|
|
|
|
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.181301 |
|
|
|
Quantum en zwaartekracht
verenigd in theorie zonder snaren |
|
18-nov-20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dorine Schenk |
|
Bron: pixy |
|
De snaartheorie is al
decennialang een veelgenoemde kandidaat om quantummechanica te combineren met
Einsteins relativiteitstheorie. Maar door gebrek aan experimenteel bewijs
zijn niet alle natuurkundigen ervan overtuigd dat alles om ons heen uit
minuscule snaartjes bestaat. Natuurkundigen van onder meer de Radboud
Universiteit in Nijmegen hebben nu aangetoond dat de snaartheorie niet
de enige manier is om de twee belangrijke theorieën te verenigen. |
|
Volgens de snaartheorie, die
vijftig jaar geleden het licht zag, zijn niet puntvormige deeltjes maar
minuscule snaren de kleinste bouwstenen van alles om ons heen. Deze snaartjes
kun je zien als trillende mini-elastiekjes. Alle verschillende elementaire deeltjes
(zoals quarks en elektronen) zijn volgens deze theorie snaren die op
verschillende manieren trillen. |
|
Elegante theorie |
|
De snaartheorie werd in de
jaren tachtig en negentig populair onder fysici. Het maakt het namelijk
mogelijk om twee grootste fysische theorieën te combineren: Einsteins
algemene relativiteitstheorie en quantummechanica. Beide hebben hun kracht
herhaaldelijk bewezen. De eerste beschrijft extreem nauwkeurig hoe de
zwaartekracht werkt. De tweede voorspelt het gedrag van elementaire deeltjes
op de allerkleinste schaal. Het combineren van de twee is echter erg lastig.
De snaartheorie zou dat kunstje mogelijk kunnen klaren. |
|
Bovendien is de snaartheorie
elegant. ‘Het is wiskundig een mooie theorie die veel kan verklaren op basis
van enkele wiskundig nette formules’, zegt theoretisch
natuurkundige Frank Saueressig van de Radboud Universiteit. |
|
Sommige fysici dachten
dat de deeltjesversneller LHC van CERN, in Genève, zou aantonen dat de snaartheorie
klopt. Volgens de snaartheorie zouden er namelijk zogeheten supersymmetrische deeltjes kunnen
bestaan. Die lijken op de deeltjes die we kennen, zoals elektronen, maar zijn
veel zwaarder. De LHC zou die hypothetische deeltjes kunnen vinden. |
|
‘Maar dat is nog niet
gebeurd’, vervolgt Saueressig. ‘Er is geen bewijs gevonden voor
supersymmetrische deeltjes of extra dimensies, twee dingen die hadden kunnen
duiden op de snaartheorie.’ |
|
Daarnaast blijkt het lastig om
met de snaartheorie de wereld om ons heen te beschrijven. Als je eraan rekent
komen er deeltjes, krachten of natuurconstanten uit voort die we niet om ons
heen waarnemen. Dat betekent niet dat het onmogelijk is om onze wereld met
snaartheorie te beschrijven. Misschien is de juiste manier gewoon nog niet
gevonden. |
|
Alternatief |
|
Maar de snaartheorie is niet
de enige manier om de algemene relativiteitstheorie en de quantummechanica te
verenigen. ‘In ons artikel hebben we gekeken naar een alternatieve theorie
die bijna even lang bestaat als de snaartheorie. Dat alternatief heeft geen
supersymmetrische deeltjes nodig’, zegt Saueressig. ‘Maar het is wiskundig
absoluut niet elegant. Het vereist lastige berekeningen waar nieuwe
wiskundige technieken voor ontwikkeld moeten worden. De gebruikelijke
wiskundige trukendoos werkt niet.’ |
|
In hun artikel hebben de
fysici aangetoond dat deze alternatieve theorie in principe even goed werkt
als de snaartheorie om de algemene relativiteitstheorie en quantummechanica
te combineren. |
|
‘Dat we dit hebben kunnen
aantonen is te danken aan het jarenlang opbouwen van wiskundige technieken’,
zegt Saueressig. De doorbraak kwam tijdens de
coronacrisis. ‘In die tijd hadden we een sterke
samenwerking waarbij we elkaar ‘s avonds online spraken. Tijdens die
gesprekken viel alles samen. Het was een kwestie
van het juiste moment en de juiste mensen samen in een chatroom hebben.’ |
|
Om de alternatieve theorie te
testen, zou je kunnen kijken of het correct voorspelt wat er gebeurt bij
botsingen van deeltjes bij extreem hoge energieën. Helaas is zo’n experiment
de komende decennia niet mogelijk hier op aarde. Er zijn namelijk energieën
voor nodig die biljoenen keren hoger zijn dan wat de LHC nu voor elkaar kan
boksen. De onderzoekers zoeken daarom naar andere voorspellingen die mogelijk
eerder te testen zijn. Ook onderzoeken ze wat er volgens de theorie gebeurt
als deeltjes in een zwart gat vallen. |
|
Elegant universum |
|
Saueressig wil de snaartheorie
niet afschrijven. ‘Ik respecteer heel erg wat snaartheoretici doen en hoe ver
de theorie is ontwikkeld. Er is ook veel interessante mathematische fysica
uit voortgekomen. We stellen in ons artikel een alternatief voor en tonen
daarmee aan dat snaartheorie niet de enige manier is om de algemene
relativiteitstheorie en quantummechanica te verenigen.’ |
|
Betekent dat dat het universum
misschien niet zo elegant als de snaartheorie doet voorkomen? Saueressig: ‘Ik
zou zeggen dat het universum mogelijk op een andere manier elegant is.’ |
|
|
|
|
|