Credit: CC0 Public Domain
Al tientallen jaren zijn natuurkundigen het erover eens dat de snaartheorie de ‘missing link’ is tussen Einsteins relativiteitstheorie, die de natuurwetten beschrijft die op de grootste schaal plaatsvinden, en quantummechanica, die de natuur beschrijft op de kleinste schaal. Maar een internationaal team geleid door Radboud-natuurkundigen heeft nu bewijs geleverd dat de snaartheorie niet de enige theorie hoeft te zijn die deze missing link kan vormen. De onderzoekers hebben aangetoond dat het mogelijk is om een quantumzwaartekrachttheorie te construeren die voldoet aan alle fundamentele natuurkundige wetten, zonder het gebruik van snaren. Ze beschreven hun bevindingen in een publicatie in Physical Review Letters afgelopen week.
Wanneer we de zwaartekracht aan het werk zien in ons universum, zoals de bewegingen van planeten of licht dat langs een zwart gat vliegt, lijkt alles volgens de wetten te gaan die Einstein beschreef in zijn algemene relativiteitstheorie. Aan de andere kant beschrijft de theorie van de quantummechanica de wetten die van toepassing zijn op de natuur in de kleinste schaal, die van atomen en subatomaire deeltjes.
Met deze twee theorieën kunnen we elk natuurkundig fenomeen om ons heen verklaren, maar toch spreken ze elkaar tegen. Tot op de dag van vandaag is het natuurkundigen nog niet gelukt de twee theorieën met elkaar te verenigen en zwaartekracht met één algemene theorie te verklaren op zowel de grootste als op de kleinste schaal.
Geen snaren nodig
In de jaren zeventig stelden natuurkundigen een nieuwe set van natuurkundige principes voor die dit probleem zou kunnen oplossen. Deze set is een uitbreiding van de wetten uit de relativiteitstheorie. Volgens deze zogenaamde ‘snaartheorie’ bestaat alles om ons heen niet uit puntdeeltjes, maar uit snaren: eendimensionale objecten die vibreren. Vanaf het moment dat deze theorie werd geïntroduceerd, is de snaartheorie het belangrijkste idee waarvan gedacht wordt dat het Einsteins algemene relativiteitstheorie koppelt aan de theorie van de quantumzwaartekracht.
Maar nieuw bewijs van theoretische natuurkundigen van de Radboud Universiteit laat nu zien dat de snaartheorie niet de enige manier is waarop deze koppeling gemaakt kan worden. ‘We laten zien dat het nog steeds mogelijk is om zwaartekracht te verklaren met quantummechanica zonder dat we de wetten uit de snaartheorie gebruiken’, zegt theoretisch natuurkundige Frank Saueressig. ‘We demonstreren dat het idee dat alles bestaat uit puntdeeltjes nog steeds goed past binnen quantumzwaartekracht, zonder daarbij snaren te gebruiken. Dit idee van deeltjesfysica is bovendien ook al experimenteel aangetoond, bijvoorbeeld met de CERN-deeltjesversneller.’
Gezien in experimenten
‘Deze alternatieve theorie is aantrekkelijk voor wetenschappers om te gebruiken omdat het enorm ingewikkeld is om de snaartheorie aan praktische experimenten te koppelen. Ons idee maakt gebruik van natuurkundige principes die al experimenteel getest zijn. In andere woorden: niemand heeft ooit snaren waargenomen in experimenten, maar wetenschappers hebben zeker deeltjes gezien bij de LHC-experimenten bij CERN. Hierdoor kunnen we het gat tussen theoretische voorspellingen en experimenten gemakkelijker overbruggen.’
Maar één set van wetten
Nu de onderzoekers hebben gedemonstreerd dat ze met hun ideeën in staat zijn om oude problemen in de deeltjesfysica op te lossen, is het team op het moment aan het uitzoeken wat de nieuwe wetten impliceren op het niveau van zwarte gaten. Saueressig: ‘Er bestaat immers maar één set van natuurlijke wetten, en deze set zou gebruikt moeten kunnen worden voor allerlei soorten vragen, zoals wat er gebeurt wanneer we deeltjes laten botsen met enorm hoge energieën of wat er gebeurt als deeltjes in een zwart gat vallen. Het zou fantastisch zijn als we kunnen demonstreren dat er echt een link is tussen deze twee klaarblijkelijk losstaande vragen, waarmee we uiteindelijk de puzzel aan beide zijden kunnen oplossen.’ Bron: Radboud Universiteit.
