29 maart 2024

Brengt de theorie van gecondenseerde materie ons de sleutel tot kwantum zwaartekracht?

Credit: NASA

Al tachtig jaar proberen natuurkundigen de twee grote theorieën van de twintigste eeuw, de relativiteitstheorie van het grote en de kwantum-mechanica van het kleine te verenigen, tot nu toe zonder succes. En eigenlijk is dat ook niet zo verbazingwekkend. Want Einstein’s relativiteitstheorie beschrijft de ruimtetijd van het grote, die zoals we weten erg ‘glad en vlak’ is, hij is alleen gebogen in de buurt van zeer zware objecten, en die ook zeer voorspelbaar en meetbaar is, de kwantum-mechanica daarentegen beschrijft een wereld van het kleine, die zeer grillig is, die schuimt, die borrelt, die onvoorspelbaar is. Hoe kun je nou iets combineren dat zowel exact en voorspelbaar als fluctuerend en onvoorspelbaar is? Hoe kan je zo tot kwantum zwaartekracht komen, de theorie die beiden verenigt?

Een model van gecondenseerde materie. Credit: Perimeter Instituut.

De natuurkundige Sung-Sik Lee van het Canadese Perimeter Instituut denkt een idee te hebben hoe het kunstje kan worden geflikt. Hij denkt dat het een kwestie van schaal is: het hangt er allemaal van af vanaf welke schaal je naar de dingen kijkt. Neem bijvoorbeeld thee die je morst over een tafel. Je kan er oppervlakkig naar kijken en dan komt de hydrodynamica van vloeistoffen naar voren om de over tafel gaande thee te beschrijven, maar je kan er ook op atomair niveau naar kijken als waterstofmoleculen en dan komt de kwantum-mechanica naar voren. Eén en hetzelfde ding, die je op verschillende schalen kunt bekijken. Gebruik dus een instrument dat afhankelijk van de schaal naar een ding kan kijken. En laat nou zo’n instrument bestaan! Hier komt de theorie naar voren van de gecondenseerde materie, materie die voorkomt in gecondenseerde aggregatietoestanden, zoals het Bose-Einsteincondensaat en vloeibaar kristal. Theoretici die zich bezig houden met gecondenseerde materie hebben tools of instrumenten, die bij elkaar de Renormalisatie Groep (RG) heten en waarmee men naar onafhankelijk van de schaal naar dingen kan kijken. Lee denkt dat met toepassing van RG gekeken kan worden naar de relativiteitstheorie en de kwantum-mechanica, die beiden op een verschillende schaal opereren, maar eigenlijk de twee kanten van één en dezelfde munt zijn. Lee hoopt dat hij met RG bewijs kan leveren voor de zogenaamde AdS/CFT correspondentie, ook wel genoemd de Maldacena Dualiteit, naar de bedenker ervan, Juan Maldacena. Die kwam in 1997 met de stelling dat er een verband is tussen de Anti-de Sitter (AdS) ruimte en de Conformal Field Theory (CFT).

De AdS/CFT correspondentie ingewikkeld? Welnee. Credit: Perimeter Instituut.

Anti-de Sitter ruimte is een wiskundige beschrijving van ruimte, eigenlijk van de geometrie ervan, genoemd naar onze landgenoot Willem de Sitter. AdS is eigenlijk de beschrijving van de zwaartekracht en de invloed ervan op de ruimte, dus van relativiteit. De Conformal Field Theory is een vorm van veldtheorie, die beschrijft hoe een veld – zoals een elektrisch veld – kan veranderen in de ruimte en tijd. Het ‘conformal’ in de benaming slaat op de eigenschappen van het veld, die behouden blijven, ook al veranderd de schaal. De AdS/CFT correspondentie stelt dat voor iedere CFT er een corresponderende zwaartekrachtstheorie is met één dimensie meer. Een tweedimensionale CFT hoort dus bij een driedimensionale AdS, een CFT met N dimensies correspondeert met een AdS van N+1 dimensies. Maldacena’s stelling is nooit bewezen en dat hoopt Lee met toepassing van RG wel te kunnen doen. Hij denkt dat die ene extra dimensie de lengteschaal is en dat met RG de correspondentie tussen AdS en CFT bewezen kan worden en dat daarmee de vereniging van de relativiteitstheorie en de kwantum-mechanica in een theorie van de kwantum zwaartekracht te realiseren is. Bron: Science Daily..

Share

Comments

  1. ג'וליה ט zegt

    “Sung-Sik Lee van het Canadese Perimeter Instituut”

    Hahaha, Tuurlijk braveborst Canada lost ’t wel even op…..wie anders??

Speak Your Mind

*