Beeld: Impressie van een experiment waarin zware deeltjes (uitgebeeld als de maan), een interferentiepatroon veroorzaken – een kwantumeffect – en tegelijkertijd de ruimtetijd vervormen. (Isaac Young)
Natuurkundigen van University College London (UCL) hebben een nieuwe theorie gepubliceerd¹ die zwaartekracht en quantummechanica met elkaar verenigt, met behoud van Einsteins klassieke concept van de ruimtetijd.
De moderne natuurkunde is gebaseerd op twee pijlers. De ene is de quantumtheorie, die de kleinste deeltjes in het heelal bestuurt; de andere is Einsteins algemene relativiteitstheorie, die de zwaartekracht verklaart via de kromming van de ruimtetijd. Al meer dan een eeuw doen wetenschappers verwoede pogingen om de beide theorieën met elkaar te verenigen – tot nu toe tevergeefs.
De heersende aanname is dat Einsteins zwaartekrachtstheorie aangepast oftewel ‘gequantificeerd’ moet worden om binnen de quantumtheorie te passen. Dit is de benadering van twee toonaangevende kandidaten voor een quantumzwaartekrachttheorie: de snaartheorie en de lus-quantumzwaartekracht. De nieuwe theorie, ontwikkeld door Jonathan Oppenheim (UCL), kiest een alternatieve benadering door te stellen dat de ruimtetijd ‘klassiek’ kan zijn – dat wil zeggen: helemaal niet wordt beheerst door de quantumtheorie.
Heftige fluctuaties
In plaats van de ruimtetijd te modificeren, modificeert de theorie – de zogenoemde ‘post-quantumtheorie van de klassieke zwaartekracht' – de quantumtheorie en voorspelt zij dat de ruimtetijd een intrinsieke verstoring teweegbrengt. Dit resulteert in willekeurige, heftige fluctuaties in de ruimtetijd die groter zijn dan voorzien onder de quantumtheorie, waardoor het schijnbare gewicht van objecten onvoorspelbaar wordt als er maar nauwkeurig genoeg wordt gemeten.
In een artikel, gepubliceerd door voormalige promovendi van Oppenheim, worden enkele gevolgen van de theorie bekeken en wordt een experiment voorgesteld om de theorie te toetsen door heel nauwkeurig een massa te meten, om te zien of het gewicht ervan in de loop van de tijd lijkt te fluctueren.
Het Bureau international des poids et mesures in Frankrijk weegt bijvoorbeeld routinematig een massa van 1 kilogram die vroeger de standaardkilogram was. Als de fluctuaties in de metingen van deze massa van 1 kilogram kleiner zijn dan nodig is voor wiskundige consistentie, kan de theorie worden uitgesloten. Het meetconcept is eenvoudig, maar het wegen van het object moet met ongekende precisie worden uitgevoerd.
Noten
Physical Review X / Nature Communications, 4 december
Dit is een artikel van:
Alles over Sterrenkunde
Schrijf je in op onze nieuwsbrief
En blijf op de hoogte van de laatste inzichten in wetenschap en technologie.