Het probleem van het oeruniversum

f121

Het probleem van het oeruniversum.

...Beschouw een deeltje op het moment t = 0, of op een moment "dicht bij t = 0". Stel dat het een willekeurig signaal uitzendt, bijvoorbeeld elektromagnetische straling. Deze zal zich voortplanten met snelheid c. Na verloop van tijd t heeft de bolvormige golf een straal ct, die we horizon noemen. Maar de wet van uitbreiding, van verwijdering tussen twee deeltjes die aan een "kosmisch ondersteunend geheel" zijn gekoppeld (men zegt comobiel) heeft een parabolische vorm (die afstand groeit als t2/3). Terugreisend in de tijd vinden we altijd een periode t < th waarin de deeltjes fysiek niet met elkaar konden communiceren, omdat ze "sneller uit elkaar gingen dan de elektromagnetische golf die op een moment dicht bij nul was uitgezonden".

...De afbeelding hieronder suggereert deze autistische toestand van het universum; de witte bollen, gekoppeld aan elk deeltje, vertegenwoordigen de ruimtes waarin een buur zou moeten zijn om communicatie mogelijk te maken. Helaas overlappen ze elkaar niet, en zullen dat pas veel later doen.

...Het wordt dus moeilijk om de opmerkelijke homogeniteit van het oeruniversum te verklaren, waarvan het fossiele spoor is het kosmische achtergrondstraling van 2,7° K.

...De gangbare theorie is die van Linde: de inflatie, en dat is haar enige rechtvaardiging. Zonder in detail te treden, bestaat deze theorie erin het oeruniversum uit te rusten met een super-cosmologische constante (tijdsafhankelijk!), die een "afstotend vermogen van het vacuüm" weergeeft dat alle verbeelding te boven gaat. Hierdoor komt dan een uitbreiding tot stand van een factor tien tot de macht ik weet niet hoeveel....

Het probleem van de oorsprong.

Wat is eigenlijk dit tijdsmoment t = 0? Heeft dat een betekenis?

...Als we terugreizen in de tijd, neemt de temperatuur van het "kosmische vloeistof" toe. Ook de thermische bewegingsnelheid van deeltjes met een niet-nul massa neemt toe. Er komt een moment waarop deze snelheid relativistisch wordt. In feite nadert de energie van elk deeltje naar oneindig en zijn snelheid naar c, wanneer t naar nul nadert en de temperatuur T naar oneindig. Het eigen tijdverloop volgt dan de wet:

...Wanneer v naar c nadert, "bevriest" de eigen tijd in de klokken. Een klok definiëren wordt dan problematisch, zelfs conceptueel.

...Zo zien we dat het standaardmodel verre van perfect is. De genoemde lijst van problemen is trouwens niet uitputtend. De fundamentele natuurkunde kent vergelijkbare problemen. De theorie van superkoorden gaat gepaard met een uitbreiding van het dimensiebegrip (tien dimensies, voor veel mensen). Maar de tien-dimensionale geometrie blijft een duister woud. Terwijl 2D-oppervlakken hun geheim hebben verloren, is de classificatie van 3D- en 4D-hyperoppervlakken nog steeds niet gemaakt.

...Bovendien, wanneer we dimensies toevoegen aan het heelal, verschijnen er kenmerkende lengtes, die elk aan een dimensie zijn gekoppeld. En deze zijn onvermijdelijk... de Planck-lengte. En waar een lengte is, is ook een golflengte, die gerelateerd is aan energie via de relatie:

...De Planck-energie is aanzienlijk. Om die in te zetten, volgens klassieke methoden, zou men een versneller nodig hebben met een diameter van een melkweg. Experimentele natuurkundigen schudden hun hoofd.

...De Japanse theoreetische natuurkundige Michio Kaku ("Hyperspace, a scientific odyssey through the 10th dimension", Oxford University Press, 1995), stelt een persoonlijke, smaakvolle interpretatie voor: volgens hem is de theorie van superkoorden gewoon enkele eeuwen te vroeg. Op dit moment in de technologie is het dus gewoon een manier om zich met vrienden te vermaken.

De conferentie van Aspen.

...In 1996 publiceerde de beroemde tijdschrift Scientific American een verslag van een conferentie over superkoorden die net had plaatsgevonden in Aspen, Colorado, onder pen van Madhusree Mukerjee, staff writer. Een tekst waardig voor de Marx Brothers:

...Zoals de auteur van het artikel vermeldt, werd Jeffrey A. Harvey van de Universiteit van Chicago in 1986 gevraagd de theorie van superkoorden in zeven woorden te definiëren. Zijn antwoord was toen:

• Oh, Lord, why have you forsaken me? (God, waarom hebt U mij verlaten?)

