10 december 2016

Hoe kijken collega-wetenschappers aan tegen Verlinde’s nieuwe zwaartekrachtstheorie?

hdf

Afgelopen dinsdagnacht om 02.00 uur Nederlandse tijd publiceerde Erik Verlinde z’n nieuwe theorie van de zwaartekracht op de ArXiv, de theorie die uitgaat van zwaartekracht als een ‘entropische en emergente kracht’ en die mogelijk een alternatief biedt voor het bestaan van donkere materie én energie. De dag van verschijnen van Verlinde’s vijftig pagina’s tellende artikel – hier te lezen – werd zijn theorie in binnen- en buitenlandse media uitgebreid beschreven én bejubeld en in de Nederlandse pers werden met de regelmaat van de klok vergelijkingen gemaakt met Newton en Einstein, het Parool kopte hem zelfs als ‘de nieuwe Einstein’.

Credits afbeelding: het Parool

Credits afbeelding: het Parool

Interessant is de vraag hoe collega-wetenschappers, natuurkundigen en sterrenkundigen, aankijken tegen Verlinde’s ideeën en of ze deze ondersteunen. Via de newsfeeds van de talloze blogs van wetenschappers die ik volg blijf ik dagelijks op de hoogte waarover ze schrijven, maar heel veel wordt er over de nieuwe theorie nog niet geschreven. De paar blogs die ik erover tegenkwam waren over het algemeen gematigd enthousiast tot sceptisch. Een paar meningen eruit geplukt:

  • de welbekende natuurkundige en publicist Sean Carroll gaat in een vandaag verschenen videoblog (zie bron Preposterous Universe) in op twee recent verschenen artikelen, waarvan eentje die van Verlinde is. Carroll is sceptisch over Verlinde’s theorie, al noemt hij het idee van die entropische zwaartekracht plausibel en zegt hij daar zelf ook mee bezig te zijn. Eén van de claims van Verlinde is dat de afwijkende bewegingen van sterren in ons eigen Melkwegstelsel en in andere melkwegstelsels – weergegeven in de zogeheten vlakke rotatiecurves – naadloos uit zijn berekeningen volgen. Caroll zegt dat dat op zich heel goed mogelijk is en dat de entropische zwaartekracht hierin beter is dan de MOND theorie, die ook een alternatief wil zijn voor Newton’s zwaartekrachtswet. Maar het probleem zit ‘m erin dat er meer argumenten zijn waarom donkere materie bestaat en hij betwijfelt of Verlinde’s theorie die andere argumenten ook kan verklaren. Eén van die andere argumenten is te zien in deze grafiek:planck_cmbHet is het zogeheten ‘power spectrum’ van de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engelse afkorting: CMB), de straling die dateert van 380.000 jaar na de oerknal. In dat spectrum zie je allerlei hoge en lage pieken, die te maken hebben met akoestische oscillaties, die voorkwamen in het heelal ten tijde van het ontstaan van de CMB, het moment van het ‘laatste oppervlak van de verstrooiing’. Waar het om draait is de derde piek in de grafiek, de tweede na de hele grote piek. De hoogte van die derde piek hangt nauw samen met het bestaan van donkere materie, zónder donkere materie valt die derde piek niet te verklaren. Carroll betwijfelt of Verlinde’s theorie in staat is die derde piek vanuit de entropische zwaartekracht te verklaren.
  • de sterrenkundige Brian Koberlein zegt in een drie dagen geleden verschenen blog dat de entropische zwaartekracht een interessant idee is en dat het ook kan verklaren waarom de zwaartekracht lastig te combineren is met de kwantum mechanica. Hij noemt het ook zeker de moeite waard om het verder te onderzoeken. Hij is echter net als Carroll sceptisch en dat heeft bijvoorbeeld te maken met het feit dat theorieën zoals die van Verlinde en MOND wel de kleinschalige rotatiecurves van sterrenstelsels kunnen verklaren, maar niet de grootschalige bewegingen in bijvoorbeeld clusters en superclusters van sterrenstelsels. Neem bijvoorbeeld de Bulletcluster:bulletclusterMeer dan tien jaar geleden werd in dit vakartikel al aangetoond dat hetgeen in de Bullet cluster aan de hand is een kans van slechts één op 10^15 heeft dat er géén donkere materie aanwezig is. De scheiding die hier heeft plaatsgevonden tussen gewone materie (in ’t midden, de roze kleur) en donkere materie (aan de buitenkanten, blauw) is alleen met donkere materie te verklaren, tenminste dat dachten we tot voor kort. Vraag is of Verlinde’s theorie de Bullet cluster kan verklaren.
  • Natuurkundige Peter Woit van de blog Not Even Wrong gaat heel kort in op Verlinde’s theorie. Hij zegt niet te begrijpen hoe de theorie van Verlinde precies in elkaar steekt en hij mist de onderliggende fysieke verklaring van de entropische zwaartekracht. Wat betekent het precies als de donkere materie vervangen wordt door “an elastic response due to the volume law contribution to the entanglement entropy in our universe“, zo vraagt Woit zich af, een stukje van Verlinde’s artikel citerend.
  • Het is weliswaar geen natuurkundige of sterrenkundige, maar op XKCD, de website die dagelijks cartoons plaatst, kwam vandaag deze cartoon tevoorschijn – een verwijzing naar Verlinde’s theorie:astrophysics

