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

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’.

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:
  

  Credit: Planck.

  Het 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:
  

  Credit: X-ray: NASA/CXC/CfA/M.Markevitch, Optical and lensing map: NASA/STScI, Magellan/U.Arizona/D.Clowe, Lensing map: ESO WFI

  Meer 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:

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 (M_D)² = M_B / 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.