3 december 2016

Hoe kijken collega-wetenschappers aan tegen Verlinde’s nieuwe zwaartekrachtstheorie? – deel 2

emergent

Gisteren bracht ik hier een eerste overzicht van de verschillende reacties, die vakgenoten van Erik Verlinde de afgelopen dagen hebben gegeven op zijn dinsdag gepubliceerde artikel over de emergente zwaartekracht. Tijdens het schrijven van die blog en kort erna verschenen er nieuwe reacties her en der in de fysische blogosfeer, maar ik had geen tijd om daar uitgebreid aandacht aan te besteden. Vandaar nu een tweede blog, waarin die reacties terug te vinden zijn. Het lijkt mij wel goed om alvorens op die reacties in te gaan in het kort te vertellen wat precies het verhaal van Verlinde over de zwaartekracht is, een theorie die best wel ingewikkeld is en die lastig uit te leggen valt (zoals ook bleek uit het acht-uur journaal dinsdag, die het gewoon totaal NIET wisten uit te leggen.  ). Met dank aan de Quantum Universe voor de info hieronder.

Verlinde’s theorie van de emergente zwaartekracht in een notendop.

Startpunt voor Verlinde’s theorie is de thermodynamica van zwarte gaten. Voortbordurend op het werk van Stephen Hawking en Jacob Bekenstein begin jaren zeventig gaat Verlinde er van uit dat van zwarte gaten de entropie (een maat voor de wanorde of de ontaarding in een systeem) en de temperatuur berekend kunnen worden. Toen bleek al dat zwaartekracht een thermodynamisch verschijnsel is, in ieder geval bij zwarte gaten.

Qbits in de waarneemhorizon van een zwart gat

Qbits in de waarneemhorizon van een zwart gat

Omdat thermodynamica (waarvan de grondbeginselen al in de 19e eeuw werden gelegd) uitgaat van macroscopische verschijnselen rees al het vermoeden dat zwaartekracht wellicht ook macroscopisch is en dat het op de allerkleinste schaal niet bestaat, en pas op grotere schaal ‘tevoorschijn komt’ – daar komt het woord ‘emergent’ vandaan, d.w.z. iets wat tevoorschijn komt. Vervolgens wendt Verlinde zich tot de informatietheorie. Volgens hem is de ruimte op kwantumniveau opgebroken in allerlei minuscule ‘quantumbits’ (qbits), die allemaal met elkaar verstrengeld (Engels: entangled) zijn, d.w.z. dat de informatie tussen die bits gedeeld wordt, iets wat sneller kan dan het licht. In 2010 kwam de Canadese natuurkundige Mark van Raamsdonk – goh, dat klinkt best Nederlands – met de hypothese dat die verstrengelde bits de ruimte verbinden, dat ze de lijm zijn tussen stukjes ruimte, de ruimte die zich op macroscopisch niveau, ons dagelijkse niveau, als continu geheel voordoet. Tot nu toe werd er vanuit gegaan dat de kwantum informatie van de bits zich bevindt in het oppervlak van een stukje ruimte (afbeelding hieronder links), maar Verlinde’s aanvulling is dat hij het gehele volume meeneemt (rechts).

verstrengeling

Twee mogelijke patronen van verstrengeling in de Sitter ruimte (credit afbeelding: Erik Verlinde).

Door ‘thermalisatie’ van de kwantum informatie binnen dat volume, zoals hij dat noemt is er een donker elastisch medium, dat in wezen de donkere energie is, de mysterieuze energie die verantwoordelijk is voor de versnelde expansie van het heelal. Die donkere energie is overal aanwezig en kan volgens Verlinde lokaal veranderen in gewone materie. Als er materie is verschuift het donkere elastische medium en treedt zwaartekracht op als een soort van geheugeneffect. Omdat Verlinde in zijn vergelijkingen niet alleen kijkt naar de verstrengelingsentropie in het oppervlak, maar naar het gehele volume ontstaat extra materie vanaf bepaalde schaalgroottes (bijvoorbeeld sterrenstelsels en clusters van stelsels), en dat is wat wij waarnemen als donkere materie, met de daarbij behorende extra zwaartekracht. Uit zijn vergelijkingen volgt dat die ‘schijnbare’ donkere materie altijd drie keer zo veel is als de gewone, baryonische materie.

