16 december 2017

Kan de snaartheorie eindelijk getest worden?

string theory

De snaartheorie1 geldt al tientallen jaren als potentiele “theorie van alles”, waarmee een brug kan worden geslagen tussen Einstein en kwantummechanica. Helaas is de snaartheorie ook zeer berucht, aangezien het met de huidige techniek onmogelijk getest kan worden. Het energieniveau en de kleine schaal waarop de effecten van snaartheorie meetbaar worden, zijn simpelweg te extreem. Nu hebben enkele wetenschappers een praktische test bedacht, waarmee kan worden nagegaan of de snaartheorie inderdaad van invloed is op de zwaartekrachtwetten.

Met de test wordt in voetsporen getreden van grootheden als Galileo en Newton. Galileo liet ooit verschillende ballen met een verschillend gewicht vallen vanaf de toren van Pisa. Hiermee ontdekte hij dat de verschillende ballen op hetzelfde moment de grond raakten. Veel later besefte Newton dat Moeder Natuur voortdurend hetzelfde experiment uitvoert. Immers, alle manen en planeten vallen voortdurend naar elkaar toe tijdens hun banen rondom het gemeenschappelijke zwaartepunt. Met behulp van z’n telescoop ontdekte Newton dat Jupiter en z’n vier grote manen allemaal met dezelfde acceleratie naar de zon vallen.

Dezelfde test kan gebruikt worden voor de snaartheorie, aldus een team van wetenschappers. Het zwaartekrachtveld koppelt alle vormen van massa en energie met exact dezelfde kracht, iets dat Einstein inspireerde om z’n beroemde algemene relativiteitstheorie te verzinnen. Dit effect wordt nu als absoluut gezien en staat bekend als het equivalentie principe. De snaartheorie voorspelt echter dat in sommige gevallen dit principe verbroken kan worden. Dat komt doordat de snaartheorie het bestaan van nieuwe velden voorspelt die op een verschillende manier koppelen aan objecten met een verschillende samenstelling. Met andere woorden: zelfs binnen hetzelfde zwaartekrachtveld kunnen verschillende objecten op een iets andere manier accelereren.

string theory cartoon

Allemaal leuk en aardig, maar hoe kan dit getest worden? Wel, door te kijken naar mogelijke aanwijzingen voor het verbreken van het equivalentie-principe in het zonnestelsel. Dat kan op drie manieren: afwijkingen van Kepler’s Derde Wet van planetaire beweging; het verschuiven van stabiele libratiepunten; en omlooppolarisatie, waarbij de afstand tussen twee objecten (zoals de aarde en de maan) oscilleert als gevolg van een verschil in acceleratie richting een derde object, zoals de zon.

Vooral de Saturnusmanen Tethys en Dione vormen een uitgelezen testcase. Tethys bestaat namelijk vooral uit ijs, terwijl Dione voor een flink deel uit rotsen bestaat. Beide manen hebben Trojanen, oftewel kleinere objecten die binnen een libratiepunt de baan delen van een groter object. Door de bewegingen van beide Trojanen te meten, kan vastgesteld worden of afwijkingen in de standaard zwaartekrachtwetten al dan niet plaatsvinden. Daar hoeven geen enorme apparaten of peperdure deeltjesversnellers voor gebouwd te worden, dus het is lekker goedkoop.

Bron: American Astronomical Society

Noten
  1. Snaartheorie stelt dat alle materie en energie in het universum eigenlijk is opgebouwd uit eendimensionale snaren, die onvoorstelbaar kleiner zijn dan de al even onvoorstelbaar kleine fundamentele deeltjes []

Laat wat van je horen

*