a117

Met alleen positieve massa's is de vergelijking van Einstein:

(95)

S = c
T

waarbij S een geometrische tensor is en T de
"energie-materie" tensor. We kunnen dit uitdrukken in een vorm waarin r
(materiedichtheid) en p (druk) expliciet voorkomen.
In de klassieke relativiteitstheorie zijn beide positief.

Noem nu r+ en
p+ de bijdragen
van positieve massa's. Noem T+ de
tensor die is opgebouwd uit deze grootheden.

Negatieve materiedichtheid r- <
0 en negatieve druk p-
< 0, veroorzaakt door negatieve massa's, zouden een tensor T- opleveren.

Dan wordt de bijbehorende veldvergelijking:

(96)

S = c
(T+ + T-)

De onopgeloste problemen in de huidige astrofysica en kosmologie.

Er zijn veel onopgeloste problemen op deze twee gebieden.
We zullen hier niet het hele verhaal van de astronomie en kosmologie navertellen.
De spectroscopische methode, gecombineerd met metingen van het Doppler-effect, heeft belangrijke
gegevens opgeleverd over de chemische samenstelling en temperatuur van de chromosfeer van sterren.

Cepheïden, gebruikt als afstandsstandaarden, maken afstandsmetingen
mogelijk tot tientallen miljoenen lichtjaar.

Hulpmiddelen van de differentiaalmeetkunde hebben een nieuw inzicht gegeven in de kosmologie
(veldvergelijking, metriek) en verklaarden het roodverschuivingsfenomeen en de kosmische
achtergrondstraling.

De kernfysica heeft modellen van sterren voortgebracht, zowel voor hun
oorsprong, werking en evolutie (maar we hebben in een vorige sectie gezien dat het
neutrino-deficit van de zon een ernstig probleem oplevert voor deze stermodellen
).

De kernfysica verklaart de aanwezigheid en relatieve overvloed
van primitief helium in het universum.

Maar:

• We hebben geen theoretisch model dat de dynamiek van sterrenstelsels verklaart.
  Op dit gebied is onze benadering nog volledig empirisch.

• We weten niet hoe sterrenstelsels ontstaan en waarom ze zulke
  specifieke massa's hebben, noch hoe ze in de tijd veranderen. De spiraalstructuur is niet
  echt begrepen. De werkelijke oorsprong blijft controversieel.

• Alle sterrenstelsels zouden moeten zijn ontploft sinds miljarden
  jaren (het effect van de ontbrekende massa). De rotatiecurve, met grote perifere snelheden,
  blijft een mysterie.

• Hetzelfde probleem van ontbrekende massa bij clusters van sterrenstelsels.

• Veel sterrenstelsels zijn zeer onregelmatig. Jaren geleden pleegde de Britse
  astronoom Sir James Jeans te zeggen:

Wanneer we zulke vervormde patronen zien, kunnen we niet weerstaan
aan het idee dat een krachtige onderliggende en volledig onbekende kracht
dat veroorzaakt.

• Er lijkt een probleem te zijn met de leeftijd van het universum,
  uit de meting van de constante van Hubble, vergeleken met de geschatte leeftijd van de oudste
  sterren in ons sterrenstelsel (die behoren tot bolvormige clusters, zoals de Hercules-cluster).

• De VLS (zeer grote structuur) van het universum is
  nog steeds een onopgelost probleem. We weten niet waarom sterrenstelsels zich rondom
  grote leegtes bevinden, met een spanwijdte van 100 lichtjaar.

• De energiebron van quasars is nog steeds onbekend.

• Halton Arp heeft veel systemen van sterrenstelsels gevonden waarvan
  de roodverschuivingen de wet van Hubble schenden.

• De aard van de "gamma-flitsen": Onbekend.

• Neutronensterren werden voorspeld en honderden werden
  gevonden. Dit model heeft een kritische massa: ongeveer 2,5 zonnemassa. Geen neutron
  ster kon bestaan, met een hogere massa, omdat de interne drukkracht niet langer
  de zwaartekracht kon balanceren, zodat het object zou instorten.

Dergelijke omstandigheden moeten ergens in het universum bestaan.
Bijvoorbeeld als resultaat van de samensmelting van een paar neutronensterren. Het
"klassieke antwoord" is het zogenaamde zwart gat. Sommige astronomen "verklaren"
alle soorten fenomenen met zulke objecten. Reuzen-zwarte gaten moeten
aanwezig zijn in het centrum van sterrenstelsels of in het centrum van clusters van sterrenstelsels.
Ze "verklaren" het QSO-fenomeen. Ze "verklaren" bijna alles.

Maar directe waarnemingen lijken zeer zeldzaam. Waarom zo weinig kandidaten
?

Wanneer een object echt bestaat, vinden astronomen
na verloop van tijd veel. Voorbeeld: supernovae, roterende neutronensterren (pulsars). Waarom
zo weinig zwart-gatkandidaten?

Bovendien is de geometrie van het zwarte gat een oplossing
van de vergelijking van Einstein wanneer de tweede term verdwijnt, wanneer T =
0. Dit betekent dat deze oplossing een deel van het universum beschrijft waar
geen energie-materie aanwezig is. De veldvergelijking reduceert tot:
(97)

S = 0

• Terug naar het standaardmodel, waarom lijkt het vroege universum (waarvan
  het beeld wordt gegeven door de kosmische achtergrondstraling) zo uniform?
  Volgens het model, in de vroege tijd, konden deeltjes van het universum niet interageren,
  omdat de "horizon" ct kleiner was dan de gemiddelde afstand tussen hen. Dus,
  wat veroorzaakte de opmerkelijke homogeniteit van de CBR die we vandaag waarnemen?

