Twee kanten van de medaille trillen op dezelfde snaar

Albert Einstein is er nooit in geslaagd om een ​​uniforme theorie te creëren die de hele wereld in één samenhangende structuur verklaarde. In de loop van een eeuw combineerden onderzoekers drie van de vier bekende fysieke krachten tot wat zij het standaardmodel noemden. Er blijft echter een vierde kracht over, de zwaartekracht, die niet helemaal in dit mysterie past.

Of misschien wel?

Dankzij de ontdekkingen en conclusies van natuurkundigen die verbonden zijn aan de beroemde Amerikaanse Princeton University, is er nu een kans om de theorieën van Einstein te verzoenen met de wereld van elementaire deeltjes, die wordt beheerst door de kwantummechanica.

Hoewel het nog geen "theorie van alles" is, onthult werk dat meer dan twintig jaar geleden is uitgevoerd en nog steeds wordt aangevuld verbazingwekkende wiskundige patronen. Einsteins zwaartekrachttheorie met andere gebieden van de natuurkunde - voornamelijk met subatomaire verschijnselen.

Het begon allemaal met voetafdrukken gevonden in de jaren 90 Igor Klebanov, hoogleraar natuurkunde aan Princeton. Hoewel we eigenlijk nog dieper zouden moeten gaan, in de jaren 70, toen wetenschappers de kleinste subatomaire deeltjes bestudeerden genaamd quarks.

Natuurkundigen vonden het vreemd dat, ongeacht met hoeveel energie de protonen in botsing kwamen, de quarks niet konden ontsnappen - ze bleven steevast gevangen in de protonen.

Een van degenen die aan dit probleem hebben gewerkt, was Alexander Polyakovook hoogleraar natuurkunde aan Princeton. Het bleek dat de quarks aan elkaar zijn "gelijmd" door de toen nieuw benoemde deeltjes prijs mij. Een tijdlang dachten onderzoekers dat gluonen "strings" konden vormen die quarks aan elkaar binden. Polyakov zag een verband tussen deeltjestheorie en stru theoriemaar kon dit niet onderbouwen met enig bewijs.

In latere jaren begonnen theoretici te suggereren dat elementaire deeltjes eigenlijk kleine stukjes trillende snaren waren. Deze theorie is succesvol geweest. De visuele verklaring kan als volgt zijn: net zoals een trillende snaar in een viool verschillende geluiden voortbrengt, zo bepalen snaartrillingen in de natuurkunde de massa en het gedrag van een deeltje.

In 1996, Klebanov, samen met een student (en later een promovendus) Steven Gubser en postdoctoraal onderzoeker Amanda Peet, gebruikte snaartheorie om gluonen te berekenen, en vergeleek de resultaten vervolgens met snaartheorie voor.

De teamleden waren verrast dat beide benaderingen zeer vergelijkbare resultaten opleverden. Een jaar later bestudeerde Klebanov de absorptiesnelheden van zwarte gaten en ontdekte dat ze deze keer precies overeenkwamen. Een jaar later, de beroemde natuurkundige Juan Maldacena vond een overeenkomst tussen een speciale vorm van zwaartekracht en een theorie die deeltjes beschrijft. In de daaropvolgende jaren werkten andere wetenschappers eraan en ontwikkelden ze wiskundige vergelijkingen.

Zonder in te gaan op de subtiliteiten van deze wiskundige formules, kwam het allemaal neer op het feit dat zwaartekracht en subatomaire interactie van deeltjes zijn als twee kanten van dezelfde medaille. Enerzijds is het een uitgebreide versie van de zwaartekracht ontleend aan de algemene relativiteitstheorie van Einstein uit 1915. Anderzijds is het een theorie die grofweg het gedrag van subatomaire deeltjes en hun interacties beschrijft.

Het werk van Klebanov werd voortgezet door Gubser, die later hoogleraar natuurkunde werd aan ... Princeton University natuurlijk, maar helaas stierf hij een paar maanden geleden. Hij was het die jarenlang betoogde dat de grote eenwording van de vier interacties met de zwaartekracht, inclusief het gebruik van snaartheorie, de natuurkunde naar een nieuw niveau zou kunnen tillen.

Wiskundige afhankelijkheden moeten echter op de een of andere manier experimenteel worden bevestigd, en dit is veel erger. Tot nu toe is er geen experiment om dit te doen.

Zie ook: