|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dit is waarom de publicatie van Erik Verlinde zo spannend is
- New Scientist |
|
|
|
Vannacht
om 2:00 verscheen op voorpublicatiesite Arxiv de langverwachte
publicatie van theoretisch fysicus Erik Verlinde.
Vandaag schrijven verschillende media er al uitgebreid over. Maar waarom
werd nu zo reikhalzend naar deze publicatie uitgekeken? Lees hier waarom de
publicatie van Verlinde zo’n ‘big deal’ is. |
|
|
|
Gaat
Erik Verlinde de complete natuurkunde overhoop gooien? Foto: Bob
Bronshoff |
|
|
|
Het artikel van Verlinde kan
in potentie een aardbeving veroorzaken in de huidige natuurkunde. Dat komt
omdat hij, net als eerder Einstein, de theorieën van zijn voorgangers op
losse schroeven zet. In het heelal dat Verlinde in zijn theorie beschrijft, zijn
donkere materie en donkere energie volkomen begrepen, en zijn ruimte en tijd
niet langer fundamenteel. Dit zijn de vijf belangrijkste conclusies, die
ervoor zorgen dat Verlindes theorie een nieuwe paradigmaverschuiving in de
fysica kan veroorzaken: |
|
|
1. Zwaartekracht blijkt
niet fundamenteel |
|
|
Volgens Verlinde is
zwaartekracht niets fundamenteels. Net zoals temperatuur, komt het voort uit
het gedrag van iets anders. Bij temperatuur is dat ‘iets anders’ het gedrag
van deeltjes. Staan die deeltjes harder te hossen, dan knallen ze harder
tegen de zenuwen in onze huid en dat voelen we als warmte. Het ‘iets anders’
dat onder zwaartekracht schuilt, is volgens Verlinde informatie (zie punt 2). |
|
|
Eigenlijk trok Verlinde deze
conclusie al in 2010, in zijn vorige publicatie. Hij liet toen zien dat
zwaartekracht de prijs is die je moet betalen wanneer je informatie heen en
weer gaat schuiven. Informatie wil helemaal niet verplaatst worden, impliceerde
hij, en daarom ‘kost’ het iets om dat toch te doen. Dat veroorzaakt
de zwaartekracht. |
|
|
Met dat inzicht leidde
Verlinde in 2010 de zwaartekrachtswetten van Newton af. Anderen hebben in de
afgelopen jaren uit hetzelfde principe ook de Einsteinvergelijkingen kunnen
afleiden. Zijn nieuwe publicatie vervolmaakt die exercitie. In het artikel
beschrijft Verlinde de zwaartekracht in termen van quantummechanische
informatie, koppelt dat aan inzichten uit de snaartheorie en vertaalt die
hele bubs naar een beschrijving die geldig is in het echte universum (zie
punt 4). |
|
|
|
Naar aanleiding van de publicatie
van Verlinde schreef New Scientist-redacteur George van Hal het boek Elastisch Universum, waarin de
baanbrekende ideeën van Erik Verlinde toegankelijk worden uitgelicht. Bestel nu in onze webshop (€ 7,95). |
|
|
2. Informatie is de
belangrijkste bouwsteen van de werkelijkheid |
|
|
Informatie, of eigenlijk:
quantuminformatie, blijkt in de theorie van Verlinde de belangrijkste
bouwsteen van de werkelijkheid. Informatie blijkt niet alleen onder
zwaartekracht te schuilen, maar ook onder ruimte en tijd. Deze
basisblokken van het kosmisch toneel waarop de ideeën van Einstein zich
afspelen, zijn volgens Verlinde (en voorgangers zoals de Nederlandse
Nobelprijswinnaar Gerard ’t Hooft) niet het eindstation van de fysica. Je
kunt nog een begripslaag dieper graven en dan kom je uit bij informatie. |
|
|
Alles is in die visie in
zekere zin gemaakt uit informatie. Toch bestaat er nog geen microscopische
theorie die beschrijft hoe een verzameling bits (de nullen en enen waarmee
wij informatie beschrijven) ‘weten’ dat ze ruimte en tijd moeten vormen.
