NATUURKUNDE VOOR BEGINNERS 09
Nobelprijswinnaar David Gross heeft alle vertrouwen in de snaartheorie
Doorgronden wij het universum echt? Met dit soort vragen toert Nobelprijswinnaar David Gross door de wereld.
Auteur: Karel Hageman
Illustraties: Karel Hageman / Karel Buskes
Volgens sommigen is de snaartheorie alleen maar wiskunde.
‘Dat gaat mij te snel. Ik begrijp best dat er mensen zijn, die teleurgesteld zijn, omdat de snaartheorie al decennia van alles belooft en nog weinig concreets heeft afgeleverd. Maar juist het feit, dat onze huidige standaardmodel nog geen krimp geeft in de beste versnellers, betekent dat echt nieuwe fysica veel verderop zit. Bij veel grotere energie, of op veel kleinere schaal dan deeltjes of quarks.’
En de testbaarheid dan?
‘Die is cruciaal voor echte natuurkunde. Maar ik sluit niet uit dat we, als we de snaartheorie wat beter doorgronden, wel degelijk ook voorspellingen kunnen doen over verschijnselen, die wél binnen bereik van experimenten liggen. Of die een kosmologische toets blijken te kennen.’
Kosmologie: De wetenschap of theorie van het heelal als een geordend geheel beschouwd. De opvattingen en de leer omtrent de bouw van het heelal.
Dat hoopt u, maar is daarvoor een goede reden?
‘Absoluut, en die reden zit in de theorieën zelf. De theorie van de sterke kernkracht, waarvoor David, Frank en ik de Nobelprijs kregen, heeft een heel aantal interessante parallellen met wat sommige delen van de snaartheorie doen. Niet omdat we het op dezelfde manier aanpakken, nee, omdat de structuren op elkaar blijken te lijken. Ik ben een echte platonist, ik denk dat je theorie en wiskundige verbanden niet bedenkt, maar ontdekt. Dat zijn dingen die echt bestaan in ons universum.’
Universum: Heelal
De snaartheorie is dus een ding?
‘Een intellectuele structuur, ja, niet iets wat we zomaar verzinnen. Zoals de natuur ons verschijnselen biedt, die we willen doorgronden en verklaren. Maar we weten eigenlijk helemaal niet goed wat snaartheorie is. Er zijn heel veel beschrijvingen, incompleet, extreem vreemd tot heel vertrouwd, en we weten niet of het misschien niet allemaal kanten zijn van iets groters. Alsof je tastend een olifant probeert te overzien: de een denkt dat het vier bomen zijn, de ander dat het een slang is, weer een ander denkt aan een rotswand.’
Snaartheorie: De officiële geboorte van de snaartheorie gaat terug tot 1970, toen drie theoretici op het gebied van elementaire deeltjes (Yoichiro Nambu, Holger Nielsen en Leonard Susskind) zich realiseerden dat de beschrijving van de sterke kernkracht door Gabriele Veneziano uit 1968, ook voor de kwantummechanica van trillende snaren geldt. Na een jaar of vijf werd deze theorie vergeten, omdat de quarks meer konden verklaren.
De snaartheorie maakte rond 1974 een rentree, toen men zich realiseerde dat deeltjes met spin 2 massa 0 moeten hebben, hetgeen overeenkomt met wat we van het graviton verwachten. Hiermee had de snaartheorie zich gepositioneerd als een ‘theorie voor alles’, dat wil zeggen een verenigde theorie voor de vier elementaire krachten.
Graviton: Elementair deeltje dat is ingevoerd om de zeer zwakke gravitatiewisselwerking te kunnen verklaren op een manier die overeenkomt met de quantummechanica. Gravitonen hebben een rustmassa die gelijk is aan nul en bewegen zich met de lichtsnelheid tussen de twee wisselwerkende massa’s.
Spin: Eigenschap van bepaalde elementaire deeltjes, waarbij het deeltje zich gedraagt alsof het om een as draait, d.w.z. dat het deeltje een impulsmoment heeft. Dergelijke deeltjes hebben ook een magnetisch moment. In een magnetisch veld richten de spins zich onder een hoek op de veldrichting en voeren een precessie om deze veldrichting uit.
Uw collega Leo Susskind denkt dat er vele miljarden nogelijke oplossingen van de snaartheoretische vergelijkingen zijn. En dat de natuurkunde niet zal kunnen uitleggen, waarom we uitgerekend in ons heelal zijn beland.
‘Leo heeft het over een landschap van mogelijkheden en veronderstelt uiteindelijk dat het antropisch principe verklaart, waarom ons universum realiteit is en al die andere niet. Omdat, zo gaat die redenering dan, wij er anders niet waren om het op te merken. Ik vind dat een gemakkelijk uitvlucht, en geen natuurkunde. Laten we nu eerst maar uitzoeken, wat snaartheorie te bieden heeft, behalve allerlei gehypte verwachtingen.’
Antropie: De mate waarin temperatuurnivellering geldt. Term uitgevonden door de Duitse natuurkundige Clausius. Toenemende entropie - het voortdurende oplossen van warmte en regelmaat - heeft kosmische konsekwenties.
Het is nog te vroeg voor kritiek?
‘Helemaal niet. Kritiek en scepsis moeten. Maar we moeten beseffen, dat we er middenin zitten, of beter: aan het begin. Ik begrijp de mensen niet, die vooraf al concluderen dat het allemaal onzin is.’
Niet een vorm van hoogmoed?
O, ja, heel menselijke hoogmoed. Maar we hebben wel redenen voor onze hoop. In onze theorie van de sterke kernkracht komen geen vrije variabelen voor. Dat betekent: als je deze beschrijving kiest, liggen alle verhoudingen mathematisch vast.
Dat die theorie blijkt te kloppen, dat er verschijnselen in de natuur zijn die noodzakelijkerwijs één gedaante aannemen, ze kunnen niet anders. Als je wilt verklaren, als je wilt verklaren waarom de dingen zijn zoals ze zijn, wil je zo’n theorie. Dat wij zoiets in de jaren zeventig vonden, heeft de droom van zo’n dwingende verklaring van alles, zeker meer leven ingeblazen.