Samenvattend kunnen we dus zeggen dat men op dit moment nog sceptisch is en dat de grote vraag is of Verlinde’s theorie in staat is om ook de andere waarnemingen, waarin de aanwezigheid van donkere materie een vereiste lijkt te zijn, zoals de derde piek in het power spectrum van de CMB en de waargenomen verschijnselen in de Bullet Cluster, te verklaren…’to fit the data’. The proof is in eating the pudding. We wachten het geduldig af. [Update 12 november 9.15 uur] Ik kwam deze video nog tegen, waarin wetenschapsjournalist Diederik Jekel ingaat op Verlinde’s nieuwe zwaartekrachtstheorie.

In die video komt ook collega-sterrenkundige Margot Brouwer aan het woord, die zeer binnenkort met een artikel komt, waarin de theorie van Verlinde getoetst wordt aan de waarnemingen van rotatiecurves van sterrenstelsels. Het draait daarbij met name om deze formule voor de zogeheten effectieve massa:

2pi/h (MD)2 = MB / 3  A / (4Gh).

Zie dit artikel voor meer uitleg over die formule. Ik begreep dat Brouwer’s artikel volgende week al verschijnt! [Update 12 november 10.00 uur] Een zojuist verschenen blog van natuurkundige Lubos Motl (The Reference Frame) kraakt Verlinde’s theorie compleet af. Ik moet de blog nog even tot mij nemen, later meer.
[Update 12 november 13.45 uur] Inmiddels heeft ook de Spaanse natuurkundige Francis Naukas een blog geschreven over Verlinde’s theorie, hier te vinden. Hij vindt de 4,5 miljoen die Verlinde gebruikt heeft voor zijn onderzoek de afgelopen zes jaar meer dan de moeite waard, maar hij heeft ook wel kritiek op de theorie. Ik zal later terugkomen op de kritiek van zowel Motl als Naukas.

Bron: Preposterous Universe + Koberlein + XKCD.

Reacties

  1. De commentaren van Caroll, en Koberlein zijn voor mij erg ingewikkeld, en ik kan er dan ook als leek, geen zinnig woord over zeggen.

    Maar in de paper van Verlinden zitten nogal wat namen onder het kopje acknowledgements:
    “I have benefitted from discussions on different aspects of this work…..with Leonard Susskind, Juan Maldacena, Neil Turok. En vele anderen.

    Ik weet natuurlijk niet precies wat dit inhoud, maar zouden ze het ( mogelijke problemen met de theorie) er nooit over gehad hebben?

    Mies.

    • Ja klopt, Verlinde heeft over zijn artikel met heel wat collega-wetenschappers afgestemd en dat is maar goed ook. Maar zoals hij zegt gaat het over delen van zijn werk, al die mensen hebben hun specialismen. Zo is Susskind iemand die goed thuis is in het holografische principe, dat ooit bedacht is door Gerard ’t Hooft en waar nu zowel Susskind als Verlinde verder aan werken. Maldacena is weer goed in de theorieën rondom entanglement, het verstrengeld zijn van deeltjes op afstand. Het is overigens zo dat het artikel van Verlinde nog niet ‘peer-reviewed’ is door collega-wetenschappers voor publicatie in een vaktijdschrift, dat moet nog gebeuren. Het kan zijn dat zo’n review nog wat aanpassingen oplevert. Ik heb overigens nog een video aan de blog toegevoegd met een interview dat Diederik Jekel voor Kennis van Nu had met Verlinde.

  2. Merkwaardig bij die reeks acknowledgements is misschien wel dat die niet wordt gevolgd door de min of meer geijkte toevoeging dat de auteur de enige verantwoordelijke is voor het gepostuleerde en/of dat fouten etc. enkel en alleen aan hem zijn toe te schrijven. Kortom, het is niet omdat je de halve wereld bedankt dat die halve wereld het in alles met je eens is of dat je theorie juist(er) is. Al is het altijd beter dat je ten minste iemand kunt bedanken, tenzij je net die witte raaf bent die vroeg of laat als genie zal worden erkend. Wat het wordt voor Verlinde moeten we afwachten, maar het is alleszins wat men in het schaken “een kansrijke zet” noemt: je wint er niet noodzakelijk mee, maar het zou best wel eens interessant spel kunnen opleveren.