OK, tot zover de theorie van Verlinde over de emergente zwaartekracht. Gisteren verschenen blogs van de natuurkundigen Lubos Motl en Francisco Villatoro en de astrofysicus Ethan over Verlinde’s nieuwe theorie. Ik ga de reacties niet precies filteren tot wie wat zei, maar over het algemeen hebben ze alle drie de nodige kritiek op Verlinde, al brengt de één het wat stelliger dan de ander, om het maar even bescheiden te formuleren. Hier een overzicht van de kritiekpunten die naar voren zijn gebracht:


  • algemeen punt is dat Verlinde’s theorie vol zit met allerlei aannames, die door hem ‘conjectures’ worden genoemd. De vraag is wat precies de status van die aannames is. Hiermee hangt samen dat men vindt dat Verlinde’s theorie iets mist, een basis of onderliggend model. Dat sluit aan bij wat Peter Woit eerder al zei, namelijk dat hij niet snapt wat het nou precies betekent als de donkere materie vervangen wordt door “an elastic response due to the volume law contribution to the entanglement entropy in our universe“. Dat soort conjectures wil men graag onderbouwd zien.
  • in Verlinde’s theorie is de donkere materie een gevolg van de interactie tussen donkere energie en gewone baryonische materie. Donkere energie heeft dus een belangrijke status, niet alleen nu, maar altijd. Maar dat klopt niet volgens de waarnemingen, want die laten zien dat in het heelal tot zo’n zeven miljard jaar geleden de donkere energie niet dominant was. Het was pas door het groeien van het volume van het heelal, door diens expansie, dat de donkere energie met z’n afstotende werking sterker werd dan de zwaartekracht van de (donkere) materie. Ook kan Verlinde de expansie van het heelal en de korte, maar intense fase van inflatie kort na de oerknal niet verklaren.
  • de holografische principes die Verlinde hanteert bij zijn berekeningen van de verstrengelingsentropie werken uitstekend in een zogeheten anti de Sitter heelal, een heelal dat een negatieve kosmologische constante heeft en dat geen energie-inhoud heeft. Ons heelal is echter een de Sitter heelal met een positieve kosmologische constante én met een energie-inhoud.
  • de zwaartekracht openbaart zich in Verlinde’s theorie als een constante versnelling. Waarnemingen aan bijvoorbeeld de Bullet cluster van sterrenstelsels, waar zich een enorme botsing tussen twee clusters voordoet, laten echter zien dat daar geen constante versnelling plaatsvond (zie de afbeelding hieronder van enkele van die clusters. Overal is een duidelijk onderscheid zichtbaar tussen de baryonische (roze) en donkere materie (blauw). Verlinde heeft overigens laten weten later te zullen komen met een oplossing voor het fenomeen Bullet cluster.dark
  • zoals gezegd denkt Verlinde dat de schijnbare donkere materie altijd drie keer zo veel aanwezig is als baryonische materie. Men vraagt zich af waar hij dat op baseert, want hij kan die verhouding niet beargumenteren.

Los van bovenstaande kritiek waardeert men ook wel de pogingen die Verlinde doet om vanuit de entropie en temperatuur van fundamentele qbits zowel zwaartekracht als ruimtetijd zelf te laten verschijnen. Siegel noemt dat een ‘Herculean effort’, die Verlinde hier onderneemt. Francis Villatoro zegt dat de € 4,5 miljoen die Verlinde afgelopen jaren voor zijn onderzoek ontvangen heeft zonder twijfel de moeite waard zijn geweest en dat Verlinde ons dwingt dingen op een andere manier te bekijken. Bronnen: Francis Naukas + The Reference Frame + Starts with a Bang.

Reacties

  1. Tsja, ik viel er al eerder over.

    Die “elastic response” moet een kracht zijn, en hoe dié ontstaat, wordt veroorzaakt, of door welk krachtdragend deeltje wordt overgebracht, haal ik er niet uit.
    In plaats van Dark Matter, zitten we nu met “Dark Elasticity”.

