Plus

De 5 belangrijkste conclusies van 'nieuwe Einstein' Erik Verlinde

Natuurkundige Erik Verlinde publiceerde dinsdagnacht een revolutionair artikel, dat hem de nieuwe Einstein kan maken. Niet materie, maar informatie is de bouwsteen van alles.

Erik Verlinde Beeld Bob Bronshoff

Het artikel van fysicus Erik Verlinde (54) kan een aardverschuiving veroorzaken in de natuurkunde. Verlinde, hoogleraar theoretische fysica aan de Universiteit van Amsterdam, zet met zijn 'emergente zwaartekrachttheorie' de theorieën van zijn voorgangers op losse schroeven.

Dit zijn de vijf belangrijkste conclusies:

1. Zwaartekracht is niet fundamenteel.
Volgens Verlinde is zwaartekracht, net als temperatuur, een product van iets anders. Bij temperatuur is dat 'iets anders' het gedrag van deeltjes.

Bewegen die deeltje harder, dan knallen ze ook harder tegen de zenuwen in onze huid en dat voelen we als warmte. Het 'iets anders' dat onder zwaartekracht schuilt, is volgens Verlinde informatie (zie punt 2).

Eigenlijk trok Verlinde deze conclusie al in 2010, in zijn vorige publicatie. Hij liet toen zien dat zwaartekracht de prijs is die je moet betalen wanneer je informatie heen en weer gaat schuiven.

Informatie wil helemaal niet verplaatst worden, impliceerde hij, en daarom 'kost' het iets om dat toch te doen. Dat veroorzaakt de zwaartekracht.

Uit dat inzicht leidde Verlinde in 2010 de zwaartekrachtwetten van Newton af. Anderen hebben de afgelopen jaren uit hetzelfde principe ook de Einsteinvergelijkingen kunnen afleiden. Verlindes nieuwe publicatie vervolmaakt die exercitie.

2. Informatie is de belangrijkste bouwsteen van de werkelijkheid.
Informatie, of eigenlijk: kwantuminformatie, blijkt in de theorie van Verlinde de belangrijkste bouwsteen van de werkelijkheid. Informatie blijkt niet alleen onder zwaartekracht te schuilen, maar ook onder ruimte en tijd.

Deze basisblokken van het kosmisch toneel waarop de ideeën van Einstein zich afspelen, zijn volgens Verlinde (en voorgangers zoals de Nederlandse Nobelprijswinnaar Gerard 't Hooft) niet het eindstation van de fysica. Je kunt nog een begrips­laag dieper graven en dan kom je volgens Verlinde uit bij informatie.

Alles is in die visie in zekere zin gemaakt uit informatie. Toch bestaat er nog geen theorie die beschrijft hoe een verzameling bits (de nullen en enen waarmee wij informatie beschrijven) 'weten' dat ze ruimte en tijd moeten vormen.

Net zo min snappen we hoe bits deeltjes of - pak 'm beet - een mens maken. Het enige dat Verlinde en zijn voorgangers laten zien, is dat wanneer je gaat rekenen vanuit deze informatievisie, je een aantal fundamentele problemen kunt oplossen die fysici al jaren achtervolgen.

3. Donkere materie en donkere energie zijn niet langer onbegrepen.
Donkere materie is een mysterie. Fysici kunnen die alleen indirect meten, aan de hand van de zwaartekracht ervan. Het bestaan van deze materie zou verklaren waarom sterrenstelsels sneller draaien dan mogelijk moet zijn: ze worden tegengehouden door de 'extra' zwaartekracht van donkere materie.

Donkere energie verklaart op zijn beurt waarom het heelal versneld uitdijt. Eigenlijk zou je verwachten dat de uitdijing van het universum vertraagt, na de eerste zet die onze kosmos kreeg tijdens de oerknal. Dat blijkt echter niet het geval te zijn. In het basale weefsel van het universum zit 'iets' verstopt, dat het universum continu een extra zetje geeft. Dat 'iets' is donkere energie.

Omdat Einstein bewees dat energie en massa twee kanten van dezelfde medaille zijn, bekijken kosmologen deze hele situatie het liefst in termen van energie. En wie de energiehuishouding van de kosmos in kaart brengt, komt al snel tot schokkende conclusies.