• Wat is "tijd", dicht bij "t=0"? Heeft deze vraag
  enige betekenis?

Teruglopend naar het meest verre verleden, bereiken fysici
hoge-energie-omstandigheden, en de problemen die ze tegenkomen lijken vergelijkbaar met
de huidige crisis van de hoge-energie-fysica:

- Waar praten we over?

• Wie weet dat de vergelijking van Einstein, die het
  Standaardmodel ondersteunt, geen rekening houdt met het elektromagnetische fenomeen? De
  link tussen zwaartekracht en lichttheorie is nog niet gelegd. Dezelfde kloof tussen
  de quantumwereld en zwaartekracht (wat is een graviton?).

Vijftig jaar nul-fysica.

Deze titel lijkt zeer provocerend. De huidige technologische
vooruitgang is zeer indrukwekkend. Theoretische fysici dromen over de "Theorie van Alles" (TOE). Het succes van de quantummechaniek misleidt onderzoekers.
Weten jullie dat we geen manier hebben om de massa's van deeltjes te voorspellen. Het Quarkmodel
lijkt op het Ptolemaeïsche systeem.

Eeuwen geleden vond Ptolemaeus een systeem dat in staat was
de banen van planeten in de hemel te beschrijven, via een complex systeem van cirkels. Dit
was zeer efficiënt, om bijvoorbeeld eclipsen te voorspellen. Uiteindelijk gebruikte dit model
48 cirkels. Voor het Copernicaanse tijdperk. Toen de jonge koning van Spanje het
Ptolemaeïsche model van zijn leraar leerde, zei hij:

- God, als de Heer mij advies had gevraagd voordat Hij
dat alles creëerde, had ik iets eenvoudiger aanbevolen!

Falsche dingen kunnen eeuwenlang efficiënt werken. Daarom
is het neutrino-deficit van de zon, vermeld in een vorige sectie, zo fascinerend:
de quantummechaniek kan het niet verklaren. Dit is de eerste keer dat de quantummachine vastloopt.

Sommigen kijken in de richting van de superstringtheorie, die
gebaseerd is op groepentheorie. Superstring-liefhebbers denken dat alles in de wereld
kan corresponderen met verschillende structuren van een 10-dimensionale entiteit, "ruimte".
In 1714 stelde de Duitse filosoof en wiskundige Gottfried Wilhelm Leibniz iets vergelijkbaars voor
in zijn boek, Monadologia. Leibniz dacht dat
"alles gemaakt was van 'monaden'". De wereld zou een soort georganiseerd systeem van monaden moeten zijn,
maar hij kon zijn idee niet verder ontwikkelen.

Superstring-liefhebbers zoeken hun moderne tien-dimensionale monade.

Dit alles leidt tot werkelijk surrealistische uitwisselingen in
colloquia, zoals die recent plaatsvond in Aspen, Colorado. De krant
Scientific American berichtte in zijn editie van januari 1996, in een artikel
getiteld "Explaining everything," door Madhusree Mukerjee, staff writer.

Op zoek naar dit magische object dat verondersteld wordt het tien-dimensionale
universum te organiseren, spreken sommige mensen over "spiked spheres", egels vol
vectors, of "hairy caterpillars", membranen met vijf dimensies (Duff, van
Imperial College in Londen), in staat om op zichzelf te rollen "als de huid van een worst."

Schwarz, van Caltech (een van de pioniers van de theorie),
voegt toe, "Ik had een truckbestuurder moeten zijn!"

Anderen spreken van "zwarte gaten met nul massa."

Jeffrey A. Harvey, van de Universiteit van Chicago, riep uit:

"Betekent dat dat je zwarte gaten nul massa hebben?
Bewegen ze met de snelheid van het licht?"

"Nee, ze hebben niets, geen momentum," Gary T. Horowitz
van de Universiteit van Californië in Santa Barbara draait zich om te antwoorden.

"Oh, nonsens!" Dat was Leonard Susskind van Stanford.

Ze hebben geen energie, geen momentum -- er is daar niets!"
Harvey protesteert.

Strominger: "Ergens in het universum kunnen delen van de ruimte
bestaan in de vorm van kleine druppels, waarbij zwarte gaten binnen deze druppels
worden omgezet in strings, en vice versa. In onze omgeving kunnen deze
kleine druppels lijken te navigeren in virtuele universums, die zouden bestaan
voor een infinitesimale periode van tijd, omdat ze onmiddellijk zouden verdwijnen,
voordat ze waargenomen kunnen worden.

Susskind: "Ik denk persoonlijk dat het veel nonsens is."

In 1986 vroeg iemand een onderzoeker om de "Theorie
van Alles" samen te vatten in zeven woorden, en hij antwoordde:

• Oh, Heer, waarom hebt U mij verlaten?

Dit alles is interessant, maar het is niet voorbij, zoals we kunnen zien.
Nooit in de geschiedenis van de fysica heeft een corpus van theorieën aanleiding gegeven tot
zulke convulsies als nu, wanneer tien artikelen per dag over dit onderwerp worden gepubliceerd. En
we kunnen niet zeggen of de berg een muis zal baren of de muis een berg.