig im Raum bewegen können, könnten zwei Branes kollidieren. Dabei enstünde so viel Energie, wie sie nur beim Urknall vorstellbar ist. Hieraus leitet sich das Ekpyrotisches Universum ab, also die Vorstellung, dass auch unser Universum durch solch eine Kollision entstand.
[Bearbeiten] Literatur
- Stefan Förste: Strings, Branes and Extra Dimensions, hep-th/0110055 (englisch)
- Clifford V. Johnson: D-Brane Primer, hep-th/0007170 (englisch)
