25-09-10

Doorbraak of gelul in de ruimte ?

 

25 september 2010


de Volkskrant 
 

De Amerikaanse natuurkundige Greg Landsberg zegt een nieuwe theorie over verdwijnende ruimtelijke dimensies te hebben gevonden die het antwoord zou kunnen verschaffen op allerlei netelige vragen.

 

Nederlandse collega's regeren geërgerd. 'Toe maar, dit kan er ook wel bij.'


‘Een nieuw paradigma’ noemt hij het zelf. Speculatief, jazeker, maar daarom niet minder veelbelovend.

 

Greg Landsberg, natuurkundige aan de Amerikaanse Brown University, raakt er niet over uitgepraat.

 

Samen met vier collega’s leurt hij sinds een paar maanden met het idee dat het aantal ruimtelijke dimensies in het heelal afhankelijk is van de schaal waarop je de dingen bekijkt.

 

‘Misschien levert dit een oplossing voor allerlei netelige kwesties in de deeltjesfysica en de kosmologie,’ ratelt hij over de telefoon vanuit deeltjeslaboratorium CERN in Genève. ‘En wie weet lossen we het raadsel van de tijd er ook wel mee op.’

 

Netelige kwesties zijn er volop in de moderne natuurwetenschap. Waarom zijn er bijvoorbeeld drie deeltjesfamilies in plaats van één?

 

Wat is zwaartekracht? Waarom is er meer gewone materie dan antimaterie in het heelal? Hoe komt het dat het heelal steeds sneller uitdijt?

 

Waaruit bestaat de mysterieuze donkere materie? Valt de relativiteitstheorie ooit te rijmen met de quantumfysica?

 

En, inderdaad, wat is tijd eigenlijk? Wie het allemaal weet, mag het zeggen.

 

En wie het niet weet, hoeft kennelijk ook zijn mond niet te houden.

 

De meest uiteenlopende modellen, theorieën, concepten en luchtballonnetjes vinden de laatste jaren hun weg naar wetenschappelijke blogs, preprint servers, of zelfs naar de pagina’s van Physical Review Letters. Een vijfde kracht, schaduwmaterie, asymmetrische branen – het komt allemaal voorbij.

Dimensies.jpg

De onbewijsbare snaartheorie met zijn 10^500 heelallen, stevig gepromoot door niemand minder dan Stephen Hawking, is eigenlijk nog een van de serieuzere ideeën.

 

Van de ‘verdwijnende dimensies’ van Landsberg en zijn collega’s kijkt een theoretisch fysicus nauwelijks meer op.

 

‘Buitengewoon onaangenaam’ vindt kosmoloog Vincent Icke van de Leidse Sterrewacht deze wildgroei aan ‘loze speculaties’.

 

‘Ik sta positief tegenover dwarse denkers,’ zegt hij, ‘maar je moet wel met een verdomd goed onderbouwd idee komen, wil ik het serieus nemen.

 

Nu nemen mensen onbeperkt de vrijheid om maar te zeggen wat ze blieven.

 

Neem dat snaargelul, daar is al dertig jaar niets uitgekomen dan gebakken lucht en af en toe een wiskundeprijsje.

 

Ik vind dat laf.’ Theoretisch natuurkundige Gerard ’t Hooft van de Universiteit Utrecht, op werkbezoek in Turkije, is het met Icke eens.

 

‘Men schrijft er maar op los,’ mailt de Nobelprijswinnaar. ‘Verdwijnende dimensies, toe maar, het kan er ook wel bij.’

9_Dimensions.jpg

 

Landsberg – in 1967 in Moskou geboren – ziet dat natuurlijk heel anders. Er zijn inderdaad meer theorieën dan theoretici, grapt hij met een licht Russisch accent, maar nieuwe ideeën die misschien bevestigd zouden kunnen worden door toekomstige experimenten, kun je niet zomaar negeren.

 

Afgelopen zomer, tijdens de International Conference on High-Energy Physics in Parijs, was er weliswaar veel kritiek op het ‘nieuwe paradigma’, maar toch vooral veel belangstelling. Geen wonder, aldus Landsberg, want wie weet komt de nieuwe deeltjesversneller van CERN nog dit jaar met ondersteunende resultaten.

 

Dun rietje

 

Begin vorige eeuw speculeerden Theodor Kaluza en Oskar Klein al over extra dimensies, in een vruchteloze poging om zwaartekracht en elektromagnetisme in één beschrijving te verenigen.

 

Volgens de Kaluza-Kleintheorie bestaat er naast lengte, breedte en hoogte een vierde ruimtelijke dimensie.

 

Die zou echter niet oneindig uitgestrekt zijn, maar heel compact, waardoor je er alleen op miscroscopische schaal mee te maken krijgt.

 

Alsof je een eendimensionale lijn ziet, die bij nadere beschouwing een tweedimensionaal oppervlak blijkt te zijn, heel strak opgerold tot een extreem dun rietje.

 

‘In ons model is er echter geen sprake van extra dimensies, maar van ‘verdwijnende’ dimensies,’ zegt Landsberg.

 

Hoe nauwkeuriger je kijkt, hoe minder ruimtelijke dimensies er zijn.

 

Precies andersom dus dan bij Kaluza en Klein. Op een natuurkundeworkshop in Heidelberg, vorig jaar zomer, begon het balletje te rollen.

 

‘Tijdens een etentje met twee andere natuurkundigen en twee kosmologen bleek dat die vanishing dimensions wel eens een verklaring zouden kunnen vormen voor een aantal problemen in de moderne natuurwetenschap.’

 

Om uit te leggen hoe het werkt, vergelijkt Landsberg de ruimte met een opgefrommeld vloerkleed.