    Jammer.

    Mies.

    • Die elastische reactie komt volgens Verlinde’s theorie omdat bij de creatie van materie er donkere energie gelokaliseerd wordt en geassiocieerd wordt met materie, hierdoor moet de overige donkere energie zich herschikken en deze duwt terug. Waarom deze precies terug duwt vraag ik me ook af, wellicht heeft dat te maken met het feit dat als donkere energie zich met materie assiocieerd er een lege ruimte ontstaat en door de afstotende werking van donkere energie geeft dit een duw effect..gok ik zo even dan.

  2. Meteen maar met de deur in huis Arie, waar komt nu het idee vandaan dat die geïoniseerde gaswolk rondom een sterrenstelsel synoniem is aan donkere materie als het gewoon Röntgen uitstraalt en vervolgens door Verlinde wordt ontkent dat dit “blauwe” verschijnsel uberhoubt bestaat? Dan koppelt hij ook nog donkere energie dat alom in het heelal aanwezig is aan lokale concentraties DM als ik het goed begrijp. Hij heeft inderdaad nog veel uit te leggen….
    P.S. heb je mijn mails nog gezien op je Gmail?

  3. Nico, waar komt jouw idee vandaan dat die blauwe gloed op de foto’s geïoniseerd gas voorstelt?
    En nee, ik zag van jou geen mails in mijn gmail account, net nog even gechekt. Vreemd.

  4. Verlinde was op tv met Diederik Jekel. Hoe moet je zoiets eigenlijk voorstellen? Jekel legt uit:

    https://youtu.be/K0ZldKVspWk

    • Monique, bedankt voor de link. interessant!

    • De auteursrechtennazi ss brigade is alweer bezig geweest:
      Deze video bevat content van Expoza, die deze wegens auteursrechtschending heeft geblokkeerd voor je land.

      In welk programma kwam dit?

      Edit: als ik via tor uit moldavie kom dan werkt het wel! 😀

      • EnceladusEnceladus zegt:

        Op grond waarvan ben jij van mening dat je het recht hebt om alles gratis te mogen zien?

        En vind je zelf ook niet dat de door jou gebezigde kwalificaties een vreselijke Godwin zijn?

        groet,
        Gert (Enceladus)

        • Waar zeg ik dat ik alles gratis mag kijken? Is dat niet wat overdreven omdat ik voor 1 youtube filmpje via tor even de geografische restrictie omzeil?

          Nee, ik vind die benoeming geen godwin alleen al om het feit dat ik open blijf staan voor discussie. En dat ik het zo noem komt omdat ik in het verleden genoeg gelezen heb hoe auteursrechtenorganisaties zoals brein, riaa of de mpaa te werk gaan en dan komt er maar 1 ding in mijn gedachten op: stelletjes nazi’s. Ik snap best waarom er auteursrechtenorganisaties zijn, maar ik ben voor een meer flexibelere open werkwijze in plaats van alles te verbieden.

          Bovendien doet monique niets kwaad, ze herdistributeer alleen een stukje video, en ja dat mag niet zomaar, dat weten we allemaal eigenlijk ook wel, maar het zou beter zijn als de belanghebbende hier geld(reclameinkomsten) van zouden krijgen van het distributieplatform in plaats van maar weer restricties op te leggen… Maar de industrie moet nog volwassen worden om te beseffen dat verbieden niet helpt, het vele downloaden toont dat nog steeds aan, maar dat ze opzoek moet gaan naar een eerlijk verdien model. Maar ondanks het vele downloaden wat gebeurd wil de industrie maar zachtjes aan evolueren met hoe het internet werkt en zodoende blijft de auteursrechtennazi ss brigade actief en zal ik ze zo blijven noemen.
          Om te illustreren wat ik bedoel, bedenk maar eens hoe lang het heeft geduurd voordat men eindelijk legaal muziek en videó materiaal op internet aan ging bieden om een alternatief tegen het illegaal downloaden te bieden. Daarvoor heeft men ook vele rechtzaken en smerige praktijken gehanteerd om het downloaden en de aanbieders aan te pakken en dan kan je wel zeggen ‘dat is de wet’ en daar heb je gelijk in, maar dat maakt het nog niet altijd eerlijk of rechtvaardig.
          Maar dit is mijn mening. 🙂

