De zwaartekracht verklaard?

quote:

De laatste weken heeft hij momenten gehad dat hij met een grimas door Amsterdam fietste, bekent theoretisch fysicus Erik Verlinde (47), internationaal vermaard expert in de snaartheorie. Met van binnen een mengsel van ongeloof en euforie. Immers, hoe vaak heb je nou als natuurkundige het idee dat je echt iets hebt uitgedacht wat iemand ooit eerder zag? En dan ook nog eigenlijk met bespottelijk weinig rekenwerk.
‘Het enige wat nu eng begint te worden is het idee dat iemand anders me toch net voor is bij het publiceren’, zegt hij lichtelijk nerveus. ‘Mijn vrienden zeggen me dat ik moet voortmaken. Maar ik moet precies zijn. Ik steek mijn nek behoorlijk ver uit.’
Afgelopen woensdag gaf Verlinde voor het eerst volledig opening van zaken voor zijn Nederlandse collega's op een colloquium op het Spinoza-instituut voor theoretische fysica in Utrecht. Het hol van de leeuw, thuisbasis van Nobelprijswinnaar Gerard 't Hooft, Verlindes vroegere leermeester.
In zekere zin een vuurdoop voor een misschien revolutionair nieuw inzicht, zegt Verlinde. Ook al omdat hij zich deels baseert op ideeën van zijn leermeester over ruimte, tijd en zwarte gaten.
Op het schoolbord op zijn werkkamer op het Roeterseiland in Amsterdam heeft Verlinde, krijtje in de hand, het verhaal in tien minuten gedaan – met een verbluffende punch line in de vorm van een overbekende formule: de zwaartekrachtwet van Newton. De kracht tussen twee massa's, zo gaat die formule, is evenredig met het product van beide massa's gedeeld door het kwadraat van hun onderlinge afstand.
Isaac Newton schreef de formule in 1687 voor het eerst op, samen met nog twee fundamentele wetten voor kracht en beweging. Hij baseerde zich op de planeetbanen zoals Johannes Kepler die in 1609 voor het eerst had beschreven.
Sindsdien leren alle scholieren over de hele wereld ermee rekenen. Pas in 1916 gaf Albert Einstein er een relativistische uitbreiding aan, waarbij de zwaartekracht wordt beschreven in termen van een kromming van ruimte en tijd.
Prachtige natuurkunde, zegt Verlinde, maar met één fundamenteel probleem: fysici kunnen zwaartekracht weliswaar beschrijven, maar niemand weet wat die aantrekking nou eigenlijk ís. Hoe het gaat is bekend, maar waarom trekken twee massa's elkaar aan? En waarom wil de kracht hardnekkig niet aansluiten bij de theorie voor de overige krachten tussen deeltjes? Omdat zwaartekracht geen basisgegeven is in het heelal, luidt Verlindes revolutionaire stelling.
Volgens zijn theorie ontstaat de kracht door een concentratieverschil in informatie in de lege ruimte tussen twee massa's en daarbuiten. Verlinde: ‘Ik zie zwaartekracht niet als iets fundamenteels. Het is een emergent verschijnsel, dat vanuit een diepere microscopische realiteit ontstaat. Op het allerkleinste niveau spelen de wetten van Newton geen rol, maar wel voor appels en planeten. Vergelijk het met de druk van een gas: moleculen hebben zelf geen druk, een vat vol gas wel. Of water. Watermoleculen zijn niet nat, een druppel of een glas vol wel.’
Verlindes afleiding van dat inzicht (zie kader) is voor een leek niet heel gemakkelijk te volgen, maar voor collega-theoretisch fysici haast belachelijk simpel. Met slechts een paar kernbegrippen uit de quantumtheorie en ideeën over zwarte gaten, en zonder enige serieuze wiskunde, rollen de formules van Newton er zo uit.
‘Mensen die ik het laat zien, worden in eerste instantie een beetje giechelig’, vertelt Verlinde. ‘Alsof ik ze ergens voor de gek houd.’
Maar dat is niet zo, daar is hij intussen wel van overtuigd na maandenlang denken en heroverwegen, onder meer in gesprekken met zijn tweelingbroer Herman, ook een vooraanstaand theoreticus en verbonden aan Princeton University.
Nu hij de laatste hand legt aan een zo elegant mogelijke uitleg en een snelle publicatie, gaan zijn gedachten ook naar de grote problemen rondom zwaartekracht, die de natuurkunde nog altijd kent.
Oerknal
Hopelijk, zegt Verlinde, kan zijn interpretatie van zwaartekracht ook een acceptabeler beeld van de oerknal opleveren. Nu is de veronderstelling dat het hele heelal met oneindige dichtheid in één punt begon. Voor een theoreticus een ongemakkelijk gegeven, zegt Verlinde. Met oneinding is het slecht rekenen. Hoe dat anders kan, weet hij overigens ook nog niet.
Een andere kwestie is de zogeheten donkere energie, een soort anti-zwaartekracht die het heelal versneld uit elkaar lijkt te drijven, maar waarvan tot nog toe niemand weet wat het is. Ook dat moet in het licht van de informatietheorie van zwaartekracht opnieuw worden bekeken, schat hij.
‘Of het iets oplevert, weet ik niet’, zegt Verlinde. Vaststaat dat de fysica met de bestaande inzichten al tientallen jaren niet echt dichter bij een oplossing voor het kosmologische raadsel is gekomen.
Interessant, maar vooral ironisch is dat de zwaartekrachtwetten geen fundamentele theorie blijken te zijn , maar eerder een statistische theorie over gedrag van een collectief van ieder voor zich onnavolgbare deeltjes, zoals de thermodynamica of de quantumtheorie. Verlinde: ‘Ik denk dat Einstein zich omdraait in zijn graf. God dobbelt niet, vond hij. En nu blijkt zelfs zijn geliefde zwaartekracht een statistische weergave van iets diepers.’
Het zijn grote inzichten met ingewikkelde consequenties, zegt tweelingbroer Herman vanuit Princeton. ‘Maar dit is zeker een heel diep idee.’
Theoreticus en KNAW-president Robbert Dijkgraaf: ‘Erik zet de wereld op z'n kop. Bekende formules worden afgeleid uit de nieuwste fysica. Maar dat is precies wat je nodig hebt voor een doorbraak.’
Laatste nieuws is dat 't Hooft het werk woensdag in Utrecht intrigerend noemde. Verlinde is er hoorbaar opgelucht over.

