Nieuws

Is de snaartheorie de meest vruchtbare weg?

Geplaatst op 19-08-2009 om 11u22 door Bert Carrein - 30990 keer gelezen
Nieuws

Wat in de jaren tachtig ontstond als liefdesbaby van de fysica, is uitgegroeid tot een 10500-koppig monster waarvoor steeds meer fysici op de vlucht slaan. Tijd om de snaartheorie te vervangen? Welnee, relativeert Robbert Dijkgraaf, fysicus en snaartheoreet; periodiek onderhoud is genoeg. “De stroming in de snaartheorie die zich uitsluitend richt op de allerkleinste details, is smal.”

Het Amsterdamse Korteweg-De Vries-instituut voor wiskunde oogt alleszins levenskrachtig. Als je door de gangen loopt, kom je langs openstaande deuren waarachter jonge promovendi in comfortabele sofa’s zitten te filosoferen over, naar je aanneemt, de betekenis van de esoterische formules op de belendende schoolborden.
In de werkkamer van hoogleraar mathematische fysica Robbert Dijkgraaf liggen het bureau en de salontafel bedolven onder vakliteratuur. Hij beantwoordt snel nog wat mailtjes. Je voelt je als journalist een externe visitatiecommissie die elke vijf jaar langs komt: heeft het al wat opgeleverd, die snaartheorie van jullie?

In september 2003 stond in NWT ook een artikel over de snaartheorie. Toen kruiste Robbert Dijkgraaf verbaal de degens met nobelprijswinnaar natuurkunde Martinus Veltman. Die nam toen geen blad voor de mond over het gebrek aan toetsbare resultaten en de mate waarin snaartheoretici zich blindstaren op de wiskunde: “Als je de experimenten weghaalt, wordt natuurkunde religie. Op dat moment tellen niet meer de feiten, maar de meningen van iemand die tot paus is benoemd.”

Knorrepot

In 2003 kon Veltman nog doorgaan voor een oude knorrepot, iemand die weinig van de snaartheorie weet maar er wel een oordeel over heeft. Maar inmiddels zijn ook sommige prominente snaartheoretici zelf in een geloofscrisis terechtgekomen. De primaire ambitie van de snaartheorie is, om uit enkele algemene, mathematisch-fysische principes een uniek stelsel van natuurwetten en elementaire deeltjes af te leiden dat overeenkomt met wat wij in de natuur vinden. Aangezien de werkelijkheid voor een natuurkundige uit niets anders dan dat bestaat, is de gezochte snaartheorie een ‘theorie van alles’ (al pretendeert geen natuurkundige dat je er in de scheikunde of de biologie, laat staan in de psychologie iets mee kunt).

Helaas is dit doel de laatste jaren verdacht veel op een fata morgana gaan lijken. Dijkgraaf: “De snaartheorie lijkt meer dan één oplossing te hebben.” Dat is nogal een understatement, aangezien een van de grondleggers van de snaartheorie, Leonard Susskind van Stanford University, het aantal oplossingen schat op 10500. Er zijn dus veel, véél meer varianten van de snaartheorie dan er atomen zijn in het heelal. De kans dat je bij toeval de juiste variant kiest, is ruwweg gelijk aan zeventig keer achter elkaar de hoofdprijs in de Postcodeloterij winnen. Susskind bedacht hiervoor de metafoor van een onafzienbaar landschap van mogelijke oplossingen, het ‘antropisch landschap’. Susskind beschouwt zichzelf nog als snaartheoreticus, maar heeft de ambitie opgegeven dat deze theorie de eigenschappen van ons heelal verklaart. Hij poneert daarentegen dat zijn antropisch landschap realiteit is: elk van de 10500 punten in het gebergte correspondeert met een werkelijk bestaand heelal, met zijn eigen collectie elementaire deeltjes en fundamentele krachten. Vrijwel al deze universa lijken totaal niet op ons heelal. Veel exemplaren klappen heel snel na hun oerknal weer in elkaar, andere dijen zo snel uit dat er nooit sterren en planeten in ontstaan.
Waar zijn al deze andere heelallen? We zullen nooit een glimp van ze opvangen, aangezien ze buiten de grens van ons eigen, zichtbare heelal liggen. Toch zijn ze de reden dat wij bestaan: het ontstaan van intelligent leven zonder goddelijk ingrijpen is wel zo fantastisch onwaarschijnlijk, dat je inderdaad iets als 10500 heelallen moet ‘uitproberen’ voordat het één keer lukt.