  5. Oh is het weer zover? Zo triest om een fragment ter verduidelijking van de wetenschap weer te blokkeren. Ik had de video zelfs “verborgen” zodat het niet algemeen zichtbaar is, plus 2 links naar Astroblogs over dit onderwerp.

    Mijn YouTube kanaal gebruik ik alleen om mijn interesses te delen en totaal niet voor commerciële doeleinden.
    Vanaf het begin heb ik daarom op YouTube alles uitgeschakeld wat ook maar met geld genereren te maken heeft zodat ik ook niet die vervelende reclames bij mijn filmpjes krijg.
    Soms is dat niet tegen te houden als er b.v 21 seconden (jawel) een intromuziek gebruikt is (zucht)
    Toen iemand mijn YouTube video had gekopieerd (of ook wel fragmenten uit mijn video’s) dan kan ik een klacht indienen, maar dan zijn ze bij YouTube niet thuis.
    Ik heb een paar jaar geleden nog eens met een freelance cameraman van SBS daar over gemaild omdat hij een stuk uit mijn video van de lancering van André Kuipers had “overgenomen”. Daar heb ik verder ook niet moeilijk over gedaan, maar vroeg mij wel af waarom hij dat gedaan had. Zijn eigen opnames waren uniek omdat ik die beelden nergens op YouTube eerder gezien had (het had te maken met mijn muziekkeuze bij die fragmenten)

    YouTube zou beter moeten beoordelen waarvoor de geplaatste filmpjes bedoeld zijn. Je kunt nu kiezen uit: openbaar, verborgen en privé. Misschien zouden ze nog een vierde erbij moeten verzinnen waarin dit soort fragmenten wel mogelijk zijn.

    Vraag over het helaas geblokkeerde filmpje:

    De ontsnappingssnelheid voor de aarde is 11,2 km/s. Dat is wel even wat sneller dan hier de brug over
    Serieus:
    Nou vraag ik me af of door die nieuwe theorie van Verlinde de ontsnapping aan de Melkweg ook anders is (voor toekomstige ruimteschepen)
    Als de zwaartekracht op plekken in het universum nou “dobberdobberdobber” is (balletje/waterbak) i.p.v. plok(op tafel), wat zou dat dan betekenen voor toekomstige ruimtereizen?
    (meer antimaterie/brandstof?)

    Ontsnappingssnelheid voor de Melkweg is 537km/s (niet te filmen!)
    Zo fascinerend die snelheden!
    (Voor de leuk) Hoe snel is een gedachte?
    Ik las dat de mens drie gedachten per seconde heeft (kan sneller)
    De snelheidsgrenzen van verwerking en reactie, ‘denken’ zou je kunnen zeggen, liggen bij een ritme van 100 à 300 milliseconden.
    Hoeveel gedachten kunnen er door je heen gaan tijdens zo’n ontsnappingssnelheid

    @Rudie, dat fragment kwam uit DWDD van gisteren. Het zal wel ergens op hun site te zien zijn, maar ik ga geen moeite doen om daar een link van hier te plaatsen.
    Ik vind DWDD ineens een stuk minder interessant omdat ik geen (wetenschappelijke) highlights kan gebruiken. Misschien kunnen zij die fragmenten auteursrechten vrij maken? Over het wel en wee van Halina Reijn of andere “interessante” gasten hoeven ze zich geen zorgen te maken. Die hoef ik niet te delenGiving Monique Thumbs Up Winking

    Update:
    Het is geblokkeerd door het gedeelte waarin Diederik Jekel uitlegt, pff
    (Niet bij Verlinde)
    Details
    CONTENT EISER BELEID
    Audiovisuele content
    3:17 – 9:23 overeenkomst afspelen
    Expoza
    Geblokkeerd in sommige landen (Nederland dus)

    • Ah monique, je bent zelf dus ook al eens tegen het kromme beleid van youtube aangelopen, bij auteursrechtenorganisaties halen ze video’s zo offline, maar als je als de normale man/vrouw gaat klagen dan geven ze geen thuis. Ik wilde dit eigenlijk ook nog melden, want het is een bekend probleem van youtube waar veel mensen last van hebben (gehad).