Net zo min snappen we hoe bits deeltjes of -pak ‘m beet – een mens maken. Het
enige dat Verlinde en zijn voorgangers laten zien, is dat wanneer je gaat
rekenen vanuit deze informatievisie, je een aantal fundamentele problemen
kunt oplossen die fysici al jaren achtervolgen. |
|
|
3. Donkere materie en donkere
energie zijn niet langer onbegrepen |
|
|
Donkere materie is een
mysterieuze vorm van materie die fysici alleen indirect kunnen meten, aan de
hand van hun zwaartekracht. Het bestaan van deze materie zou verklaren waarom
sterrenstelsels sneller draaien dan mogelijk moet zijn. Eigenlijk zouden sterren
vanwege die hoge snelheid uit hun stelsels moeten slingeren, maar ze worden
tegengehouden door de ‘extra’ zwaartekracht van donkere materie. |
|
|
Donkere energie verklaart op
zijn beurt waarom het heelal versneld uitdijt. Eigenlijk zou je verwachten
dat de uitdijing van het universum vertraagt, na de eerste zet die onze
kosmos kreeg tijdens de oerknal. Dankzij zwaartekracht zou die expansie
vanzelf steeds langzamer moeten gaan. Dat blijkt echter niet het geval. In
plaats daarvan is er ‘iets’, verstopt in het basale weefsel van het
universum, dat het universum continu een extra zetje geeft. Dat ‘iets’ is
donkere energie. |
|
|
Omdat Einstein bewees dat
energie en massa twee kanten van dezelfde medaille zijn, bekijken kosmologen
deze hele situatie het liefst in termen van energie. En wie het
energiehuishoudboekje van de kosmos opstelt, komt al snel tot schokkende
conclusies. Van alle energie in het universum blijkt namelijk slechts vijf
procent de ons bekende materie. Alles dat we kennen bestaat uit massa en
wie die overweldigende hoeveelheid bij elkaar optelt, heeft onder de streep
pas vijf procent van de energie-inhoud van het universum te pakken. Verder
bestaat 27 procent uit donkere materie. Het overige deel, een overweldigende
68 procent, is donkere energie. |
|
|
|
We snappen er, kortom, niks
van. Tot nu dan. Beide problemen hebben immers ook te maken met
zwaartekracht. Donkere materie veroorzaakt ‘extra’ zwaartekracht, en donkere
energie is een soort antizwaartekracht die het heelal uit elkaar
duwt. Je kunt dus al aanvoelen dat Verlindes emergente
zwaartekrachttheorie weleens een uitkomst zou kunnen bieden. Dat blijkt ook
het geval. Verlindes beschrijving van de kosmos in termen van informatie
zorgt voor een logische verklaring voor deze twee grootheden. Dat gebeurt
dankzij een update van het holografisch principe van zijn leermeester Gerard
’t Hooft. |
|
|
Robbert Dijkgraaf is komende maand gasthoofdredacteur van New Scientist
en ‘Verlinde’s grootste fan’. Bestel dit nummer,
inclusief groot interview met Verlinde, nu in onze webshop. |
|
|
|
4. Verlinde vertaalt het
holografisch principe naar het echte universum |
|
|
Het holografisch principe is
misschien wel het lastigste principe uit de moderne theoretische fysica.Wij
leven volgens sommige natuurkundigen in een hologram, een illusie. Volgens
hen zit alle informatie van het universum gevangen op een schil om de kosmos
heen. Die schil zit op de grootst mogelijke afstand die denkbaar is, de
denkbeeldige rand om het universum. Met andere woorden: de wereld om ons heen
is niet echt, maar is het gevolg van een bizar spel van enen en nullen op een
oppervlak dat miljarden lichtjaren van ons verwijderd is. |
|
|
Bij een hologram zit alle
informatie ook gevangen op een tweedimensionaal oppervlak, al is die
informatie wel een beetje verstrooid. Door naar dat oppervlak te kijken zie
je niets dat duidt op hoe het hologram eruit gaat zien. Maar als je weet hoe
het hologram werkt, en je schijnt er op de juiste manier met een licht op,
dan ontstaat vanzelf een prachtig driedimensionaal beeld. Net zo gaat het met
de kosmos, bedacht Gerard ’t Hooft. Later vertaalden de fysici Leonard
Susskind en (nog wat later) Juan Maldacena dat idee naar de wiskundige taal
van de snaartheorie. |
|
|
Daarbij bleef wel één probleem
over. De snaartheorie beschrijft niet de echte kosmos, maar een universum
waarmee je iets makkelijker kunt rekenen. Eentje dat niet versneld uitdijt.
