Ruimte en tijd in de fysica, en in de snaartheorie Dit keer iets over het concept van ruimte en tijd in de fysica, en specifiek in de snaartheorie.
Ruimte en tijd waren eeuwenlang het vaste podium waarop alles plaatsvond. Het was in die zin "God-given": waar ruimtetijd vandaan kwam wist men niet, wat het precies was wist men ook niet (nog steeds niet, trouwens!), maar het was er. Ook meende men dat die ruimtetijd een toneel was wat altijd en eeuwig was, en onveranderlijk.
Einstein heeft dat beeld omgegooid. Daarin is ruimtetijd iets wat bepaald wordt door datgene wat zich er
in bevindt. Wanneer je in de ART bijvoorbeeld een massa-, energie- of ladingsverdeling wilt beschrijven (bijvoorbeeld 5 zwarte gaten met of zonder lading met dezelfde of verschillende massa's, of het zonnestelsel) dan volgt de ruimtetijd als
oplossing uit je bewegingsvergelijkingen! Geen a priori ruimtetijd, dus.
In de ART doe je wel bepaalde aannames over die ruimtetijd. Het aantal dimensies bijvoorbeeld moet je met de hand er in stoppen; vaak is dat 4 (3 ruimte, 1 tijd). Ook de zogenaamde
"topologie" moet je zelf bepalen en is niet iets wat uit de bewegingsvergelijkingen volgt. Buiten dat stelt men dat de ART een
"achtergrondsonafhankelijke theorie" is, waarbij "achtergrond" dus gelezen moet worden als "ruimtetijd".
Nou is snaartheorie zogenaamd "perturbatief". Perturbatieve theorieën kom je overal tegen in de fysica. Je kunt dit lezen als "benaderingen". In de kwantumveldentheorie wordt de elektrische afstoting tussen 2 ladingen bijvoorbeeld perturbatief beschreven. Je begint zonder interactie, dan reken je uit wat er gebeurt als de elektronen 1 foton uitwisselen, dan 2, dan 3, etc. etc., waarbij het volledige proces gekregen wordt door
alle interactietermen op te tellen. Dat zijn er
oneindig veel, waardoor we de interactie nooit exact kunnen uitrekenen, alleen bij benadering. Zo'n uitwisseling van een foton kun je dan zien als een "perturbatie", of "storing", op het interactievrije geval.
Snaartheorie doet dit ook bij zwaartekracht, door te zeggen dat zwaartekracht het gevolg is van de uitwisseling van gravitonen. Echter, daarbij moet je een vaste achtergrond introduceren om die perturbaties op uit te voeren! Dit is de reden waarom snaartheorie dus
niet achtergrondsonafhankelijk is!
Dit is een belangrijk issue voor veel tegenstanders van de snaartheorie, omdat ze geloven dat misschien wel de belangrijkste boodschap van de ART is dat er niet zoiets bestaat als "a priori geometrie"; snaartheorie, die de introductie vereist van een vaste achtergrond, kan dus niet het complete verhaal zijn of zelfs ronduit fout.
Wanneer men dus een achtergrondsonafhankelijke manier zou hebben om snaartheorie op te schrijven, dan zou dat denk ik veel sceptici over de streep kunnen trekken of in elk geval een stuk minder sceptisch laten zijn tov snaartheorie. Het is de vraag of we überhaupt zonder storingstheorie kunnen en of we ooit in staat zullen zijn om zaken
exact uit te rekenen.