Voorbij Einsteins ruimtetijd: de theorie

Share Button

Op dit moment wordt er koortsachtig gewerkt aan een theorie over de realiteit voorbij Einsteins ruimtetijd. Een mysterieus kosmisch signaal kan snel de lege plekken opvullen. Vaarwel, ruimtetijd, als een viertal rebelse natuurkundigen gelijk heeft. Welkom, impulsruimte, waarin zelfs het verleden niet vaststaat….

‘Einstein ging niet ver genoeg’
Drie eeuwen lang verkeerden we in de veronderstelling dat ruimte en tijd absoluut en onveranderlijk waren. Toen kwam Einstein, die liet ziet dan de tijd van zeer snel bewegende voorwerpen langzamer verloopt. Hij smeedde ruimte en tijd ineen tot één geheel: ruimtetijd.  Op zichzelf gezien zijn ruimte en tijd betekenisloos. Alleen in relatie tot elkaar hebben ze betekenis.

Als Smolin gelijk heeft, lijkt een supernova er voor een lokale waarnemer anders uit te zien dan voor iemand op tien miljard lichtjaar afstand.

Als Smolin gelijk heeft, lijkt een supernova er voor een lokale waarnemer anders uit te zien dan voor iemand op tien miljard lichtjaar afstand.

Heeft Einstein het laatste woord? Lee Smolin, gevreesde kwelduivel van de snaartheoretici en oprichter van het Perimeter Institute voor Theoretische Fysica in het Canadese Waterloo (geen universiteit wilde niet-snaaronderzoek sponsoren), denkt van niet. Met een drietal collega’s willen ze relativiteit naar een geheel nieuw niveau tillen. Elke revolutie kent slachtoffers. In Smolins theorie moet ruimtetijd er aan geloven. Volgens Smolin leven we niet in ruimtetijd maar in een faseruimte.

De beloften van Smolins geesteskind zijn immens. Als zijn radicale claim op waarheid berust, hebben we eindelijk de oplossing voor de informatieparadox en zijn we aardig op weg naar de zo lang gezochte ‘theorie van alles’. Althans, iets dat er dicht bij in de buurt komt.

Wat is faseruimte?
Een beetje natuurkunde. Alles, zelfs lichtdeeltjes, heeft impuls. Impuls is massa maal snelheid of, zoals bij lichtdeeltjes, de constante van Planck gedeeld door de golflengte. Impuls is voor natuurkundigen absoluut heilig, nog heiliger dan de wet van behoud van energie. Dat is niet voor niets. Zowel in Einstein’s theorie als kwantummechanica blijft impuls behouden.

Faseruimte is onze bekende drie ruimtelijke en één tijddimensie, samengevoegd met een vierdimensionale impulsruimte. Wat we waarnemen is geen ruimte en tijd, maar energie en impuls. Alles wat we waarnemen berust op een voortdurende stroom van energie- en momentuitwisselingen.  Bijvoorbeeld: lichtdeeltjes reizen van de klok naar je netvlies, waar ze in zenuwimpulsen worden omgezet en naar het optische centrum van je hersens wordt gestuurd.  Hieruit construeren we een beeld van ruimte en tijd. Ook bij natuurkundige experimenten, tot deeltjesversnellers aan toe, is het niet anders.

Net zoals ruimtetijd uiteenvalt in drie ruimtelijke dimensies en één tijddimensie, valt de momentruimte uiteen in energie en drie impulsdimensies. Tot nu toe werd de impulsruimte gezien als een handig wiskundig middel om lastige berekeningen ingewikkeld te maken. Zo is de heliocentrische theorie van Copernicus overigens ook zijn opmars begonnen. Rekenen hiermee was veel makkelijker dan met de ingewikkelde epicykels van Ptolemaeus. Pas later werd deze theorie, waarbij de aarde en de planeten om de zon draaien, algemeen ook als wereldbeeld geaccepteerd.

Max Born’s profetische woorden
De Duitse fysicus (en medegrondlegger van de kwantummechanica) Max Born wees er al op dat verschillende essentiële vergelijkingen in de kwantummechanica hetzelfde blijven, of je ze nou in ruimte-tijd coördinaten uitdrukt of in impulsruimte-coördinaten. Hij vermoedde toen al dat het wel eens mogelijk zou kunnen zijn op deze manier de algemene relativiteitstheorie en kwantummechanica samen te voegen. Dit idee van Born, ‘Born reciprociteit’, had een opmerkelijk gevolg. Als ruimtetijd door de massa van sterren en planeten kan worden vervormd, kan dat ook met impulsruimte gebeuren.  Op dat moment had niemand een flauw benul van welke fysische processen impulsruimte konden laten krommen. Borns idee bleef verstoffen.

Nu beschikken natuurkundigen over krachtige computers en programma’s als Maple (of probeer het gratis Sage) en MATLAB (en voor wetenschappers zonder tienduizenden euro’s, Octave). Kortom: wat de arme Born met pen en papier moest uitrekenen, kan nu door een computer. Voeg hierbij een begaafd natuurkundige als Smolin en vuurwerk is verzekerd. Samen met zijn collega’s Laurent Freidel, ook verbonden aan het Perimeter Institute, Jerzy Kowalski-Glikman van de University of Wroclaw in Polen en Giovanni Amelino-Camelia van de Sapienza Universiteit in Rome, bestudeerde Smolin de effecten van de kromming van impulsruimte bestudeerd.