Maar het artikel wijst erop dat God lijkt te hebben geantwoord, via de ontdekking van een nieuwe symmetrie: dualiteit.

...Witten, de optimistischste van de superkoordenmensen, denkt dat deze dualiteit niet alleen zal leiden tot de TOE (The theory of everything: de theorie van alles), maar ook "verklaart waarom het universum zo is". Hij denkt dat we convergeren naar een verklaring voor de diepere aard van de kwantummechanica.

...Weinigen werken daadwerkelijk aan deze theorie van superkoorden, die inderdaad zo complex is op alle vlakken, ook wiskundig, dat natuurkundigen en wiskundigen er moeite mee hebben om zich in te werken.

...Het artikel wijst erop dat deze "dualiteit" elementaire deeltjes en samengestelde objecten onderling verwisselbaar maakt. De specialisten spreken dan over klompen (massief, bosjes, hopen), die ze proberen te visualiseren als "hedgehogs" (egels). To curl like a hedge-hog: zich opkrullen tot een bal. Andere beelden: "bolle bollen met vectoren erop gestoken", genoemd "solitons".

...Maar deze dualiteit, zo stellen de auteurs van het concept, zou, indien zij zou bestaan, onmogelijk te waarnemen zijn (door dualiteit moet men "tweeledigheid" begrijpen: Engels woordenboek). In het artikel wordt dus verduidelijkt dat samengestelde structuren equivalent kunnen zijn door "tangled up" (verworren, verweven) te zijn en dan worden tot "elementaire objecten".

Het concept van "mirror symmetry" wordt vervolgens geopperd, zonder groot succes.

...In 1986 overwoog Duff van het Imperial College in Londen de trillingen van een nieuwe entiteit, "a bubble" (een bubbel). Terwijl de koorden zich kronkelden (wiggle) in tien dimensies, zouden de bellen zweven in een ruimte met elf dimensies. Vervolgens overwoog Duff vijfdimensionale membranen, een alternatieve beschrijving ten opzichte van koorden. Hij overwoog vervolgens dat deze membranen zichzelf konden oprollen als "de huid van een worst". En sprak over een "string-string dualiteit".

...In 1995 hield Witten een lezing in Berkeley waarin hij vermoedde dat de bellen van Duff solitonen zouden kunnen zijn van een specifieke korde die overeenkomt met de tien dimensies.

En Schwarz van het Caltech, (een van de pioniers van de theorie), voegde eraan toe:

• Ik had beter een vrachtwagenchauffeur kunnen worden!

Maar hoe dan ook, momenteel verschijnen er dagelijks tien nieuwe artikelen over superkoorden.

Een soliton "lijkt op een harige caterpillar", vol vectoren, dus "het duale object van de korde".

Duff stelde vervolgens een dualiteit van de dualiteit voor tussen ruimtes. En Susskind merkte daarop op:

De grootte en de interne dimensie van een object zou "op verschillende plaatsen" kunnen veranderen.

Townsend:

• Membranen, die zich omzetten in solitonen van koorden, zouden dezelfde status kunnen hebben als koorden. Helaas zijn de berekeningen met membranen niet zinvol.

...Er wordt dan gesproken over een huwelijk tussen koorden en zwarte gaten. Hawking had aangegeven dat zwarte gaten, omdat ze deeltjes kunnen uitstralen, dus massa verliezen en krimpen. Als ze oorspronkelijk bestonden uit koorden ("stringy black holes") zou hun evolutie ze omzetten in objecten van nul grootte: "an extremal black hole looking in fact rather like a particle". Polémiek tussen Susskind en Strominger hierover:

• Het werk van Strominger is "great", maar deze dingen zwarte gaten noemen, is toch een beetje te ver gaan.

Ter informatie: de titel van het laatste artikel van Strominger luidt: "De wereld als een hologram".

Hierbij wordt het concept van een "zwarte gat met nul massa" aangehaald.

Jeffrey A. Harvey van de Universiteit van Chicago protesteert onmiddellijk:

• Wat betekent het dat je zwarte gaten met nul massa hebt? Gaan ze dan met de lichtsnelheid? (Wat betekent het dat je zwarte gaten met nul massa hebt? Gaan ze dan met de lichtsnelheid?)

Gary T. Horowitz van de Universiteit van Californië:

• Oh, baloney! (Wat een onzin!)

Verder leest men dat koorden "zich kunnen configureren afhankelijk van hun omgeving", een dynamisch correcte oplossing aannemend (...). En Strominger voegt eraan toe:

• Ergens in het universum zouden ruimtegebieden kunnen bestaan in de vorm van druppels, waarin zwarte gaten, als ze erin doordringen, zich omzetten in koorden en vice versa. In onze omgeving zouden deze druppels kunnen lijken op schepen die navigeren in virtuele universa, die bestaan gedurende een oneindig kleine tijd, omdat ze direct verdwijnen voordat we ze kunnen observeren.

