Nieuwe theorie claimt Einstein’s zwaartekrachttheorie te verenigen met de kwantummechanika

Het is dé grote droom van natuurkundigen in de twintigste én eenentwintigste eeuw: om Einstein’s zwaartekrachttheorie te verenigen met de kwantummechanika, om de theorie van het allergrootste te combineren met de theorie van het allerkleinste. Alle pogingen daartoe (onder andere met de Theory of Everything, TOE) zijn tot nu toe mislukt, maar een recent gelanceerde theorie van natuurkundigen van UCL (University College London) claimt om die vereniging wel tot stand te brengen. Tot nu toe was de gedachte altijd dat die vereniging – formeel de ‘unificatie’ zoals ze het noemen – moest beginnen met de kwantificatie van Einstein’s ruimtetijd, dat de ruimte en tijd werden opgedeeld in kleine kwanta of partjes. Die kwantificatie vinden we onder andere terug in de snaartheorie en de loop kwantum gravitatie (LQG), twee theorieën voor zo’n verenigde alles omvattende theorie.

Meer nu is er een nieuwe theorie, bedacht door Jonathan Oppenheim (UCL Physics & Astronomy – met zo’n achternaam sta je al direct op een 1-0 voorsprong). Die doet precies het omgekeerde: niet de ruimtetijd kwantificeren, nee die moet je juist als ‘klassiek’ benaderen, á la Newton. Oppenheim komt in zijn ‘postquantum theory of classical gravity’ aan met een wijziging van de kwantumtheorie, een ‘modified quantum theory’ dus. Deze theorie komt met een intrinsieke ineenstorting van de voorspelbaarheid die wordt voortgebracht door de ruimtetijd zelf. Dit resulteert in willekeurige en extreme fluctuaties in de ruimtetijd die groter zijn dan volgens de kwantumtheorie worden voorspeld, waardoor de schijnbare massa van objecten onvoorspelbaar wordt als ze nauwkeurig genoeg worden gemeten. Het is een theorie die nog meetbaar lijkt te zijn ook, zo wordt betoogd in een tweede vakartikel (zie achteraan). Oppenheim en zijn team stellen een experiment voor om de massa van een object zeer nauwkeurig te meten en te kijken of het met de tijd varieert, hetgeen de theorie zou kunnen staven. Bij het International Bureau of Weights and Measures in Parijs wordt bijvoorbeeld héél nauwkeurig de officiële kilogram gemeten. Metingen daaraan zouden kunnen uitwijzen of Oppenheim’s theorie klopt of onjuist is.

Puur wiskundig lijken Einstein’s zwaartekrachttheorie en de kwantum-mechanika niet te verenigen te zijn, maar met de nieuwe theorie lijkt er toch een opening te zijn, eentje die ook nog eens verifieerbaar is. De theorie lijkt twee dingen aan beide zijden met experimenten te kunnen meten, de omvang van de ruimtetijdfluctuaties aan de ene kant en hoe lang objecten zoals atomen (of katten van mijn part) in kwantumsuperpositie van twee verschillende locaties kunnen worden geplaatst aan de andere kant. Om te kijken of de ruimtetijd inderdaad klassiek is in plaats van gekwantificeerd wil men een experiment gaan opzetten om te kijken naar de zogeheten ‘gravitationally mediated entanglement’, de verstrengeling via de zwaartekracht.

Hier de twee vakartikelen over de nieuwe theorie over de vereniging van Einstein’s zwaartekracht en de kwantum-mechanika:

• A postquantum theory of classical gravity?, Physical Review X (2023). journals.aps.org/prx/accepted/ … 584bc2567e68f9f76c1e. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.1811.03116*
• Jonathan Oppenheim et al, Gravitationally induced decoherence vs space-time diffusion: testing the quantum nature of gravity, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-43348-2. www.nature.com/articles/s41467-023-43348-2

*Grappig dat in de Arxiv versie van het artikel nog een opmerking in de kantlijn te zien is

:

Bron: UCL.