Je leest:

Nieuwe zwaartekrachttheorie is zo taai als stopverf

Nieuwe zwaartekrachttheorie is zo taai als stopverf

Recensie Elastisch universum van George van Hal

Auteur: | 25 januari 2017

Ons universum is als een bolletje elastische stopverf. Aan de hand van dit goedje probeert wetenschapsjournalist George van Hal de in november gepubliceerde zwaartekrachttheorie van natuurkundige Erik Verlinde uit te leggen. In het zeer handzame boekje ‘Elastisch universum’ maakt Van Hal de materie hapklaar. Toch blijkt ook de theorie zo taai als stopverf.

Img 20150623 172613
Erik Verlinde.
Roel van der Heijden voor NEMO Kennislink

Geen natuurkundige was de afgelopen maanden vaker in het (Nederlandse) nieuws dan Erik Verlinde. De theoretisch fysicus van de Universiteit van Amsterdam maakte in november zijn langverwachte zwaartekrachttheorie bekend, waarmee hij ingaat tegen een aantal gevestigde ideeën in de natuurkunde.

Hij stelt dat de zwaartekracht een soort effect is van de manier waarop informatie in ons universum is opgeslagen. Het vergt nogal wat voorstellingsvermogen, maar door zwaartekracht zo te verklaren kunnen er een aantal puzzelstukken op hun plaats vallen. Verlinde heeft ambitie, volgens hem hoeven we niet verder te zoeken naar donkere materie. Dit voor onze telescopen onzichtbare goedje is door natuurkundigen in het leven geroepen om afwijkende bewegingen van sterrenstelsels te verklaren. Het is echter nog nooit gevonden met speciale detectors.

De publicatie van Verlinde is vuistdik en voor een leek niet te doorgronden. Daarom schreef wetenschapsjournalist George van Hal er in razend tempo een boekje over, dat vrijwel meteen na het verschijnen van Verlindes artikel te koop was. Is dit hét naslagwerk(je) voor de taaie materie van Verlinde?

Gigantische problemen

Elastisch universum volgt een ABC-formule. In 27 hoofdstukjes – ‘zwaartekracht’ en ‘zwarte gaten’ mochten beide een hoofdstuk hebben – krijg je een mooie rondleiding door de astrofysica. Van donkere materie tot het holografisch principe, van de kosmologische constante tot verstrengelingsentropie. Heb je nu al koude voeten? Niet gevreesd, want Van Hal legt de moeilijkste termen met goed gevoel voor analogieën in simpele termen uit.

Nog voor de A van Autosleutels opent Van Hal het boek met twee monumentale problemen waar natuur- en sterrenkundigen mee worstelen. Ten eerste zijn de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein – de beste beschrijving die we van de zwaartekracht hebben – en de quantummechanica – de theorie die het gedrag van de kleinste deeltjes beschrijft – onmogelijk te verenigen in één model. Op plekken waar je beide theorieën nodig hebt, in de buurt van zwarte gaten bijvoorbeeld, gaat het mis.

Het tweede probleem is dat ook de zwaartekrachttheorie alléén op verschillende plekken in het universum stukloopt. Zo lijkt er op sommige plekken veel meer zwaartekracht te zijn dan de aanwezige materie kan verklaren (sterrenstelsels draaien doorgaans te snel rond). Op andere plekken is er een soort anti-zwaartekracht actief die ons universum steeds sneller laat uitdijen.

Andromeda galaxy %28with h alpha%29
Het Andromeda-sterrenstelsel ligt op een afstand van ongeveer 2,5 miljoen lichtjaar. Veel sterrenstelsels lijken veel te snel rond te draaien, je zou verwachten dat ze uit elkaar zouden vliegen.

Verlinde pakt deze problemen aan met zijn theorie van ‘emergente zwaartekracht’. Elastisch universum legt de benodigde denkstappen een voor een uit. Het universum is niet wat het lijkt. Zo moeten we het heelal voorstellen als een grote verzameling informatie. Het blijft misschien wat vaag, maar alles wat er zich in het universum afspeelt, is uiteindelijk te vatten in een grote hoeveelheid informatie. Nog lastiger wordt het als je je moet voorstellen dat die informatie enkel op de denkbeeldige rand van het universum ligt. Onze levens zijn eigenlijk slechts hologrammen van die informatie.

Een andere belangrijke analogie vormt stopverf, een elastisch goedje dat onder andere wordt gebruikt om gaten in de muur dicht te maken. Het universum lijkt op stopverf. Een ‘kneedbaar’ universum kennen we eigenlijk al een beetje van de algemene relativiteitstheorie, waarin massa’s de zogenoemde ruimtetijd vervormen. Voor de emergente zwaartekracht van Verlinde gaat de analogie verder: er wordt ingezoomd op de moleculaire structuur van stopverf. Massa’s in ons universum zouden vergelijkbaar zijn met moleculen in stopverf. Bij het verplaatsen van die moleculen wordt de stopverf elastischer. Op een vergelijkbare manier wordt het heelal kneedbaarder als we massa’s verplaatsen: een analogie voor de eerder genoemde missende zwaartekracht.

Ruimtetijdkromming
Een voorstelling van hoe objecten met massa de ruimtetijd vervormen.

De theorie van Verlinde biedt niet alleen een oplossing voor de missende donkere materie in ons universum, ook werkt hij veel beter samen met de quantummechanica. Hoewel emergente zwaartekracht nog in de kinderschoenen staat, heeft het de ambitie om een hele reeks aan problemen in de astrofysica op te lossen.

Ondanks dat Verlinde nog een heel vakgebied voor zijn theorie heeft te winnen, blijft het niet alleen maar theorie. Kort stipt Van Hal aan dat emergente zwaartekracht voorzichtig is getest aan de hand van metingen aan sterrenstelsels.

Wiskundig bouwwerk

Het boekje leest als een trein, en dat heeft – naast de geringe dikte – ook te maken met de schrijfvaardigheid van Van Hal. Hij schrijft vlot en gebruikt goede voorbeelden. Wat wel opvalt is de mate van herhaling. Als je het allemaal in een keer leest, dan wordt het vervelend om telkens weer dezelfde analogieën te zien. De ABC-opzet voelt soms als een ‘verplichting’, net als een ABC-tje op een bruiloft.

Verlindes theorie is een wiskundig bouwwerk van talloze formules. Je krijgt er als leek door goedgekozen voorbeelden hooguit ‘gevoel’ voor. Dat is precies wat Elastisch universum doet en lijkt het maximaal haalbare in dit formaat. Voor de wat gevorderde lezer valt het boek misschien wat tegen, omdat het niet echt dieper wil gaan. Wil je meer weten, dan word je in het inleidende hoofdstukje doorverwezen naar de vakpublicaties van Verlinde. Helaas zal dat voor velen nog veel taaier zijn dan de stopverf in de voorbeelden van Van Hal.

Meer informatie

Titel: Elastisch universum, Abc van de baanbrekende ideeën van Erik Verlinde Auteurs: George van Hal Uitgeverij: Fontaine Uitgevers Aantal pagina’s: 96 Prijs: € 7,95 Meer informatie

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 25 januari 2017

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.