Een eeuw geleden doorging de natuurkunde een snelle opeenvolging van doorbraken die ons begrip van het universum revolutioneerden. Echter, de laatste tijd lijkt het veld een plateau te hebben bereikt. Dezelfde fundamentele vragen die wetenschappers een eeuw geleden in verwarring brachten, blijven ons vandaag verbijsteren. In het bijzonder zijn de mysteries van donkere materie, de ware betekenis van quantummechanica en de moeilijk te vinden harmonie tussen zwaartekracht en quantumfysica nog steeds onopgelost.
Onlangs verscheen er een sprankje hoop met het werk van Jonathan Oppenheim, professor in quantumtheorie aan University College London. Oppenheims unieke perspectief trok mijn aandacht, omdat we beiden een intellectuele geschiedenis delen van het bestuderen van zwarte gaten en het informatieparadox die daarmee gepaard gaat. Hoewel onze wegen uiteenliepen wat betreft de oorzaak van het probleem, biedt Oppenheims voorstel om de zwaartekracht de schuld te geven een intrigerende mogelijkheid.
Oppenheim stelt een eenvoudig maar radicaal idee voor: introduceer willekeurigheid in de zwaartekracht, vergelijkbaar met de inherente onvoorspelbaarheid van quantummechanica. In tegenstelling tot andere fundamentele krachten, zoals elektromagnetisme en de sterke en zwakke kernkrachten, die worden beschreven door quantumprocessen, blijft zwaartekracht een klassieke theorie, zoals beschreven door Einsteins algemene relativiteitstheorie. Het houdt vast aan determinisme, waar toekomstige gebeurtenissen kunnen worden afgeleid van eerdere gebeurtenissen. Daarentegen omarmt quantummechanica willekeurigheid en inherente onzekerheden.
Einstein, een fervent voorstander van determinisme, geloofde dat de willekeurigheid van quantummechanica wees op een fundamentele onvolledigheid in de theorie. Zijn hoop was om een klassieke theorie te vinden die de werking van het universum volledig kon verklaren. Ondanks het empirische succes van de algemene relativiteitstheorie, slaagt het er niet in bepaalde situaties in de natuur aan te pakken waarin quantumeigenschappen een rol spelen.
Neem bijvoorbeeld het beroemde dubbele spleetexperiment met elektronen. Deze deeltjes vertonen golfdeeltje dualiteit, wat betekent dat ze tegelijkertijd door beide spleten kunnen gaan. Echter, als elektronen massa hebben, wat een zwaartekracht veroorzaakt, hoe kan de algemene relativiteitstheorie dan hun gelijktijdige aanwezigheid op twee plaatsen verklaren? De theorie schiet tekort bij het geven van een antwoord.
Vergelijkbare moeilijkheden ontstaan bij het proberen te begrijpen van fenomenen zoals zwarte gaten en de oerknal. Einsteins wiskunde kan deze extreme gevallen eenvoudigweg niet aan. Fysici hebben lange tijd gezocht naar een theorie die quantummechanica kan verzoenen met zwaartekracht, bekend als “quantumzwaartekracht”.
Hoewel er in de jaren 1930 pogingen werden gedaan om een quantumtheorie van zwaartekracht te formuleren, mislukten deze inspanningen uiteindelijk. Richard Feynman en Bryce DeWitt, onder anderen, onderzochten de mogelijkheden om zwaartekracht te kwantificeren met behulp van bestaande wiskundige kaders. Helaas was de resulterende theorie, bekend als verstoorde gekwantificeerde zwaartekracht, onvoldoende wanneer ze werd uitgebreid naar extreme scenario’s.
Ondanks de uitdagingen opent Oppenheims voorstel om willekeurigheid in de zwaartekracht te introduceren nieuwe mogelijkheden voor verkenning. Door de onvoorspelbare aard van quantummechanica te omarmen en deze te combineren met zwaartekracht, kunnen we eindelijk een oplossing vinden voor de langdurige problemen die natuurkundigen al een eeuw lang kwellen. Hoewel de weg voor ons ligt kan worden zwaar zijn, kunnen we met Oppenheims werk als inspiratie onze inspanningen vernieuwen om de mysteries van het universum te ontrafelen en een nieuw begrip van de natuurkunde te smeden.
Veelgestelde vragen:
1. Wat zijn de belangrijkste onopgeloste mysteries in de natuurkunde?
De belangrijkste onopgeloste mysteries in de natuurkunde omvatten de aard van donkere materie, de ware betekenis van quantummechanica en de verzoening van zwaartekracht met quantumfysica.
2. Wie is Jonathan Oppenheim?
Jonathan Oppenheim is professor in quantumtheorie aan University College London. Hij heeft bijgedragen aan de studie van zwarte gaten en de informatieparadox die daarmee samenhangt.
3. Wat is Oppenheims voorstel om de mysteries van de natuurkunde op te lossen?
Oppenheim stelt voor willekeurigheid in de zwaartekracht te introduceren, vergelijkbaar met de inherente onvoorspelbaarheid van quantummechanica. Dit zou mogelijk quantummechanica kunnen verzoenen met zwaartekracht en oplossingen bieden voor langdurige problemen in de natuurkunde.
4. Wat is het verschil tussen quantummechanica en algemene relativiteit?
Quantummechanica is een theorie die het gedrag van deeltjes op het microscopische niveau beschrijft en willekeurigheid en inherente onzekerheden omarmt. Algemene relativiteit daarentegen is een klassieke theorie die zwaartekracht beschrijft en vasthoudt aan determinisme, waarbij toekomstige gebeurtenissen kunnen worden afgeleid van eerdere gebeurtenissen.
5. Waarom kan de algemene relativiteitstheorie bepaalde situaties niet aanpakken?
De algemene relativiteitstheorie kan bepaalde situaties niet aanpakken, zoals het gedrag van deeltjes met zowel golf-achtige als deeltje-achtige eigenschappen (golf-deeltje dualiteit) en extreme scenario’s zoals zwarte gaten. De theorie is onvoldoende als het gaat om het opnemen van quantumeigenschappen.
Belangrijke termen:
1. Donkere materie: Een hypothetische vorm van materie die naar verluidt een aanzienlijk deel van de totale massa in het universum uitmaakt, maar geen licht of elektromagnetische straling uitzendt, absorbeert of ermee interageert.
2. Quantummechanica: Een tak van de natuurkunde die het gedrag van deeltjes op het atomaire en subatomaire niveau behandelt en gaat over de principes van golf-deeltje dualiteit, superpositie en onzekerheid.
3. Algemene relativiteit: Einsteins theorie van zwaartekracht die de zwaartekracht beschrijft als de kromming van de ruimtetijd veroorzaakt door massa en energie.
4. Determinisme: Het filosofische concept dat alle gebeurtenissen, inclusief toekomstige gebeurtenissen, worden bepaald door voorafgaande gebeurtenissen en de natuurwetten.
Gerelateerde links:
Physics World
Nature – Physics
The source of the article is from the blog trebujena.net