      Dan nog antwoord op je vraag: volgens mij verandert er niets aan de ontsnappingssnelheid van onze melkweg, want de zwaartekracht blijft gewoon hetzelfde. Of de extra zwaartekracht nou van donkere materie deeltjes komt of als effect in verlinde’s theorie uit de herschikking van donkere energie maakt verder niets uit, de aanwezige zwaartekracht effect blijft hetzelfde.

      En hoeveel gedachten kunnen er door je heen gaan tijdens zo’n ontsnappingssnelheid? Nou gewoon als normaal, want door de relativiteit gaat de tijd voor jouw gewoon normaal, ondanks je hoge ontsnappingssnelheid. Of bedoel je dit niet?

      Toen ik via de browser uit moldavie kwam zag ik inderdaad dat het DWDD was. Ik vroeg er eigenlijk naar omdat ik het stukje anders op uitzendinggemist/rtlxl/kijk terug wou kijken, maar door mijn moldavische toegang tot het internet hoefde dat eigenlijk niet meer, ik heb het nu al gekeken. 🙂
      En zo zie je Gert, ik had wel goede bedoelingen, maar door de barriere opgeworpen door auteursrechtenorganisaties ben ik eigenlijk bij illegale toegang uitgekomen. En dat kwam eigenlijk omdat ik een geografische restrictie wat vreemd vond en uit nieuwsgierigheid probeerde of het uit een ander land wel bekeken kon worden. Het zou de auteursrechtenorganisaties die om restricties vragen overigens sieren om dan een link naar orgineel legaal materiaal te laten plaatsen, want als je weet dat het niet legaal is weet je ook wel een adres waar het wel legaal is. Maarja, ze hebben nog een hoop te leren die auteursrechtenorganisaties, nu krijgen ze alleen maar mensen tegen zich..

      • Rudie, er is wel eens een video offline gehaald van mijn kanaal. Het ging om 4 leuke fragmenten uit Star Trek DS9 met Quark. Mijn hele kanaal werd geblokkeerd. Voordat dat weer goed kwam moest ik verplicht een video van YouTube bekijken (animatie) over wat wel en niet mag op YouTube. Daarna moest ik een aantal vragen beantwoorden of ik het allemaal wel begrepen had (alsof ik een kleuter was die uit de snoeppot gepikt had) Heel ongemakkelijk allemaal.

        Ah, dat van die gedachten was een grap (natuurlijk maakt dat niks uit)

        Dat andere weet ik nog niet zo zeker of dat hetzelfde blijft.
        De ontsnappingssnelheid zou dan toch ook anders zijn “verderop”?
        Je zou dat toch denken door Verlindes idee? Wellicht ondervindt men “hinder” zo stel ik mij voor.

        • Er zijn zelfs professionale youtubers hun kanaal kwijt geraakt omdat ze ergens in een video een muziekje of fragment hadden gebruikt wat niet mocht. Gewoon belachelijk om daarom een heel kanaal te blokkeren. Die mensen hebben echt een maand of twee moeten zeiken/vechten om hun kanaal weer terug te kijken waar sommige in het begin echt hun kanaal zijn kwijtgeraakt. Youtube is daar inmiddels wel iets voorzichtiger mee geworden na de vele kritiek.

          Hoe bedoel je precies ‘de ontsnappingssnelheid zou dan toch ook anders zijn ‘verderop”? De zwaartekracht die we nu niet zien maar er wel is en die we aan donkere materie toekennen is er in verlinde’s theorie ook gewoon, alleen zijn het geen deeltjes maar is het een effect voortkomend uit donkere energie.