Hallucinerende uitkomst
Het viertal paste de standaard wiskundige regels toe om impulsruimte in ruimtetijd te vertalen en paste ze toe op gekromde ruimtetijd. Wat ze ontdekten was werkelijk hallucinerend. Waarnemers in een gekromde impulsruimte zullen het niet langer eens zijn over waarnemingen in dezelfde ruimtetijd. Ruimtetijd is relatief voor waarnemers in een gekromde impulsruimte. Volgens verschillende waarnemers is er iets verschillends gebeurd. Dit verschil groeit met de afstand en tijd. Hoe verder weg en hoe energierijker, hoe meer de gebeurtenis wordt uitgesmeerd in ruimtetijd, aldus Smolin.

Een voorbeeld. Stel je bent tien miljard lichtjaar verwijderd van een supernova en de fotonen van het licht hebben een energie van tien giga-elektronvolt (genoeg om toen waterstofatomen uit het niets te scheppen), dan lijkt het voor je alsof het object een lichtseconde van de plek verwijderd is dan die een lokale waarnemer heeft vastgesteld. Driehonderdduizend kilometer verschil dus, m.a.w. “relatieve lokaliteit”[2].

Maar hoe stellen we vast of Smolin en zijn geuzenbende gelijk hebben?  Hierover deel twee.

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

11 reacties

  1. Alfa schreef:

    Ik heb al zo’n afwijkend beeld van ruimtetijd, en het begrip oorzaak en gevolg in relatie hiermee. Verbaas mij Germen, en ik zal proberen een zinvolle verklaring te geven als ik kan. Mij verbazen deed je sowieso al in’t verleden, en ik heb dan ook vertrouwen in de toekomst.

  2. Alfa schreef:

    Ik ga eerst maar eens naar een tweedehands nederlandse vertaling op zoek, van ” The live of de cosmos “. Lee Smolin is nog al een controversiële denker, en werd ook lang genegeerd met zijn ideeën. Het is een enorm genie, maar aan zijn gedachtengoed heb ik geen aandacht besteed. De engelse versie kost mij teveel energie met mijn haperende geheugen, dat maakt mij te onzeker over de interpretaties.

  3. Jayd schreef:

    Hoewel ongefundeerd, ben ik ook van mening dat de ruimtetijd zich niet laat vangen door de theorien die nu bestaan. Misschien wel voor onze tijd en plekje in het heelal, maar niet voor het gehele heelal in elke tijd.
    Vooral de krachten, ruimte en tijd bij de oorsprong van het heelal (of bij zwarte gaten) kan ik niet koppelen aan de ruimtetijd theorien.

    Neem een foton die tijdens het ontstaan van het heelal zich heeft kunnen losrukken uit het energie/massa middelpunt.
    Dicht bij zo’n enorme massa, werken enorme Gravitatie krachten. Ik ben van mening dat ook de interne atoomkrachten (kern/elektromagnetische) hier groter waren dan bij ons het geval is.
    Als deze foton zich los wil rukken, met welke snelheid gebeurt dat dan? Is dit met c (lichtsnelheid, zoals wij dat hier kennen), of zou dat met een gravitatie-vector verwerkt moeten worden. Let wel dat de gravitatiekracht hier op aarde verwaarloosbaar is t.o.v. lichtsnelheid, maar dat hoeft niet bij zo’n grote massa/energie als tentijde van het ontstaan van het heelal.
    Verder kan je je ook afvragen of de afstand wel vergeleken kan worden met afstanden die we hier op aarde kennen. Met het oog op mogelijk zeer grote kern/elektromagnetische krachten, kan je je afvragen of je ruimte niet moet gelijkstellen aan de grootte van bijvoorbeeld een waterstofatoom. Met zeer grote kern/elektromagnetische krachten, zou deze afstand bij het ontstaan van het heelal kleiner zijn dan nu hier op aarde.

    Wat als bovenstaande nou waar zou zijn. Dan blijft er niks over van een vaste lichtsnelheid (implicatie is dat bij het ontstaan van het heelal de lichtsnelheid nihil was en dat verder van het middelpunt van het heelal, of over een aantal miljoen jaar, de lichtsnelheid groter is dan wij die nu kennen) en dus ook niet van E=mc2. Ik denk wel dat Energie behouden blijft, dus zou de massa moeten veranderen of is de formule niet compleet / zou anders geformuleerd moeten worden.

    Ik kan me zelf meer iets bij krachten / impuls voorstellen. Bovenstaande is hier beter mee te bevatten dan met de huidige ruimtetijd theorien. Echter, ik kan de onbekende tijd nog geen plaats hier in geven. Nog niet genoeg over nagedacht of mijn ideeen impliceren dat tijd variabel is of niet. Wel als je het aan c en afstand koppelt, maar zoals gezegd, daar moet ik nog eens goed over nadenken.

  4. Julie schreef:

    Germen, wil je misschien niet ook een artikel schrijven over de “absolute ruimte” met Aristoteles, Newton, Leibniz, Maxwell en Einstein?

  5. Julie schreef:

    De impulsruimte is gebaseerd op visuele waarnemingen.
    Een blind iemand heeft bijvoorbeeld andere waarnemingen, maar ik zou de theorie dan beperkt noemen en niet de blinde persoon die ook leeft bij dezelfde natuurwetten.

  6. Mimi2000 schreef:

    Einstein’s theorie over ruimte- en tijdsmeting uit de 20ste eeuw staat in één van de Koranische verzen (1400 jaren geleden !)
    http://www.speed-light.info/miracles_of_quran/time_relative.htm
     

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *

Advertisment ad adsense adlogger