Categorie: Natuurkunde

Plaatjes van gebogen ruimte zien er zoiets uit :

Afbeelding bron : https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2015/09/Spacetime_curvature

Dat raster vertroebelt je idee van de werkelijkheid. Het is namelijk maar één lijn van oneindig veel lijnen in dat vlak. Er zijn oneindig vele lijnen naar boven en naar beneden. Bovendien ontbreekt een derde dimensie, de dimensie haaks op het platte vlak. Ook haaks op het getoonde raster is een oneindige ‘stapel’ rasters mogelijk.  Ik kan me geen voorstelling maken van een driedimensionale stapeling van zulke rasters. Misschien dat de voorstelling is dat je op alle, verschillende punten van het centrum van de aarde een versnelling ten opzichte van de aarde ervaart die gelijk is aan sommige andere punten van het centrum. Je kunt die dan met elkaar verbinden, zodat een iso-versnellingsbol krijgt rond de aarde. Het is maar een idee.

Een mooie ontwikkeling in het onderzoek naar de zwaartekracht, de algemene relativiteitstheorie en – heel voorzicht – de theorie van alles. Zwaartekracht is beschreven in de wiskunde van krommingen. Het kan ook beschreven worden in de wiskunde van torsie ( driedimensionale kromming ). Einstein zelf was daar al mee bezig. De algemene relativiteitstheorie verandert daardoor niet, maar de torsiewiskunde maakt wel mogelijk dat de relativiteitstheorie extremen beter beschrijft. Deze toepassing heet teleparallellisme. Het lost vier problemen op van de algemene relativiteitstheorie geformuleerd met de wiskunde van krommen. Ook een verbinding met de snaartheorie lijkt mogelijk. Paul M Sutter, New Scientist 2022-4, 52-55.

Als iets op de grond valt noemen we de oorzaak van het vallen ‘zwaartekracht’. Het lijkt alsof een kracht aan bijvoorbeeld een bal trekt. Of aan onszelf. Dat een kracht ons op de grond getrokken houdt. Maar zwaartekracht is een foute naam. Deze video legt het uit :

Ik ben geen natuurkundige, dus onder dat voorbehoud is het onderstaande de redenering.

Iemand die op aarde van een hoog gebouw valt is natuurkundig gezien in exact dezelfde staat als een kosmonaut ergens in de ruimte : geen versnelling, geen zwaartekrachtsveld, alle natuurkundige wetten gelden. De vallende persoon is een ‘inertial observer’, een bewegingsloze waarnemer.

Als een bewegingsloze waarnemer vanuit de ruimte op een planeet of een zon of in een zwart gat valt neemt deze geen versnelling waar. Alleen vanuit een ander waarnemingspunt kan een andere waarnemer versnelling van de ‘inertial observer’ opmerken.

Wat wij ‘zwaartekracht’ noemen is gebogen ruimtetijd. Ruimtetijd rond een planeet of een zon of een zwart gat, massa, is gebogen. Als een object beweegt in de nabijheid van een zware massa, beweegt deze, waargenomen door een andere waarnemer, in een gekromde lijn. De eerste bewegingsloze waarnemer volgt de kromming van de ruimtetijd. Hoe dichter bij de massa, hoe krommer de ruimtetijd. “Matter tells spacetime how to curve and spacetime tells matter how to move” ( John Wheeler ). Op aarde zijn we geen bewegingsloze waarnemer. We zijn een versnellende waarnemer. In gekromde ruimtetijd moet je versnellen om op hetzelfde punt te blijven.

Leuk om bij stil te staan. Als we op aarde stilstaan bewegen we dus in een gekromde ruimtetijd.

Juan Martin Maldacena heeft de Lorenzmedaille 2018 gewonnen. De medaille wordt elke vier jaar uitgereikt voor denkwerk in de natuurkunde. Hij is genoemd naar de grote Nederlandse natuurkundige H.A. Lorenz.

Maldacena heeft een oplossing bedacht voor de informatieparadox van Hawking ( informatie blijft in theorie altijd behouden, ook in een zwart gat, maar een zwart gat lekt straling en verdampt dus in theorie, waarmee de informatie verdwijnt ). Maldacena baseerde zijn oplossing op het idee van Gerard ’t Hooft uit de zeventiger jaren, dat de informatie niet in het zwarte gat verdwijnt maar op de horizon wordt geplakt. Een zwart gat is dan een zwaartekrachtsysteem met één dimensie minder. Maldacena combineerde dit idee met de informatieparadox van Hawking en legde een verband tussen deze beide beschrijvingen van eenzelfde systeem in verschillende dimensies.

Het spannende is de volgende alinea die ik in de Trouw van 24 november 2018 ( De Verdieping, blz. 16-17 ) las :

“Zoals we vroeger dachten dat de materie ook continu was. De quantumtheorie heeft ons geleerd dat de materie is opgebouwd uit discrete deeltjes. Misschien geldt dat voor de ruimte en tijd ook, wellicht bestaan er ook atomen van ruimte en van tijd. Misschien bestaan ruimte en tijd wel niet, maar zijn het uitingen van een dieper fenomeen dat we nog niet kennen (…)”