f121

Het probleem van het vroege universum.

...Beschouw een deeltje op het tijdstip t = 0, of op een tijdstip "dicht bij t = 0". Stel dat het een willekeurig signaal uitzendt, bijvoorbeeld elektromagnetische straling. Dit zal zich voortplanten met de snelheid c. Na verloop van tijd t zal de bolgolf een straal ct hebben, die men de horizon noemt. Maar de wet van uitdijing, van verwijdering tussen twee deeltjes die verondersteld worden gebonden te zijn aan het "kosmische drager" (men noemt ze comobiel), heeft een parabolische vorm (deze afstand groeit als t²/³). Terug in de tijd zal men altijd een periode t < th vinden waarin de deeltjes materiële onmogelijkheid hadden om met elkaar te communiceren, omdat ze zich "sneller verwijderden dan de elektromagnetische golf die op een tijdstip t dicht bij nul werd uitgezonden zich voortbewoog".

...De onderstaande afbeelding roept deze autistische toestand van het universum op, de witte bollen, gebonden aan elk deeltje, vertegenwoordigen de volumes waarin een buur zou moeten zitten om communicatie mogelijk te maken. Helaas, ze overlappen niet, en zullen dit pas veel later doen.

...Het wordt dus moeilijk om de opmerkelijke homogeniteit van het vroege universum te rechtvaardigen, waarvan het fossiele spoor de kosmische achtergrondstraling bij 2,7° K is.

...De populaire theorie is die van Linde: inflatie, en dit is haar enige rechtvaardiging. Zonder in detail te gaan, bestaat deze theorie erin het vroege universum uit te rusten met een super-kosmologische constante (afhankelijk van de tijd!), wat een "repulsieve kracht van het vacuüm" vertegenwoordigt die alle verbeelding trotseert. Dit leidt tot een uitdijing met een factor tien tot de macht ik weet niet hoeveel....

Het probleem van de oorsprong.

Wat is eigenlijk deze tijd t = 0? Heeft dit betekenis?

...Wanneer men terug in de tijd gaat, stijgt de temperatuur van het "kosmische fluïdum". De snelheid van thermische agitatie van deeltjes met een niet-nul massa stijgt ook. Er komt een moment waarop deze snelheid relativistisch wordt. In feite, wanneer t naar nul gaat en de temperatuur T naar oneindig, gaat de individuele energie van de deeltjes naar oneindig en hun snelheid naar c. De eigentijd volgt de wet:

...Wanneer v naar c gaat, "bevroort de eigentijd in de chronometers". Een klok definiëren wordt problematisch, zelfs conceptueel.

...Men ziet dus dat het standaardmodel verre van perfect is. De lijst van besproken problemen is trouwens niet exhaustief. De fundamentele natuurkunde kent vergelijkbare problemen. De superstringtheorie gaat door een uitbreiding van de dimensionale context (tien dimensies, voor veel). Maar de decadimensionale geometrie blijft een donkere jungle. Als de 2d-oppervlakken hun mysterie hebben verloren, moet de classificatie van 3d en 4d-hypersurfaces nog worden gedaan.

....Bovendien, wanneer men dimensies aan het kosmos toevoegt, verschijnen karakteristieke lengtes, geassocieerd met elk van hen. En deze zijn onveranderlijk... de Planck-lengte. Wie lengte zegt, zegt golflengte, die is gerelateerd aan energie, volgens de relatie:

...De Planck-energie is enorm. Om deze te benutten, volgens klassieke technieken, zou men een versneller moeten hebben met de diameter van een melkwegstelsel. De experimentele fysici slaan hun handen ten hemel.

...De theoretische fysicus van Japanse afkomst, Michio Kaku ("Hyperspace, a scientific odyssey through the 10th dimension", Oxford University Press, 1995), stelt een smakelijke persoonlijke interpretatie voor: volgens hem zou de superstringtheorie simpelweg een paar eeuwen op haar tijd vooruit zijn. Op het huidige niveau van de techniek zou dit dus slechts een manier zijn om zich te vermaken onder vrienden.

Het colloquium in Aspen.