 

Dat is een driedimensionale structuur, maar als je beter kijkt zie je dat het om een tweedimensionaal kleed gaat, en pak je er een loep bij, dan blijkt het hele kleed geweven te zijn van één enkele eendimensionale draad.

 

‘Op de allergrootste schaal, vergelijkbaar met de afmetingen van het waarneembare heelal, zou onze driedimensionale ruimte ook weer geplooid en gevouwen kunnen zijn tot een vierdimensionaal geheel,’ aldus Landsberg.

 

Of er op nóg grotere schaal zelfs sprake kan zijn van een vijfde dimensie, durft hij niet te zeggen. ‘Alles is mogelijk.’

 

Maar daar zit ’m nou net de kneep, volgens de criticasters – alles lijkt maar te kunnen.

‘Ik neem een exotisch idee alleen serieus als er meetbare consequenties uit tevoorschijn komen,’ zegt Icke, ‘of als er fundamentele problemen mee verklaard worden.

 

Veel andere dingen dragen weinig of niets bij, of kunnen zelfs nooit door waarnemingen en experimenten worden onderbouwd of weerlegd.

 

Dan is zo’n theorie volslagen gratuit.’ Ook snaar-theoreticus Robbert Dijkgraaf van de Universiteit van Amsterdam is bepaald niet onder de indruk: ‘Het theoretische en experimentele laagje ijs waarop Landsberg en zijn collega’s schaatsen is erg dun.’

 

’t Hooft is bij nader inzien toch net iets milder. ‘Deze mensen weten in ieder geval waar ze over praten, en zien dus zelf de moeilijkheden ook wel in,’ zegt hij.

 

‘Maar ik vind de prijs die je betaalt voor deze theorie nogal hoog: allerlei waardevolle concepten lijken te sneuvelen, en er komt weinig bruikbaars voor in de plaats.’

 

Bovendien, aldus ’t Hooft, moet alles wel ‘streng logisch in elkaar zitten, en dat heb ik nog niet gezien.’ Overigens werkt hij zelf ook aan een ‘wild idee’ dat conforme gravitatie heet. ‘Maar dat is verre van uitgewerkt en nog niet wetenschappelijk onderbouwd.’

 

Landsberg blijft voorlopig onverminderd enthousiast. Als de driedimensionale ruimte op de grootste schaal gevouwen en geplooid is, kan een ander deel van het heelal zich vlak bij het onze bevinden, op zeer kleine afstand in de vierde dimensie.

 

Tussen die ‘naburige’ delen kunnen dan quantumeffecten optreden die een beetje vergelijkbaar zijn met het beroemde Casimir-effect.

 

Dat zou mogelijk een verklaring kunnen opleveren voor de onbegrepen donkere energie, die tot de versnellende uitdijing van het heelal leidt. ‘Maar daar moeten inderdaad nog realistische wiskundige modellen voor worden uitgewerkt,’ geeft hij toe.

 

Botsingsexperimenten

 

En wat als er op microscopische schaal inderdaad dimensies verdwijnen?

 

‘Dan gaan we dat misschien zien in botsingsexperimenten in de LHC-versneller van CERN,’ zegt Landsberg, die zelf aan een van de CERN-experimenten meewerkt.

 

‘Je verwacht dan dat de deeltjes die bij een extreem energierijke botsing geproduceerd worden voornamelijk in één vlak bewegen.

 

Voorzichtige aanwijzingen daarvoor blijken een jaar of tien geleden al eens te zijn waargenomen, maar die resultaten brachten het toen niet verder dan een vrij obscuur Russisch tijdschrift, waardoor ze nooit veel aandacht hebben gekregen.’

 

‘Natuurlijk kun je theoretici niet verbieden met vergezochte ideeën te komen,’ zegt Vincent Icke.

‘Het verbieden van een theorie komt altijd van waarnemingen en experimenten. De natuur zal wel uitmaken wat mag en wat niet.’

 

Maar, verzucht hij, als de LHC-metingen niets te zien geven, kunnen Landsberg en zijn collega’s zich altijd verschuilen achter de conclusie dat de effecten dan misschien pas bij een nóg veel hogere energie optreden.

 

‘In het Engels heet dat weaseling out. Dat vind ik het glibberige eraan. Ik houd meer van mouwen opstropen en rekenen.

 

Houd je eerst maar eens bezig met de dingen die wél meetbaar zijn.’

 

Robbert Dijkgraaf ziet veel meer in de snaartheorie als route naar een oplossing voor de crisis in de deeltjesfysica en de kosmologie.

 

‘Op kleine lengteschalen vervagen onze klassieke ideeën over ruimte en dimensie misschien wel, en moeten ze worden vervangen door quantumbegrippen,’ zegt hij.

 

Maar Gerard ’t Hooft loopt ook daar niet warm voor: ‘Stephen Hawking moet zelf weten waar hij zijn geld op zet, maar de snaartheorie komt vaak ook met flutverklaringen.’

 

Zo lang er nog zo veel onenigheid is over de betekenis van een ‘gevestigd’ idee als de snaartheorie, kun je het creatieve natuurkundigen als Greg Landsberg misschien niet kwalijk nemen dat ze plezier beleven aan het speculeren over verdwijnende dimensies.

 

'Misschien was er héél kort na de geboorte van het heelal wel sprake van slechts één ruimtelijke dimensie en één tijddimensie,’ filosofeert hij er dan ook vrolijk op los. ‘Wie weet komen we er op deze manier ooit nog eens achter waarom je in de ruimte wél alle kanten op kunt, terwijl de tijd maar één richting heeft.’

 

© Govert Schilling

 

Copyright

 

http://allesoversterrenkunde.nl/artikelen/1004-Doorbraak-...