  3. HC, mooi geformuleerd! We wachten het zeker af. Ik heb overigens zojuist aan de blog nog een link toegevoegd naar een natuurkundige, de Spanjaard Francis Naukas, die een opvatting over Verlinde’s theorie heeft.

  4. Dank je, Arie. Naukas is me te Spaans (= begrijp ik te weinig van, verder niets tegen Spaans), maar Motl (Engels) is leesbaar. Dat blijkt echter een heuse klimaatnegationist te zijn en hij gaat soms nogal Trumpiaans te keer tegen reageerders die het niet met hem eens zijn. Als zijn opvatting over ‘emergent gravity’ even gefundeerd is als zijn ideeën over ‘climate change’, ziet het er nog heel goed uit voor Verlinde, denk ik dan.

  5. Interessant! Het testen van de nieuwe formule is een mooie uitdaging voor de astronomie denk ik. Om de heer Verlinde in één adem met Einstein en Newton te noemen, nadat hij donkere materie een ander naampje heeft gegeven, is wellicht een tikkeltje overdreven. 😀

  6. ik kan ook geen spaans ipv ik ken ook geen spaans.

  7. @ DS: Het is ook “Ik …” en “Spaans”, en zelfs “i.p.v.”.
    @ Monique: Ik denk dat DS bedoelde dat “Ik kan” (wat Arie schreef) fout is en “Ik ken” correct. Jouw uitleg klopt, maar ik heb het gevoel dat je DS anders interpreteerde.

  8. En dan nog even mijn reactie (op Arie 2:48 pm), want ik merk dat jullie intussen al verder zijn.

    Aha, dat verklaart een en ander. Ik heb het dan pas gezien nadat jij “ken” in “kan” had veranderd, en dan heb ik DS’ opmerking gelezen als “Je schrijft foutief ‘kan’ i.p.v. correct ‘ken’ “, wat me de logische interpretatie leek omdat het omgekeerde fout is. Kortom, ik zat ter zake op het verkeerde been en Monique heeft het wel juist geïnterpreteerd. Erger, DS zat er gewoon zelf naast met z’n “verbetering”.

    Ten overvloede: het is, zoals Monique al aangaf, “Ik ken Spaans”. “Ik kan Spaans” komt wel voor maar is geen standaardtaal, al zou ik daar persoonlijk niet meteen over willen vallen. En al zeker niet op een niet-taalblog (waar wel eens een foutje voorkomt, maar toch veel minder dan op andere blogs). Bovendien gaat het dan meestal over zaken die niet simpelweg wit dan wel zwart zijn, maar iets daar ergens tussenin, en de schakeringen van grijs zijn nu eenmaal talrijk. De pietjes-precies hebben nogal eens een benepen en simplistisch beeld van taal. Dat is jammer, en ook een beetje wraakroepend, want taal is veel te rijk en veel te boeiend om te worden gereduceerd tot een stelletje absolute dit-is-goed-en-dat-is-foutregeltjes. There’s always more than meets the eye!

    PS: Ja, uitweiden/uitwijden, dat is ook een goeie (of: een bekend lastig geval). Aangezien de betekenis ‘wijder maken/worden’ niet zo vaak voorkomt, zit je meestal goed met ‘uitweiden’ (uitvoerig bespreken). Dat woord is trouwens afgeleid van ‘weide’: een weide afgrazen, buiten de weide grazen, afdwalen.

  9. Tjerk Eijgelaar zegt:

    Als je op zoek bent naar iets wat sneller reist dan het licht en het bevat ook nog informatie, kijk dan eens onbevooroordeeld naar de werking van Intuïtie.

    • Mmmm, interessante gedachte. Jij denkt dat er een verband is tussen intuïtie en verstrengeling?

    • Intuitie is misschien eerder een feedback-loop uit de toekomst terug naar het heden. Quantummechanisch misschien niet eens zo gek gezien ik vaker voorbij heb zien komen dat de toekomst op de een of andere manier het heden zou kunnen beinvloeden, een temporal loop of causal loop. Bovendien hoef je je dan niet bezig te houden met sneller dan licht perikelen. 🙂 En als de kleinste schaal van de ruimte, de zogenaamde ruimtecellen in Verlinde’s theorie, geen meetkundige eigenschappen heeft, zoals Verlinde stelt, dan heeft het ook geen tijd en zou een feedback-loop uit de toekomst naar het heden best mogelijk kunnen zijn omdat verleden-heden-toekomst niet bestaan in de quantumwereld.
      😀

  10. Tjerk Eijgelaar zegt:

    Op een andere manier kijken geeft misschien wel nieuwe inzichten. Ons causaliteits-denken dwingt steeds meer in een richting. Van oorzaak naar gevolg is maar een deel van de werkelijkheid; van gevolg naar oorzaak hoort daar ook bij.
    Wanneer beide een geheel vormen ontstaat er een grotere neutraliteit en kun je meer waarnemen dan je daar voor kon.

Geef een reactie