...In 1996 publiceerde het beroemde tijdschrift Scientific American een verslag van een colloquium over superstrings dat net had plaatsgevonden in Aspen, Colorado, geschreven door Madhusree Mukerjee, staff writer. Een tekst waardig voor de Marx Brothers:

...Zoals herinnerd door de auteur van het artikel, had men in 1986 Jeffrey A.Harvey, van de Universiteit van Chicago, gevraagd de superstringtheorie in zeven woorden te definiëren. Zijn antwoord was toen:

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

Maar het papier geeft aan dat God lijkt te hebben geantwoord, door de ontdekking van een nieuwe symmetrie: dualiteit.

...Witten, de meest optimistische van de superstring men, denkt dat deze dualiteit niet alleen zal leiden tot de TOE (The theory of everything: de Theorie van Alles) maar ook zal verklaren "waarom het universum zo is". Hij denkt dat men convergeert naar een verklaring van de diepe aard van de kwantummechanica.

...Weinig mensen maken zich echt druk over deze superstringtheorie, die inderdaad zo ingewikkeld is op alle vlakken, inclusief wiskundig, dat fysici en wiskundigen zich verzetten tegen het zich erin verdiepen.

...Het artikel geeft aan dat deze "dualiteit" elementaire deeltjes en samengestelde objecten uitwisselbaar zou maken. De specialisten spreken dan van clumps (massieve, bosketten, plukken) die ze proberen te visualiseren als "hedgehogs" (egels). To curl like a hedge-hog: zich krullen in een bol. Andere beelden: die van "bollen bezaaid met vectoren", genaamd "solitons".

...Maar deze dualiteit, als ze bestond, zou, zoals de auteurs van dit concept preciseren, onmogelijk blijven om aan te tonen (door dualiteit moet men "dubbele natuur" verstaan: Engels woordenboek). In het artikel wordt dus preciseren dat samengestelde structuren equivalent zouden kunnen zijn door "tangled up" (verward, verstrengeld) te zijn en dan "elementaire objecten" te worden.

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

...In 1986 had Duff, van het Imperial College in Londen, de trillingen van een nieuwe entiteit, "a bubble" (een bel), overwogen. Terwijl de strings zich kronkelden (wiggle) in tien dimensies, zouden de bubbles zweven in een ruimte met elf dimensies. Daarna overwoog Duff membranen met "vijf dimensies", alternatieve beschrijvingen, ten opzichte van strings. Hij overwoog vervolgens dat deze membranen op hun beurt konden krullen als "de huid van een worst". En hij sprak over een "string-string duality".

...In 1995 gaf Witten een lezing in Berkeley door te conjectureren dat de bubbles van Duff de solitons zouden kunnen zijn van een specifieke string die overeenkomt met de tien dimensies.

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

• Ik had een truckchauffeur moeten zijn!

Hoe dan ook, momenteel verschijnen tien nieuwe papers over superstrings elke dag.

Een soliton "lijkt op een harige rups", bezaaid met vectoren, het is dus "het duale object van de string".

Duff heeft vervolgens een dualiteit van de dualiteit voorgesteld, tussen ruimtes. En Susskind merkte op:

De grootte en interne dimensie van een object zou "van plek tot plek" veranderen.

Townsend:

• Membranen, die zich transformeren in solitons van strings, zouden dezelfde status kunnen hebben als strings. Helaas hebben de berekeningen gemaakt met membranen geen betekenis.

...Men spreekt dan van een huwelijk tussen strings en zwarte gaten. Hawking had aangegeven dat zwarte gaten, in staat om deeltjes uit te zenden, massa zouden verliezen en zouden krimpen. Als ze initieel gemaakt waren van strings ("stringy black holes") zou hun evolutie ze transformeren in objecten van nul grootte: "an extremal black hole looking in fact rather like a particle". Polemiek tussen Susskind en Strominger, over dit punt:

• Het werk van Strominger is "great", maar deze dingen zwarte gaten noemen, is toch wat overdreven.

Ter indicatie, de titel van het laatste paper van Strominger luidt: "De wereld ontworpen als een hologram".

Deze roept dan het concept van een "zwart gat van nul massa" op.

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

• What does it mean that your black holes with zero mass? Do they move at the speed of the light? (wat betekent dat, jouw zwarte gaten met nul massa? Betekent dit dat ze gaan met de snelheid van het licht?)

Gary T.Horowitz, van de Universiteit van Californië:

• Oh, baloney! (wat een nonsens!)