Van alle energie in het universum blijkt namelijk slechts 5 procent tot de ons bekende materie te behoren. Verder bestaat 27 procent uit donkere materie. Het overige deel, een overweldigende 68 procent, is donkere energie. We snappen er, kortom, niets van.

68%

Wie de energiehuishouding van de kosmos in kaart brengt, komt tot schokkende conclusies. Zo bestaat liefst 68% uit donkere energie.

Tot nu dan. Beide problemen hebben immers ook te maken met zwaartekracht. Donkere materie veroorzaakt 'extra' zwaartekracht, en donkere energie is een soort antizwaartekracht die het heelal uit elkaar duwt.

Je kunt dus al aanvoelen dat Verlindes theorie een uitkomst zou kunnen bieden. Dat blijkt ook het geval te zijn. Verlindes beschrijving van de kosmos in termen van informatie zorgt voor een logische verklaring voor deze twee grootheden. Dat gebeurt dankzij een update van het zogeheten holografische principe van Verlindes leermeester Gerard 't Hooft.

4. De wereld om ons heen is een illusie.
Het holografisch principe is misschien wel het lastigste principe uit de theoretische fysica. Wij leven volgens sommige natuurkundigen in een hologram, een illusie: alle informatie van het universum zit gevangen op een schil om de kosmos heen. Die schil zit op de grootst mogelijke afstand die denkbaar is, de denkbeeldige rand om het universum.

Met andere woorden: de wereld om ons heen is niet echt, maar het gevolg van een bizar spel van enen en nullen op een oppervlak dat miljarden lichtjaren van ons verwijderd is.

Bij een hologram zit alle informatie ook gevangen op een tweedimensionaal oppervlak, al is die informatie wel een beetje verstrooid. Door naar dat oppervlak te kijken zie je niets dat duidt op hoe het hologram eruit gaat zien. Maar als je weet hoe het hologram werkt en je schijnt er op de juiste manier een licht op, ontstaat vanzelf een prachtig driedimensionaal beeld.

Net zo gaat het met de kosmos, bedacht Gerard 't Hooft. Later vertaalden fysici dat idee naar de wiskundige taal van de snaartheorie.

Daarbij bleef één probleem over. De snaartheorie beschrijft niet de echte kosmos, maar een universum waarmee je iets makkelijker kunt rekenen, eentje die niet versneld uitdijt.

Verlinde heeft het holografische principe daarom vertaald naar de echte kosmos en komt daarbij tot een nieuwe conclusie. Hij stelt dat informatie helemaal niet uitsluitend gevangen zit op een tweedimensionale schil. De informatie zit in het ware heelal volgens hem ook in het driedimensionale binnenste.

Deze aanname zorgt voor subtiele aanpassingen op Einsteins wetten. Die aanpassingen blijken vervolgens zowel het bestaan van donkere materie te verklaren als van donkere energie.

5. Verlindes ideeën vormen een mogelijke opstap naar de 'theorie van alles'.
Het belangrijkste probleem in de huidige fysica is dat de algemene relativiteitstheorie van ­Einstein niet wil samenwerken met de kwantummechanica. De oorzaak is opnieuw die vermaledijde zwaartekracht.

De algemene relativiteitstheorie beschrijft de zwaartekracht aan de hand van het gedrag van ruimte en tijd. Maar de kwantummechanica kan de zwaartekracht met geen mogelijkheid in formules vangen. De kracht blijkt simpelweg niet te passen in de microwereld van deeltjes die de theorie beschrijft.

De nieuwe theorie van Verlinde beschrijft zwaartekracht, ruimte en tijd als het spel van kwantuminformatie op een dieper, nog onbegrepen kosmisch toneel. Dat opent de deur naar een nieuwe natuurkundige beschrijving van de werkelijkheid.

Een beschrijving die zowel de relativiteitstheorie als de kwantummechanica zou kunnen vervangen. Als dat lukt, zal Verlinde de geschiedenisboeken ingaan als de nieuwe Einstein.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met Het Parool?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van Het Parool rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@parool .nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden