Snaartheorie

Van Wikipedia

De snaartheorie en de daarvan afgeleide M-theorie zijn hypothesen die proberen de 4 fundamentele natuurkrachten in de natuurkunde (de elektromagnetische kracht, de sterke en zwakke kernkracht en de zwaartekracht) in één universele omvattende theorie onder te brengen.

[bewerk] Achtergrond

Er bestaan momenteel drie vormen van mechanica: De klassieke of Newtoniaanse mechanica werkt goed in alledaagse situaties, de kwantummechanica is geschikt wanneer de afstanden erg klein worden, terwijl de relativiteitstheorie de natuur op grote afstanden, onder sterke gravitatie en bij hoge snelheden beschrijft.

Meestal hebben kwantummechanica, klassieke mechanica en relativiteitstheorie hun eigen toepassingsgebied, door het verschil in grootteschaal waar ze van toepassing zijn. In sommige toepassingen heeft echter meer dan één theorie invloed, bijvoorbeeld de gravitatie op kleine schaal bij zwarte gaten en in de eerste tijd na de oerknal. Er is nog steeds geen omvattende theorie voor gevallen waar zowel relativistische als kwantummechanische effecten een rol spelen. Er zijn vier verschillende krachten: de elektromagnetische kracht, de sterke en zwakke kernkracht en de zwaartekracht. Reeds lang probeert men deze krachten te verklaren met één universele theorie. Voor de eerste drie krachten lukte dat, maar niet met de zwaartekracht. Men veronderstelt een deeltje, het graviton, dat verantwoordelijk is voor de zwaartekracht (de vierde elementaire kracht), maar dat deeltje is nog niet aangetoond.

In de snaartheorie zijn niet puntdeeltjes van nul dimensies (geen lengte en geen breedte), maar snaren, dus eendimensionale objecten, de wezenlijke elementen. We zien de snaren niet als zodanig, omdat ze zijn samengetrokken tot formaten kleiner dan wij kunnen waarnemen, tussen de Plancklengte (10^-35 meter) en de met de huidige techniek kleinst meetbare afstand 10^-15 meter. De verschillende mogelijke trillingen van deze snaren vormen wat wij waarnemen als krachten en deeltjes. Zoals een snaar van een viool verschillende tonen kan voortbrengen door de lengte van de snaar te veranderen, kan een snaar verschillende basisdeeltjes vormen, zoals quarks of elektronen.

[bewerk] Extra dimensies

De wiskundige voorstelling van de snaartheorie maakt een meerdimensionale ruimte nodig. In onze huidige wereld kennen we drie tastbare dimensies. Deze dimensies staan loodrecht op elkaar. In de moderne natuurkunde, in het bijzonder in de relativiteitstheorie, beschouwt men de tijd als de vierde dimensie.

De snaartheorie gaat er van uit dat op zeer kleine schaal de ruimte niet vier-, maar tien-, of zelfs elfdimensionaal is. De zes 'extra' dimensies zijn 'opgerold', en daardoor niet waarneembaar. Omdat we ze ook met onze deeltjesversnellers nog niet gevonden hebben, moeten ze kleiner zijn dan het formaat dat overeenkomt met de energie van deze versnellers, ongeveer 10^-15 meter.

[bewerk] Open en gesloten snaren

(aan te vullen poging tot omschrijving van deze twee soorten, strings)

In de kwantummechanica kan een theorie van open snaren geformuleerd worden, welke massaloze deeltjes veronderstelt. Massaloze deeltjes kenden we reeds in het standaardmodel van de kwantummechanica. De formulering van de theorie van de open snaren in de kwantummechanica bevat dus een van de basisdelen van het standaardmodel.

De theorie van gesloten snaren in de kwantummechanica veronderstelt eveneens vele massaloze deeltjes. Een van deze is een massaloos deeltje met spin 2. Dit komt overeen met het deeltje dat nodig is om de algemene relativiteitstheorie te beschrijven.