Een beetje verder leest men dat strings "zich zouden kunnen configureren op basis van hun omgeving", adopterend een dynamisch correcte oplossing (...). En Strominger voegt toe:

• Ergens in het universum zouden er delen van de ruimte in de vorm van druppels kunnen bestaan, waarin zwarte gaten, door erin te penetreren, zouden transformeren in strings, en vice versa. In onze omgeving zouden deze druppels lijken te navigeren in virtuele universums, die zouden bestaan gedurende een infinitesimaal tijdsinterval, aangezien ze onmiddellijk zouden verdwijnen, voordat men ze kan observeren.

...Maar niemand lijkt nog te geloven dat "de oplossing om de hoek ligt", ondanks de bewering van Witten, die een ijskegel had geweddat dat de theorie tegen het einde van de eeuw rijp zou zijn.

En t'Hoff repliceert met bitterheid:

• Wanneer de mensen van de strings een balans opmaken, hebben ze de neiging om hun resultaten op te blazen. Ze geloven simpelweg blind in hun theorie.

In deze arena van de superstrings, mengen de jongeren en de minder jongen.

Sidney R.Coleman, van Harvard:

• At my age you tend to emit a lot of gas. I'd rather not (op mijn leeftijd, heeft men de neiging om veel wind te laten. Ik prefereer stil te zijn.).

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

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

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

Ondanks deze crisis denken sommigen dat alles uiteindelijk goed zal komen. De donkere materie zal worden gedetecteerd. De Theorie van Alles (the theory of everything) zal uiteindelijk emergent, op de achtergrond van decadimensionale superstrings.

...In afwachting van deze gezegende periode, deze gouden tijd van kennis, zijn de theoretische ontwikkelingen die volgen, in het geheel, noch beter noch slechter dan alles wat betrekking heeft op donkere materie en superstrings.

Voordat we de presentatie van onze werken aanvallen, een verslag van een discussie met J.M.Souriau (4/1/98).

(misschien een begin van een verklaring van de huidige situatie).

• Denk je dat we een periode van stagnatie beleven in de fundamentele natuurkunde?

• Sinds de jaren vijftig, Feynman en de kwantumelektrodynamica, is het stilstand. De kwantumelektrodynamica werkt, maar eerlijk gezegd weten we niet goed waarom. Dit moet nog worden gevonden. Buiten dat hebben we niets echt opmerkelijks gevonden.

• Maar heeft de wereld van de wetenschappen periodes van stagnatie van het fundamentele gekend, van hetzelfde soort. In de vorige eeuw?

• Het lijkt er een soort alternatie van sprongen vooruit, in het fundamentele domein en in de technologische exploitatie, alsof mensen niet beide tegelijk konden doen. De uitvinding van de Jacquard-loom (1752-1834), bijvoorbeeld, vertegenwoordigt een gemotoriseerde relais tussen handwerk en de productie van objecten (dit is ook het begin.... van de informatica). In de Natuurkunde, in 1788, heb je de Analytische Mechanica van Lagrange. Aan het begin van de eeuw inventeert Navier de vloeistofmechanica, Fourier, de warmte theorie, de harmonische analyse, Fresnel maakt vooruitgang in de fundamentele optica.

Tussen 1815 en, zeg maar, 1870, is dit een periode van technologie. Stoommachine, dus beweging van machines door chemische energie en niet langer menselijke of dierlijke. Er is ook elektriciteit. Gramme inventeert de dynamo in 1845. Jules Verne, rond 1870, wordt de zanger van deze technologische toepassingen. Er is ook de ontwikkeling van de chemie, de spoorweg, de telefoon, de elektrische productie van licht. Maar tussen 1815 en 1870 is dit eerder een tijd van technologische toepassingen.

• En wanneer gaat het weer op?

• Rond 1870 is dit de geboorte van de kristallografie en het begin van de atomistische theorie, die op die tijd als een speculatieve hypothese figureert. Er is ook Maxwell.

• En de groepen?

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

• En naar jouw mening gaat dit tot 1950?

• Daarna, is dit vooral technologie, toegepast onderzoek. In de natuurkunde, de grote sprong vooruit is de informatica, waarvan niemand trouwens had kunnen voorspellen de explosie.

• En sinds 1950, alles heeft zich opnieuw gefocust op technologie. En het fundamentele betaalt de kosten.

Einde van deze uitstapje.

Inhoudsopgave artikel Inhoudsopgave Wetenschap Startpagina

Vorige pagina Volgende pagina

Terug naar Guide-Sciences

Aantal weergaven van deze pagina sinds 1 juli 2004: