Video

Transcriptie

Wat is de ware aard van het universum?

Om dit te beantwoorden bedenken mensen verhalen om de wereld te beschrijven.

We testen onze verhalen en leren wat we moeten behouden en weggooien.

Maar hoe meer we leren, hoe ingewikkelder en vreemd onze verhalen worden.

Soms zelfs zozeer dat het moeilijk wordt om te weten waar ze eigenlijk over gaan.

Zoals de snaartheorie.

Een bekend, controversieel en vaak verkeerd begrepen verhaal

over de aard van alles.

Waarom hebben we het bedacht?

Klopt het, of is het een theorie die we weg moeten doen?

Om de ware aard van de werkelijkheid te begrijpen

bekeken we dingen van dichtbij, en stonden versteld.

Wonderlijke landschappen in het stof, dierentuinen met vreemde wezens.

Complexe proteïnerobots.

Alle gemaakt van moleculen,

bestaande uit ontelbare nog kleinere dingen: atomen.

We dachten dat dit de laatste laag was

totdat we ze hard lieten botsen,

en dingen ontdekten die niet meer gedeeld konden worden; elementaire deeltjes.

Maar toen hadden we een probleem:

ze zijn zo klein dat we ze niet meer konden zien.

Denk er eens over na. Wat is “zien”?

Om iets te zien is licht nodig, een elektromagnetische golf.

Die golf raakt iets en wordt teruggekaatst naar je oog.

De golf heeft informatie van het object zodat je hersenen een beeld kunnen vormen.

Je kunt dus niets zien zonder interactie.

Zien is aanraken, een actief en geen passief proces.

Meestal is dat geen probleem, maar deeltjes zijn zeer, zeer klein.

De elektromagnetische golven die wij gebruiken om te zien

zijn te groot om ze te raken.

Zichtbaar licht gaat er gewoon langs.

Elektromagnetische golven met meer en kortere golflengtes zijn een oplossing.

Maar meer golflengtes betekent meer energie.

Als we een deeltje raken met een golf met veel energie, verandert het deeltje.

Door ernaar te kijken, veranderen we het.

We kunnen elementaire deeltjes dus niet precies meten.

Dit is zo belangrijk dat het een naam heeft:

De onzekerheidsrelatie van Heisenberg, de basis van alle kwantumfysica.

Hoe ziet een deeltje er dan uit? Wat is zijn aard?

We weten het niet.

Als we goed kijken zien we een wazige bol maar niet de deeltjes zelf.

We weten alleen dat ze er zijn.

Maar hoe kunnen we er dan wetenschap mee beoefenen?

We deden wat we vaker doen: een nieuw verhaal uitvinden.

Een wiskundige fictie: Het verhaal van het puntdeeltje.

We doen alsof een deeltje een punt in de ruimte is.

Elk elektron is een punt met een zekere elektrische lading en massa

en allemaal identiek.

Zo konden fysici ze definiëren en al hun interacties berekenen.

Dit heet kwantumveldentheorie en loste veel problemen op.

Het hele standaardmodel van deeltjesfysica rust erop

en het voorspelt veel dingen goed.

Sommige kwantumeigenschappen van elektronen zijn getest

en zijn accuraat tot op 0,0000000000002%.

Dus hoewel deeltjes niet echt punten zijn,

maar door te doen alsof, krijgen we een goed beeld van het universum.

Het idee hielp niet alleen de wetenschap vooruit,

het zorgde ook voor veel alledaagse technologie.

Maar er is een groot probleem: zwaartekracht.

In kwantummechanica dragen bepaalde deeltjes alle fysische krachten.

Maar volgens de algemene relativiteitstheorie van Einstein

is zwaartekracht niet zoals andere krachten in het heelal.

Als het heelal een toneelstuk is,

dan zijn deeltjes de acteurs, de zwaartekracht het podium.

Simpel gezegd: zwaartekracht is een meetkundige theorie.

De meetkunde van ruimtetijd zelf.

Van afstanden die we met absolute precisie moeten berekenen.

Maar omdat we dingen in de kwantumwereld niet precies kunnen meten

gaan onze verhalen van zwaartekracht en kwantumfysica niet samen.

Toen fysici zwaartekracht aan het verhaal wilden toevoegen,

stortte hun theorie in elkaar met de uitvinding van een nieuw deeltje,

en dit is een groot probleem.

Als we kwantumfysica, het standaardmodel en zwaartekracht konden samenbrengen

dan zouden we de theorie van alles hebben.

Dus bedachten slimme mensen een nieuw verhaal.

Hun vraag: wat is er complexer dan een punt, een lijn, of een snaar?

De geboorte van de snaartheorie.

De snaartheorie is zo elegant omdat het veel elementaire deeltjes beschrijft

als verschillende manieren van vibratie van de snaar.

Zoals het anders vibreren van een vioolsnaar andere noten geeft,

kan een snaar je verschillende deeltjes geven.

Het belangrijkste: dit houdt ook zwaartekracht in.

De snaartheorie leek alle fundamentele krachten van het heelal te verenigen

en zorgde voor veel opwinding en hype.

De snaartheorie promoveerde snel tot een mogelijke theorie van alles.

De snaartheorie heeft helaas wel veel losse eindjes.

Veel wiskunde met een consistente snaartheorie

werkt niet in ons universum met drie dimensies plus de vierde: tijd.

De snaartheorie vereist 10 dimensies om te kloppen.

Snaartheoretici deden dus berekeningen in modeluniversums,

probeerden toen de 6 andere dimensies kwijt te raken

en ons eigen universum te beschrijven.

Niemand is daar nog geslaagd

en geen enkele voorspelling van de theorie is bewezen in een experiment.

De snaartheorie onthulde de aard van ons universum dus niet.

Je zou kunnen stellen dat de snaartheorie hier totaal niet nuttig is.

In wetenschap draait het om experimenten en voorspellingen.

Als dat niet lukt, waarom zouden we ons dan met snaren bezighouden?

Het gaat over de toepassing; natuurkunde is gebaseerd op wiskunde: 2 + 2 is 4.

Dat blijft altijd waar en de wiskunde in de snaartheorie klopt.

Daarom is de snaartheorie nog steeds nuttig.

Stel dat je een cruiseschip wil bouwen

maar je hebt alleen blauwdrukken voor een roeiboot.

Er zijn veel verschillen: de motor, de materialen, de schaal.

Maar beide zijn in basis hetzelfde: ze drijven allebei.

Uit de blauwdrukken van de roeiboot kun je toch iets leren

over hoe je een cruiseschip bouwt.

Met de snaartheorie proberen we vragen te beantwoorden

over kwantumzwaartekracht die we al decennia niet begrijpen.

Hoe werken zwarte gaten en wat is de informatieparadox?

De snaartheorie kan ons de weg wijzen.

Als je het juist gebruikt,

dan wordt het belangrijk voor theoretische natuurkundigen,

en helpt het nieuws over de kwantumwereld te ontdekken plus wat mooie wiskunde.

Misschien is de snaartheorie niet de theorie van alles.

Maar zoals bij het puntdeeltje kan dit verhaal toch nuttig zijn.

We kennen de ware aard van de werkelijkheid nog niet.

Maar we blijven het proberen tot we het ooit, hopelijk, zullen weten.

Deze video werd gesteund door de Nationale Zwitserse Wetenschapsstichting

en gemaakt met het wetenschappelijke advies van Alessandro Sfondrini.