Verlinde heeft het holografisch principe daarom nu vertaald naar de echte
kosmos en komt daarbij tot een nieuwe conclusie. Hij stelt dat
informatie helemaal niet uitsluitend gevangen zit op een tweedimensionale
schil. De informatie zit in het ware heelal volgens hem ook in het
driedimensionale binnenste. |
|
|
Dat idee kun je volgens
Verlinde zelfs testen. Wie het traditionele holografisch principe toepast op
de beschrijving van de kosmos vindt de wetten van Einstein terug. Ga je
echter uit van een universum waarin informatie wél deels driedimensionaal is,
dan vind je wetten die er net ietsjes anders uit zien. Voor kleine stukjes
ruimte blijkt volgens Verlinde de invloed van de informatie op de
tweedimensionale schil om dat stukje ruimte dominant. Je krijgt dan
uitkomsten die overeenkomen met die van het holografisch principe en de
wetten van Einstein. Maar wanneer je naar grotere gebieden gaat kijken, met
steeds grotere volumes, gaat de bijdrage van de informatie in het
driedimensionale binnenste een steeds belangrijkere rol spelen. Dat zorgt
voor subtiele aanpassingen op de wetten van Einstein. Die aanpassingen
blijken vervolgens zowel het bestaan van donkere materie te verklaren als van
donkere energie. |
|
|
5. Verlindes ideeën vormen een
mogelijke opstap naar de ‘theorie van alles’ |
|
|
Het belangrijkste probleem in
de huidige fysica is dat de algemene relativiteitstheorie van Einstein niet
wil samenwerken met de quantummechanica. De oorzaak is opnieuw die
vermaledijde zwaartekracht. De algemene relativiteitstheorie beschrijft de
zwaartekracht aan de hand van het gedrag van ruimte en tijd. Maar de
quantummechanica kan de zwaartekracht met geen mogelijkheid in formules
vangen. De kracht blijkt simpelweg niet te passen in de microwereld van
deeltjes die de theorie beschrijft. |
|
|
De nieuwe theorie van
Verlinde beschrijft zwaartekracht, ruimte en tijd nu als emergent, als het
spel van quantuminformatie op een dieper, nog onbegrepen kosmisch toneel. Dat
opent de deur naar een nieuwe natuurkundige beschrijving van de werkelijkheid.
Een beschrijving die zowel de relativiteitstheorie als de quantummechanica
zou kunnen vervangen. Als dat lukt, zal Verlinde dan ook de
geschiedenisboeken ingaan als de nieuwe Einstein. |
|
|
Tot slot: Benieuwd
geworden naar de publicatie van Verlinde? Hier kunt u hem downloaden.
Hou bovendien deze site vandaag scherp in de gaten. In de loop van de dag
leest u hier de eerste reacties uit de wetenschappelijke wereld. |
|
|
Altijd op de hoogte blijven van het laatste
wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief. |
|
|
Lees verder: |
|
|
‘Deze revolutie is groter dan die van relativiteit en
quantummechanica bij elkaar’ |
|
|
Vooruitblik: nieuwe theorie ontmaskert 95 procent van het
heelal |
|
|
Is de oerknal een illusie? |
|
|
‘De oerknal is onlogisch’ |
|
|
Ligo vindt mogelijk donkere materie gemaakt van zwarte gaten |
|
|
Flits van donkere materie? Of toch overleden sterren? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|