Van hologram naar stopverf

RECENSIE - Dat de moderne natuurkunde woorden tekort komt om zijn eigen theorieën te beschrijven, is maar al te goed bekend. Het probleem is ongeveer een eeuw oud, zo oud als de kwantummechanica, en begon waarschijnlijk met het beeld van het ‘ineenstorten van de golffunctie’, een virtuele catastrofe die zich elke keer voltrekt wanneer we de wereld observeren.

Want zonder waarneming, zonder meting, is het heelal een zee van mogelijkheden, een golf van waarschijnlijkheden. Alles en niks tegelijk.

Een andere taalkundige vondst die bij nadere beschouwing als een worm in het brein blijft steken, is het zwarte gat. Een oneindig klein onzichtbaar object waarin alles dat door zijn zwaartekracht gevangen wordt, in hetzelfde niets verdwijnt. Ook hier doet de natuurkunde een dringend beroep op het menselijk vermogen om na verloop van tijd waanzinnige ideeën normaal te gaan vinden.

Maar we zijn er nog niet. Grotere waanzin staan voor de deur. We mogen dus van geluk spreken dat natuurkundige Erik Verlinde een heel eenvoudige metafoor heeft bedacht voor zijn visie op de kosmos. Stopverf. Zo komt de lezer van ‘Elastisch universum’ toch op zijn pootjes terecht. Nou ja, een beetje.

Contra Stephen Hawking

Dat het nog veel gekker kon lopen, bleek een aantal jaren geleden, toen een aantal fysici, waaronder landgenoot Gerard ’t Hooft, een ‘overwinning’ behaalde op de grote Stephen Hawking. Die laatste had altijd volgehouden dat wanneer een ster (of planeet, of astronaut) in een zwart gat verdwijnt, werkelijk ALLES voorgoed verdwijnt.

Zijn tegenstrevers toonden echter aan dat één zaak nooit verloren gaat: informatie. Die bleef bewaard en wel op de ‘schil’ van het zwarte gat. Die ‘schil’ is de grens waarbinnen zelfs fotonen niet meer aan de zwaartekracht kunnen ontsnappen. En die schil, moet u voorstellen, bevat geen informatie, nee, ze bestaat uit informatie. Uit bits.

’t Hooft zette dit idee vervolgens op zijn kop. De kosmos is zélf ook een zwart gat. Als een zwart gat niets is met daaromheen een bits-schil, dan is de kosmos dat ook. Niets, omgeven door informatie. Eigenlijk, aldus ’t Hooft, is de kosmos een hologram. Niet meer dan een schim, opgeroepen door de realiteit op de buitenste rand. Sterker nog, eigenlijk (Gerard was nog niet klaar) is de kosmos een kwantumcomputer. Alles wat we zien en meemaken, zijn in wezen slechts interacties, operaties tussen die bits daar op de buitenste rand van de kosmos. Bent u daar nog? Nee dus. U bestaat niet echt.

Waar is de donkere materie?

Gerard ’t Hoofts ‘holografische principe’ is een verleidelijk idee. Op basis daarvan kun je namelijk, met een wiskunde die slechts de ingewijden kunnen volgen, de einsteiniaanse fysica afleiden. Da’s sterk.

Maar een nieuwe fysica moet eigenlijk meer kunnen. Astronomen zijn namelijk de afgelopen decennia op grote problemen gestuit. Als ze de zwaartekracht meten, en naar de sterren kijken, moeten ze constateren dat het grootste deel van de materie die deze zwaartekracht zou veroorzaken, niet te zien is. Ze zoeken dus naar ‘donkere materie’. En voorlopig zonder resultaat.

En ook zien ze dat de uitdijing van het heelal niet vertraagt (zoals je mag verwachten) maar juist versnelt. Om dat te verklaren, moesten ze een anti-zwaartekracht verzinnen: ‘donkere energie’. Beide donkere zaken bezorgen de wetenschap momenteel zware hoofdpijn. En dan is er nóg een probleem, van meer theoretische aard. Enter Erik Verlinde.

Erik Verlinde

Elastisch universum is een ABC. En het woord bij de letter a is ‘autosleutel’. Verlinde, een leerling van ’t Hooft, werd tijdens een vakantie beroofd van zijn autosleutels en paspoort. Omdat hij gedwongen in zijn vakantiehuis moest blijven, besloot hij eens iets na te rekenen wat hem al geruime tijd dwars zat.

Als snaartheoreticus wist hij dat ruimte en tijd niet bestaan, maar voortkomen uit de vele dimensies van de snaartheorie. Wat buiten de theorie viel, was de zwaartekracht. Die moest je er maar bij bedenken.

Verlinde was uiteraard ook goed op de hoogte van het holografische principe. Kon dát wellicht de zwaartekracht verklaren? Verlinde, die toch niks anders kon doen, ging er eens voor zitten. Hij rekende en tekende, en ontdekte dat zwaartekracht inderdaad verklaard kon worden – maar dan uit het verplaatsen van informatie, van bits.

Zwaartekracht (bent u daar nog?) is de elastische energie van ketens kwantuminformatiedeeltjes. Verlinde constateerde dat niet álle informatie aan de rand van het heelal hangt maar ook deels ín de kosmos zit. En op basis daarvan kon hij tijd, ruimte en materie zó beschrijven dat hij geen behoefte had aan donkere materie en donkere energie. Zijn visie werkt uitstekend – maar een werkelijk empirisch bewijs is nog niet voorhanden.

Stopverf

Resteert het probleem wat die verstrengelde kwantumbits precies zijn, en wat ze doen. En dan is er (voor Verlinde in elk geval) nog de vraag of de Oerknal heeft bestaan. Hij denkt van. Zoveel informatie in een kwantummechanisch allerkleinste ‘oerstip’… hij denkt dat het niet kan. Ook die uitdijing is dus een illusie, net als donkere materie.

Wat is het heelal? Stopverf, constateert Verlinde. En dat is uiteraard na al deze onbegrijpelijke omzwervingen een grote opluchting. Zoals stopverf bestaat uit lange moleculaire ketens (en daar zijn elasticiteit aan ontleent), zo is het elastisch universum van ruimtijd en zwaartekracht, het resultaat van lange ketens kwantumbits.

En nee, die bits krijgen we nooit te zien. Ze zijn nogal klein. Als een quark zo groot zou zijn als de maan, schrijft George van Hal (we zijn bij de letter Y, trefwoordje: yoctometer) zou een kwantumbit zo groot zijn als een atoom.

En daar is hij iedereen weer kwijt.

– George van Hal, Elastisch universum, ABC van de baanbrekende ideeën van Erik Verlinde, Fontaine Uitgevers, 7,95 euro (e-book 3,99)