...Maar niemand lijkt nog te geloven dat "de oplossing om de hoek zit", ondanks Witten's bewering dat hij een ijsje had gewed dat de theorie tegen het einde van de eeuw rijp zou zijn.

En t'Hooft reageert met zuurheid:

• Wanneer de koordenmensen een overzicht geven, hebben ze altijd de neiging om hun resultaten op te blazen. Ze geloven gewoon blindelings in hun theorie.

In dit arena van superkoorden ontmoeten jonge en oudere mensen elkaar.

Sidney R. Coleman van Harvard:

• Op mijn leeftijd produceer je veel gas. Ik hou het liever bij (op mijn leeftijd produceert men veel wind. Ik wil liever zwijgen.).

Sheldon L. Glashow erkent dat "niets is veranderd in deze theorie":

Einde van de conferentie. De nacht valt, zegt de auteur van het artikel, en Susskind laat los:

• I personally think it's a lot of crap! (ik denk persoonlijk dat het een hoop onzin is!)

Ondanks deze crisis denken sommigen dat alles uiteindelijk wel zal regelen. De donkere materie zal worden gedetecteerd. De theorie van alles (the theory of everything) zal uiteindelijk voortkomen uit de tien-dimensionale superkoorden.

...Tot die verheven tijd, tot die gouden eeuw van kennis, zijn de volgende theoretische ontwikkelingen in feite niet beter noch slechter dan alles wat te maken heeft met donkere materie en superkoorden.

**Voorafgaand aan de presentatie van onze werkzaamheden, een verslag van een gesprek met J.M. Souriau **(4/1/98).

(mogelijk een begin van verklaring voor de huidige situatie).

• Denk je dat we nu een periode van stagnering doormaken in de fundamentele natuurkunde?

• Sinds de jaren vijftig, Feynman en de kwantumelektrodynamica, is het stil. De kwantumelektrodynamica werkt, maar eerlijk gezegd weten we niet goed waarom. Dat moet nog worden gevonden. Behalve dat hebben we niets echt opvallends gevonden.

• Maar heeft de wereld van de wetenschap ooit perioden van stagnering op fundamenteel vlak gehad, vergelijkbaar met deze? In de vorige eeuw?

• Het lijkt erop dat er een soort afwisseling is tussen vooruitgang op fundamenteel vlak en technologische toepassing, alsof mensen niet tegelijkertijd beide kunnen doen. De uitvinding van het Jacquard-weefgetouw (1752-1834), bijvoorbeeld, vertegenwoordigt een mechanische overdracht tussen handmatig werk en productie van objecten (het is ook het begin... van de informatica). In de natuurkunde, in 1788, heb je de Analytische Mechanica van Lagrange. Aan het eind van de eeuw ontdekt Navier de vloeistofmechanica, Fourier de warmte-theorie, de harmonische analyse, Fresnel brengt de fundamentele optica vooruit.

Tussen 1815 en ongeveer 1870 is het een technologische periode. Stoommachine, dus beweging van machines via chemische energie in plaats van menselijke of dierlijke kracht. Er is ook elektriciteit. Gramme ontwikkelt de dynamo in 1845. Jules Verne, rond 1870, wordt de zanger van deze technologische toepassingen. Ook de chemie, de spoorwegen, het telefoonverkeer, elektrisch lichtproductie. Maar tussen 1815 en 1870 is het vooral een tijd van technologische toepassingen.

• En wanneer begint het opnieuw?

• Rond 1870 is de geboorte van de kristallografie en het begin van de atoomtheorie, die op dat moment als speculatieve hypothese geldt. Er is ook Maxwell.

• En de groepen?

• De groepen ontstaan met de kristallografie. Sophus Lie, Klein, rond 1870. Het uitgangspunt van de groepentheorie is de kristallografie. Aan het eind van de eeuw is het atoom.

• En denk je dat dit tot 1950 doorgaat?

• Daarna is het vooral technologie, toegepaste onderzoek. In de natuurkunde is de grote sprong voorwaarts de informatica, waar niemand ooit een idee van had dat deze zou explodeer.

• En sinds 1950 is alles opnieuw gericht op technologie. En het fundamentele lijdt daaronder.

Einde van deze afwijking. .

../../../bons_commande/bon_global.htm

Sommaire article Sommaire Science Page d'Accueil

Page précédente Page
suivante

Aantal bezoeken aan deze pagina sinds 1 juli 2004** :