MEN NEME EEN ZWART GAT EN EEN HOLOGRAM
Erik Verlindes afleiding van Newtons klassieke mechanica berust op een al ouder idee van zijn leermeester en Nobelprijswinnaar (1999) Gerard ’t Hooft: alle informatie over alle deeltjes in een fysisch systeem wordt als in een hologram opgeslagen op een bol eromheen. Die voorstelling raakt aan theorieën van Stephen Hawking over de oppervlakken van zwarte gaten.
Men neme een zwart gat, een zo grote massa dat zelfs licht er niet aan kan ontsnappen als het een bepaalde horizon overschrijdt. Volgens de theorieën van Hawking heeft die bolvormige horizon een oppervlak dat evenredig is met de hoeveelheid informatie die in het zwarte gat is verdwenen. Die horizon is echter niet helemaal mathematisch glad; er is een minimale onzekerheid over waar deze zich bevindt. Dat komt omdat in de quantumwereld niets exact vaststaat. Die onzekerheid, zo liet Hawking in een beroemd geworden stelling zien, betekent dat zwarte gaten een temperatuur hebben en dus ook energie uitstralen.
Volgens ’t Hooft is op dezelfde manier rond iedere grote massa M een soort hologram te bedenken, een scherm waarop alle informatie over de hele inhoud is opgeslagen in de vorm van bits. De energie binnen de bol is netjes verdeeld over de bits op het scherm. Daarmee is ook aan het denkbeeldige holografische scherm een temperatuur toe te kennen. Die op zichzelf denkbeeldige temperatuur is volgens Erik Verlinde de sleutel tot de zwaartekracht die een massa m van massa M ondergaat.
Als een deeltje met een massa m net van de ene kant van het denkbeeldige scherm naar de andere wordt gebracht, verandert de informatie-inhoud van de bol met één bit. Die verandering maal de temperatuur van het scherm is volgens Verlinde de energieverandering van het systeem. Die energieverandering moet worden opgebracht tijdens de verplaatsing. Wie het deeltje wil verzetten, voelt dit altijd als kracht richting massa M.
Tot zover het conceptuele verhaal, dat volledig berust op gedachten over informatie en energie binnen een fysisch systeem en wat veranderingen daarin betekenen. De crux: verplaatsen van een massa geeft informatieverandering die energie kost, wat zich uit in een aantrekkingskracht.
Verlinde combineert simpele formules voor energie, informatie-inhoud, temperatuur, oppervlakten en aantallen bits, en vindt vrijwel direct twee klassieke wetten van Newton. De eerste is de versnellingswet F = ma: kracht is massa maal versnelling a van een deeltje met massa m.
De tweede is Newtons gravitatiewet, die zegt dat massa's M en m elkaar op een afstand R aantrekken met een kracht die evenredig is met de massa's en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand.

-


Martijn van Calmthout

quote:

Op maandag 26 juli 2010 20:51 schreef Haushofer het volgende:

[..]



Jij noemt de wens naar een concrete onderbouwing "met de rug tegen de muur gezet worden"? Je kunt weer in de aloude slachtofferrol vervallen, maar je kunt natuurlijk ook constructief proberen te zijn

Nogmaals, met jouw postgeschiedenis is het denk ik erg redelijk om dit van je te vragen. Het slaat nergens op om constant maar verhalen op te gaan hangen die eindigen met "kunnen jullie me nog volgen"? Als je je idee wilt verkopen zal de moeite van twee kanten moeten komen.

Als je het topic echt op slot wilt moet je maar PM'en, maar daar heb je alleen jezelf mee.

quote:

Op zaterdag 24 juli 2010 20:52 schreef SpecialK het volgende:
Tijd als kracht? Wat voor implicaties heeft dat tov hoger en lagere zwaartekracht velden? Gaat de tijd in een veld sneller dan buiten? Staat de tijd nagenoeg stil als je je bevind op een locatie waar er zo min mogelijk zwaartekracht is?

quote:

Volgens zijn theorie ontstaat de kracht door een concentratieverschil in informatie in de lege ruimte tussen twee massa's en daarbuiten.

quote:

Op maandag 26 juli 2010 22:14 schreef Haushofer het volgende:

[..]


Dit klopt niet. Een persoon die in een zwart gat valt merkt weinig als hij/zij de waarnemershorizon voorbij gaat (los van het feit dat hij/zij waarschijnlijk in stukken getrokken wordt). Zie bijvoorbeeld dit topic.

Waar baseer je dit op?

quote:

Op maandag 26 juli 2010 22:19 schreef SpecialK het volgende:
Wat moet ik me voorstellen bij een concentratie verschil eigenlijk? Deeltjes materie (volgens jou dus informatie) die tijd bevatten en die weglekken aan de omgeving?

Wat ik hier steeds uit haal is dat in vacuums er minder tijd aanwezig is en dat daardoor tijd in een vacuum trager gaat dan in een omgeving met hoge druk (veel deeltjes die tijd lekken).

Klopt het dat dit ongeveer je hypothese is of vis ik er nu compleet naast?