En het resultaat zijn wij mensen, die ons daarover verwonderen. Vandaar dat Susskind spreekt van het ‘antropisch’ landschap. Dijkgraaf, en veel fysici met hem, zien met name het aanroepen van het antropisch principe als een capitulatie: “Dat gaat wel heel erg ver. Het probleem waarmee de snaartheorie ons confronteert is dit: om de ontwikkeling van het heelal te verklaren, moet je een begintoestand voor de oerknal kiezen. Dat is net als in de klassieke mechanica: je kunt bijvoorbeeld pas uitrekenen hoe de planeten om de zon zullen bewegen als je vastlegt in welke positie en met welke snelheid ze beginnen.”

Het essentiële verschil is dat de gangbare natuurkunde zaken als de elektrische lading van het elektron of de sterkte van de zwaartekracht als een gegeven beschouwt, als parameters die je invoert in de theorie. De snaartheorie grijpt veel hoger en wil juist de grootte van deze parameters verklaren uit één of hoogstens een handvol symmetrieën van de elfdimensionale ruimtetijd. Einstein formuleerde dit vroeger al eens als: “Wat mij werkelijk interesseert, is of God enige keus had toen hij de wereld schiep.”

Antropisch landschap

Nu dit project met het antropisch landschap op de klippen lijkt te lopen, ziet Dijkgraaf nog twee uitwegen: “Ófwel je leert ermee leven dat je ons heelal niet kunt verklaren omdat je zijn begintoestand niet kent, ófwel je hoopt dat je ooit zoveel van de snaartheorie begrijpt dat er toch maar één theorie overblijft.” Op de debatsite The Edge (www.edge.org) schreef Susskind een heel persoonlijk betoog over de volgens hem revolutionaire betekenis van zijn antropisch landschap. Daarin stelt hij onder meer: “Veel beoefenaren van dit soort wiskundige theorieën wilden het niet weten. Ze erkenden het niet. Ze willen geloven dat ons heelal een elegant heelal is – maar het is helemaal niet zo elegant.” Een voormalig snaartheoreticus, Lee Smolin van het Perimeter Institute, trekt een radicalere conclusie dan Dijkgraaf en Susskind: het antropisch landschap is niet reëel, de snaartheorie is failliet en fysici zouden de theorie van alles in een volkomen andere richting moeten zoeken. Smolin schreef een boek over de crisis, The Trouble with Physics (2006), dat zich laat lezen als een lange aanklacht tegen de snaardogmatiek waarin de theoretische fysica zou zijn vastgelopen – ongeveer zoals het marxisme in de jaren zestig de sociale wetenschappen overwoekerde. Hij beschuldigt de snaaradepten ervan dat ze deelresultaten als doorbraken presenteren, plausibele hypothesen als bewijzen, en dat ze zich bij alles wat ze publiceren eerst afvragen of het de goedkeuring zal krijgen van Ed Witten (de beroemdste snaarfysicus en waarschijnlijk de paus die Veltman bedoelde).Ook Dijkgraaf heeft Smolins boek gelezen. Het heeft hem niet van zijn stuk gebracht: “Smolin had tien jaar geleden meer gelijk gehad. Toen was er echt een feeding frenzy van snaartheoretici aan de gang. En iedere natuurkundige mist bescheidenheid als zijn vakgebied in een stroomversnelling komt. Vergeet ook niet dat snaartheoretici in meerderheid heel jong zijn; die gaan massaal achter de goede ideeën aan.”

De jonge honden van toen zijn inmiddels echter hoogleraar of directeur en bepalen de onderzoeksagenda. Volgens Smolin is het momenteel career suicide voor een jonge theoreticus om iets anders dan snaartheorie te willen. Dijkgraaf erkent dat dit wellicht waar is voor sommige Amerikaanse topinstituten, maar volgens hem klopt het beeld echt niet voor de Lage Landen: “Er zijn hier een stuk of tien hoogleraren die theoretisch onderzoek doen op het gebied van de elementaire-deeltjesfysica, en een stuk of twintig promovendi. Maar daaronder valt ook iemand als Gerard ’t Hooft, die vanaf het begin de snaartheorie kritisch heeft gevolgd. En we zijn ook zeker niet alleen maar met de snaartheorie bezig. Zelf heb ik een paar jaar aan supersymmetrie gewerkt. De snaartheorie veronderstelt wel dat supersymmetrie bestaat, maar het is toch iets heel anders.”

