Erik Verlinde licht zijn nieuwe kijk op zwaartekracht toe
Laten we eerlijk zijn. Donkere materie is lastig in de kont. Astronomen hebben zich tot het uiterste ingespannen om uit te leggen waarom het moet bestaan en in grote hoeveelheden moet bestaan, maar het blijft verborgen. Onbekend. Het zendt geen zichtbare energie uit en is blijkbaar sterk genoeg om te voorkomen dat sterrenstelsels in clusters loskomen zoals wilde paarden, het is overal in enorme hoeveelheden. Wat is het spul - axions, WIMPS, gravitinos, Kaluza Klein-deeltjes?
Naar schatting is 27% van alle materie in het universum onzichtbaar, terwijl alles, van PB & J-sandwiches tot quasars, slechts 4,9% voor zijn rekening neemt. Maar een nieuwe theorie van de zwaartekracht, voorgesteld door de theoretisch natuurkundigeErik Verlinde van de Universiteit van Amsterdam vond een manier om af te zien van de vervelende dingen.
Anders dan de traditionele opvatting van zwaartekracht als een fundamentele natuurkracht, ziet Verlinde het als een opkomend vastgoedvan ruimte. Opkomst is een proces waarbij de natuur iets groots bouwt met behulp van kleine, eenvoudige stukjes, zodat de uiteindelijke creatie eigenschappen vertoont die de kleinere stukjes niet hebben. Neem een sneeuwvlok. De complexe symmetrie van een sneeuwvlok begint wanneer een waterdruppel op een klein stofdeeltje bevriest. Terwijl de groeiende vlok valt, bevriest waterdamp op dit originele kristal, en plaatst zichzelf op natuurlijke wijze in een zeshoekige (zeszijdige) structuur van grote schoonheid. Het gevoel van temperatuur is een ander opkomend fenomeen dat voortkomt uit de beweging van moleculen en atomen.
Zo ook met de zwaartekracht, die volgens Verlinde uit de entropie naar voren komt. We weten allemaal van entropie en rommelige slaapkamers, maar het is iets subtieler dan dat. Entropie is een maatstaf voor wanorde in een systeem of anders gezegd, het aantal verschillende microscopische toestanden waarin een systeem kan verkeren. Een van de coolste beschrijvingen van entropie die ik heb gehoord, heeft te maken met de warmte die ons lichaam uitstraalt. Terwijl die energie in de lucht verdwijnt, creëert het een meer ongeordende toestand om ons heen en vermindert het tegelijkertijd onze eigen persoonlijke entropie om ons voortbestaan te garanderen. Als we de lichaamswarmte niet kwijtraakten, zouden we uiteindelijk ongeorganiseerd (oververhit!) Raken en sterven.
Opkomend of entropische zwaartekracht, zoals de nieuwe theorie wordt genoemd, voorspelt exact dezelfde afwijking in de rotatiesnelheden van sterren in sterrenstelsels die momenteel worden toegeschreven aan donkere materie. Zwaartekracht komt in Verlinde's visie voort uit veranderingen in fundamentele stukjes informatie die zijn opgeslagen in de structuur van ruimte-tijd, dat vierdimensionale continuüm onthuld door Einsteins algemene relativiteitstheorie. Kortom, zwaartekracht is een gevolg van entropie en geen fundamentele kracht.
Ruimte-tijd, die naast tijd uit de drie bekende dimensies bestaat, is flexibel. Massa vervormt het 4-D-weefsel in heuvels en valleien die de beweging van kleinere objecten in de buurt sturen. De zon 'trekt' niet zozeer aan de aarde als voorzien door Isaac Newton, maar creëert een grote tuit in de ruimte-tijd waarin de aarde rondrolt.
In een Artikel uit 2010Verlinde liet zien hoe Newton's wet van zwaartekracht, die alles beschrijft, van hoe appels van bomen vallen tot kleine sterrenstelsels die om grote sterrenstelsels draaien, voortkomt uit deze onderliggende microscopische bouwstenen.
Zijn laatste paper, getiteld Emergent Gravity and the Dark Universe, duikt in de bijdrage van donkere energie aan de mix. De entropie geassocieerd met donkere energie, een nog onbekende vorm van energie die verantwoordelijk is voor de versnelde uitdijing van het heelal, verandert de geometrie van de ruimtetijd in een elastisch medium.
"We vinden dat de elastische reactie van dit‘ donkere energie ’medium de vorm aanneemt van een extra‘ donkere ’zwaartekracht die het gevolg lijkt te zijn van‘ donkere materie ’, 'schrijft Verlinde. "Dus het waargenomen fenomeen van de donkere materie is een overblijfsel, een geheugeneffect, van het ontstaan van de ruimtetijd samen met de gewone materie erin."
Ik zal de eerste zijn die zegt hoe complex Verlinde's concept is, verpakt in mysterieuze verstrengingsentropie, tensorvelden en het holografische principe, maar het basisidee, dat zwaartekracht geen fundamentele kracht is, zorgt voor een fascinerende nieuwe manier om naar te kijken een oud gezicht.
Natuurkundigen hebben decennia lang geprobeerd de zwaartekracht te verzoenen met de kwantumfysica met weinig succes. En hoewel Verlinde's theorie terecht met een korreltje zout moet worden opgevat, biedt hij misschien een manier om de twee disciplines te combineren in één verhaal dat beschrijft hoe alles, van vallende appels tot zwarte gaten, in één coherente theorie met elkaar zijn verbonden.