          • Rudie, ik dacht juist dat het al zo duidelijk was Verlinde zegt dat we wel weten hoe de zwaartekracht hier op aarde allemaal werkt, maar als men verder kijkt op grotere schaal (sterrenstelsel en planeten) blijken de zwaartekrachtwetten toch anders. Hij zegt dat de wetten van Einstein en Newton daar anders blijken te werken.
            Vandaar dat ik mij afvraag hoe dat met de ontsnappingssnelheid (op verre afstand) zit van ons fictieve ruimteschip die daar met andere effecten van doen heeft.
            Die zwaartekrachtwetten zijn daar anders, dus…snap je? Verlinde zegt dat sterren daar sneller om elkaar heen gaan wat niet aansluit met de wetten van Newton en Einstein.
            Om het passend te maken (de boel belazeren?) heeft men wat meer donkere materie in het leven geroepen. Maar misschien gelden daar gewoon andere wetten (wat mij net zo logisch klinkt)

            Zolang er geen apparaat bestaat die virtueel bestaande deeltjes kan meten is het afwachten of bekijken wat het met iets anders doet (effect)

            Ik heb Verlinde op de Wikipedia opgezocht. Hij is even oud als ik (iets ouder), zelfde bouwjaar! Hij is een eeneiige tweelingbroer van Herman, maar Erik ziet er veel beter uit.
            Ik zie nergens iets staan of hij getrouwd is en kinderen heeft (dat vind ik dan weer leuk om te weten Monique Mischievous Grin )

            https://nl.wikipedia.org/wiki/Erik_Verlinde

  6. Monique, dat de zwaartekrachtswetten misschien anders werken dan einsteins vergelijkingen doet toch niets af aan de ontsnappingssnelheid? We weten al hoeveel zwaartekracht er is, dat deze misschien iets anders wordt veroorzaakt dan door einsteinds vergelijkingen en donkere materie doet niets af aan de waargenomen zwaartekracht en dus de onstnappingssnelheid om ons sterrenstelsel te verlaten.
    Ter verduidelijking, we meten nu zwaartekracht A in de buitenste regionen, de optelsom van de zwaartekracht van baryonische materie en donkere materie, en dat houdt in dat we ontsnappingssnelheid X nodig hebben om ons sterrenstelsel te verlaten. Verlinde’s theorie verandert hier niets aan, alleen komt zwaartekracht A iets anders tot stand, maar hij is nog steeds hetzelfde. Dat maakt ook dat Verlinde’s theorie makkelijk getest kan worden, we weten wat we waarnemen, we moeten alleen verlinde’s formules hierop loslaten. Het resultaat, de totale zwaartekracht, verandert niet, alleen hoe deze tot stand is gekomen.

    Dus op je vraag:
    Nou vraag ik me af of door die nieuwe theorie van Verlinde de ontsnapping aan de Melkweg ook anders is (voor toekomstige ruimteschepen)
    antwoord ik nee. En dat is omdat de totale zwaartekracht niet door verlinde’s theorie verandert, het wordt alleen anders verklaart.

    Dit is hoe ik het zie. 🙂

    • Als dat zo is Rudie, dan zal ik wel op het verkeerde been gezet zijn door Diederik Jekels uitleg met dat balletje.

      Jouw citaat ” (…)alleen komt zwaartekracht A iets anders tot stand, maar hij is nog steeds hetzelfde.”
      Dat dacht ik in eerste instantie ook. Doordat Verlinde zegt dat de zwaartekracht op grotere schaal anders is, heb ik dat waarschijnlijk niet goed geïnterpreteerd.
      Sterren en planeten die weer grotere sterrenstelsels vormen hebben een andere zwaartekracht die niet met de wetten van Einstein en Newton overeenkomen volgens Verlinde.
      Vandaar dat ik mij zo voorstel dat als je daar (in zo’n groot sterrenstelsel) met een raket vanaf een planeet gelanceerd wordt, er door andere zwaartekrachtwetten een andere ontsnappingssnelheid geldt t.o.v. onze zwaartekrachtwetten.
      (Misschien denk ik wat te eenvoudig)

Geef een reactie