Onlangs haalden de Nederlandse theoretisch-fysici Smolin naar Nederland: “De discussie viel erg tegen”, zegt Dijkgraaf. “Smolin zei over dat boek zoiets als: ‘Ach ja, het is alweer een jaar uit en ik had ook nog een jaar nodig om het te schrijven.’ Alsof hij vond dat het niet over de huidige situatie gaat.”

Doet een boek als dat van Smolin, of het aanroepen van het antropisch principe door Susskind, afbreuk aan de status van de snaartheorie? “Daar merk ik helemaal niets van,” zegt Dijkgraaf. “Integendeel, in de kosmologie is een enorme behoefte aan onze ideeën.” Met Smolins oproep om het snaaronderzoek drastisch af te bouwen en vooral te investeren in totaal nieuwe onderzoeksrichtingen kan Dijkgraaf dan ook weinig: “Wat is er dan verder nog te koop? Voor mij staat als een paal boven water dat de snaartheorie momenteel de meest vruchtbare weg is. Het is bijna onmogelijk om het niet te doen. De snaartheorie is een wolk van ideeën, en die wolk diffundeert steeds verder door de natuurkunde. De stroming in de snaartheorie die zich uitsluitend richt op de allerkleinste details, is smal. Op de jaarlijkse conferentie over snaartheorie, dit keer in Madrid, was het opmerkelijk hoeveel van de lezingen gingen over andere toepassingen van de theorie, en juist niet over die ultieme vragen.”

Oersoep

Hij wijst op een vrij recent resultaat (juni 2005) – iets dat in de richting gaat van een experimentele toetsing. In de Relativistic Heavy Ion Collidor (RHIC) in de VS, een grote deeltjesversneller die zware atoomkernen (van goud) op elkaar schiet, is men er zeer waarschijnlijk in geslaagd een quark-gluonplasma te produceren. In die toestand botsen de honderden protonen en neutronen, die ieder uit drie quarks bestaan, met zoveel geweld op elkaar, dat alle quarks – en de gluonen die ze normaliter in drietallen bij elkaar houden – een soort oersoep vormen, de toestand van het heelal enige microseconden na de oerknal. Volgens het standaardmodel van de elementaire deeltjes lijkt dit quark-gluonplasma op een gas, waarin de deeltjes vrij bewegen. Experimenteel bleek het echter meer op een druppel vloeistof te lijken – echte oersoep dus. Voor dit speciale geval blijken berekeningen via de snaartheorie eenvoudiger dan berekeningen via de conventionele theorie (de kwantumchromodynamica, QCD) en de uitkomst daarvan is inderdaad dat er een vloeistof ontstaat.

Het is een van de bescheiden, voorlopige succesjes, waarvoor niemand naar Stockholm zal worden geroepen om de Nobelprijs in ontvangst te nemen. Volgens Dijkgraaf heeft de snaartheorie zich allang bewezen als een nuttige mathematisch-fysische gereedschapskist, los van de vraag of de ruimte waarin wij bestaan echt elf dimensies heeft. De overtuigingskracht van dat aspect van de snaartheorie ligt voor de beoefenaars nog steeds op het esthetische vlak. Dijkgraaf: “Bepaalde aspecten van de snaartheorie zijn heel elegant en simpel, al is de ‘oplossingsruimte’ ingewikkeld. Alle puzzelstukjes passen in elkaar, dat is heel anders dan bij allerlei andere theorieën op het gebied van elementaire deeltjes. Snaartheorie ligt eigenlijk aardig in de lijn van Einstein, die zijn hele latere leven naar één alomvattende veldentheorie gezocht heeft.” Die heeft hij overigens niet gevonden...

Bron: http://www.astro-event-group.be, NWT, Arnout Jaspers

Gerelateerde berichten

Lees ook: Nieuw stukje in de puzzel van donkere materie
Lees ook: De kromming van de ruimte door de Zon
Lees ook: Waarnemingen bevestigen populaire supernova-theorie
Lees ook: Deeltjesversneller van CERN draait op recordniveau
Lees ook: Voor het eerst botsen protonen in deeltjesversneller
Lees ook: "Bewijzen dat universum geen schepper nodig heeft"

Bekijk alle berichten uit deze categorie.