waterfiets
08-08-05, 09:17
Hier had ik tot gisteren nog nooit van gehoord:
De onverenigbaarheid van de quantummechanica en de zwaartekracht
Alsof God een steekje heeft laten vallen. Want de twee meest succesvolle natuurkundige theorieën van de afgelopen eeuw, de quantummechanica en Einsteins theorie van de zwaartekracht, kunnen niet allebei tegelijk waar zijn. En sinds Einsteins eerste poging om beide beschrijvingen van de natuur met elkaar in overeenstemming te brengen, hebben honderden natuurkundigen over de hele wereld zijn voorbeeld gevolgd. Meestal met hetzelfde, vruchteloze, resultaat.
Op het eerste gezicht is er niets mis met beide theorieën. De quantummechanica levert een voortreffelijke, hooguit wat curieuze, beschrijving van de allerkleinste bouwsteentjes in het heelal, van het merkwaardige gedrag van elektronen en andere elementaire deeltjes tot aan het principe van de laser en de werking van een transistor. En Einsteins zwaartekrachtstheorie, de Algemene Relativiteitstheorie, beschrijft tot in detail de evolutie van het heelal, het gedrag van sterrenstelsels en de invloed van zwaartekracht op ruimte en tijd.
Beide theorieën zijn grondig getest. Beide theorieën doen voorspellingen die juist zijn bevonden. Maar nadere bestudering brengt een hardnekkig vuiltje aan het licht, een vuiltje dat natuurkundigen een doorn in het oog is. Ze kunnen niet allebei tegelijk waar zijn.
Dat lijkt op het eerste gezicht niet eens zo'n probleem: de twee theorieën houden zich met zulke verschillende kanten van de natuurkunde bezig - de quantumtheorie met de allerkleinste deeltjes, en de Algemene Relativiteitstheorie met de grote structuren in het heelal - dat een conflict uitgesloten lijkt. Maar in de lege ruimte loert onraad.
In het vacuüm, de lege ruimte tussen de sterren in het heelal, ontbreekt elk spoortje materie. Volgens Einsteins zwaartekrachtstheorie heeft de lege ruimte daardoor een tamelijk simpele structuur. Van ingewikkelde krommingen in ruimte en tijd zoals bij de aanwezigheid van massieve objecten is geen sprake. De lege ruimte is een geometrisch vlakke ruimte, waar eenvoudige wetmatigheden heersen.
Maar als je inzoomt in die lege ruimte, en steeds dieper doordringt tot het domein waar de wetten van de quantummechanica heersen, dan ziet datzelfde vacuüm er heel anders uit. De lege ruimte blijkt allerminst leeg: in een voortdurend proces van creatie en vernietiging verschijnen en verdwijnen er telkens deeltjes. Deze zogeheten quantumfluctuaties in het vacuüm zorgen ervoor dat ruimte en tijd ingrijpend worden vervormd.
De lege ruimte zoals die uit de de quantummechanica naar voren komt is daarmee een heel andere dan die welke beschreven wordt door Einsteins zwaartekrachtstheorie. Pogingen om beide beelden met elkaar in overeenstemming te brengen hebben tot nu toe jammerlijk gefaald. En dat zit natuurkundigen niet lekker. De andere drie fundamentele natuurkrachten - het elektromagnetisme, en de sterke en de zwakke kernkracht - zijn namelijk wel met de quantummechanica in overeenstemming te brengen. En in het streven naar een alomvattende theorie kan het niet zo zijn dat de zwaartekracht buiten de boot valt.
Halverwege de jaren tachtig kwam een oplossing in zicht voor het conflict tussen de quantummechanica en de zwaartekracht: de snaartheorie.
VERVOLG:
http://noorderlicht.vpro.nl/dossiers/5612977/hoofdstuk/5612978/
The Elegant Universe
Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory
(artikel in de New York Times:)
http://www.nytimes.com/books/first/g/greene-universe.html?
De onverenigbaarheid van de quantummechanica en de zwaartekracht
Alsof God een steekje heeft laten vallen. Want de twee meest succesvolle natuurkundige theorieën van de afgelopen eeuw, de quantummechanica en Einsteins theorie van de zwaartekracht, kunnen niet allebei tegelijk waar zijn. En sinds Einsteins eerste poging om beide beschrijvingen van de natuur met elkaar in overeenstemming te brengen, hebben honderden natuurkundigen over de hele wereld zijn voorbeeld gevolgd. Meestal met hetzelfde, vruchteloze, resultaat.
Op het eerste gezicht is er niets mis met beide theorieën. De quantummechanica levert een voortreffelijke, hooguit wat curieuze, beschrijving van de allerkleinste bouwsteentjes in het heelal, van het merkwaardige gedrag van elektronen en andere elementaire deeltjes tot aan het principe van de laser en de werking van een transistor. En Einsteins zwaartekrachtstheorie, de Algemene Relativiteitstheorie, beschrijft tot in detail de evolutie van het heelal, het gedrag van sterrenstelsels en de invloed van zwaartekracht op ruimte en tijd.
Beide theorieën zijn grondig getest. Beide theorieën doen voorspellingen die juist zijn bevonden. Maar nadere bestudering brengt een hardnekkig vuiltje aan het licht, een vuiltje dat natuurkundigen een doorn in het oog is. Ze kunnen niet allebei tegelijk waar zijn.
Dat lijkt op het eerste gezicht niet eens zo'n probleem: de twee theorieën houden zich met zulke verschillende kanten van de natuurkunde bezig - de quantumtheorie met de allerkleinste deeltjes, en de Algemene Relativiteitstheorie met de grote structuren in het heelal - dat een conflict uitgesloten lijkt. Maar in de lege ruimte loert onraad.
In het vacuüm, de lege ruimte tussen de sterren in het heelal, ontbreekt elk spoortje materie. Volgens Einsteins zwaartekrachtstheorie heeft de lege ruimte daardoor een tamelijk simpele structuur. Van ingewikkelde krommingen in ruimte en tijd zoals bij de aanwezigheid van massieve objecten is geen sprake. De lege ruimte is een geometrisch vlakke ruimte, waar eenvoudige wetmatigheden heersen.
Maar als je inzoomt in die lege ruimte, en steeds dieper doordringt tot het domein waar de wetten van de quantummechanica heersen, dan ziet datzelfde vacuüm er heel anders uit. De lege ruimte blijkt allerminst leeg: in een voortdurend proces van creatie en vernietiging verschijnen en verdwijnen er telkens deeltjes. Deze zogeheten quantumfluctuaties in het vacuüm zorgen ervoor dat ruimte en tijd ingrijpend worden vervormd.
De lege ruimte zoals die uit de de quantummechanica naar voren komt is daarmee een heel andere dan die welke beschreven wordt door Einsteins zwaartekrachtstheorie. Pogingen om beide beelden met elkaar in overeenstemming te brengen hebben tot nu toe jammerlijk gefaald. En dat zit natuurkundigen niet lekker. De andere drie fundamentele natuurkrachten - het elektromagnetisme, en de sterke en de zwakke kernkracht - zijn namelijk wel met de quantummechanica in overeenstemming te brengen. En in het streven naar een alomvattende theorie kan het niet zo zijn dat de zwaartekracht buiten de boot valt.
Halverwege de jaren tachtig kwam een oplossing in zicht voor het conflict tussen de quantummechanica en de zwaartekracht: de snaartheorie.
VERVOLG:
http://noorderlicht.vpro.nl/dossiers/5612977/hoofdstuk/5612978/
The Elegant Universe
Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory
(artikel in de New York Times:)
http://www.nytimes.com/books/first/g/greene-universe.html?