Een mogelijkheid is dat alle snaren, met uitzondering van die van de gravitons, open zijn, en de uiteinden zitten 'vastgeplakt' aan een dimensie. Zwaartekracht-deeltjes zijn gesloten, waardoor ze niet langer aan een dimensie vastzitten. Ze kunnen dus onze dimensies verlaten, wat zou verklaren waarom de zwaartekracht zoals wij deze waarnemen relatief erg zwak is t.o.v. de andere drie krachten.

[bewerk] Supersnaren en M-theorie

Er zijn verschillende snaartheorieën, waarvan er vijf werken met supersnaren. Deze vijf supersnaartheorieën zijn met elkaar verwant, alsof ze de werkelijkheid vanuit een verschillend standpunt belichten. Men is momenteel bezig een theorie te ontwerpen die een samenvattende formulering is van deze vijf snaartheorieën: dit noemt men de M-theorie. M kan staan voor membraan, magie, mysterie, matrix of misschien zelfs moeder: M-theorie als moeder van alle theorieën..

[bewerk] M-theorie

De M-theorie, ook wel de Master-theorie, werd gepresenteerd door Edward Witten in 1995. Het is een poging de 3 supersnaartheorieën en de 2 'heteroticstrings'-theoriën te verbinden tot één allesomvattende theorie. Opmerkelijke voorspelling in de snaartheorie is het bestaan van 10 dimensies. In de M-theorie wordt de mogelijkheid geopend van een elfde dimensie. Onderliggend uitgangspunt bij de M-theorie is dat de snaartheoriën slechts verschillende aspecten zijn van dezelfde 'wereld'. Een wereld echter die nog grotendeels onontdekt is. Een poging om te komen tot een alles verklarende theorie is de hypothese van de eenheid van tegendelen, waardoor zelfs de mogelijkheid van meer dimensies ontstaat. Deze hypothese bestaat uit een aantal stellingen:

Elk deeltje, elke samenstelling en uiteindelijk alle materie en antimaterie, bestaat uit twee complementaire, maar aan elkaar tegengestelde (antagonistische) delen, waarbij het ene deel 'supernegatief' is aan het andere. Niet alleen negatief in lading, maar ook spiegelbeeldig, kleurnegatief, omgekeerd, antiparallel, etc. Kortom: in alles het tegenovergestelde. (1) Op het (oneindig) kleinste niveau tot en met het (oneindig) grootste niveau wordt de beweging en energiewisseling bepaald door aan elkaar tegengestelde componenten die samen antagonistische harmonieparen vormen (superpositief en supernegatief). Deze harmonieparen vormen grotere harmonie(-paar) constellaties, die op hun beurt deel uitmaken van weer andere constellaties. Hierdoor is sprake van een oneindige reeks en van totale samenhang van alle delen van deze oneindige reeks. Het principe van de antagonistische harmonie (-paren) is de allesomvattende basiswet en als zodanig te vatten onder het -uit de oud Griekse filosofie voortkomende- woord Logos. In de huidige wetenschapsterminologie is het de allesomvattende theorie, ook wel de M-theorie. (2) Het negatief is niet gelijk aan -en dus niet in evenwichtige balans met- het positief, maar daarmee wel in harmonie. Dat wil zeggen dat (afhankelijk van de omgevingsfactoren) positief of negatief kan domineren, maar wel zo dat daardoor de omgevingsfactoren spiegelbeeldig reageren, waardoor in het grotere geheel sprake is van harmonie, maar op kleiner niveau of in tijd de harmonie verbroken kan lijken. De harmonie verandert onder invloed van andere elementen, waardoor een nieuwe constellatie met een nieuwe harmonie ontstaat. De beweging/ verandering is het gevolg van een verandering in de harmonie tussen de twee tegenstellingen, die op haar beurt wordt teweeggebracht door contact met een ander deeltje of constellatie, waardoor de harmonie in dat deeltje zorgt voor een verandering, conversie, in de harmonie van het eerste deeltje. (4)

(1) Antagonistische kromming. De krachten die een constellatie van deeltjes ontwikkelt zijn gekromd en zijn in vereenvoudigde voorstelling vrijwel vergelijkbaar met een magnetisch veld, waarbij de ene zijde van dit veld het supernegatief vormt van de andere zijde en de middellijn aan de ene kant positief en de andere kant negatief is. In feite is een magnetisch veld niet meer dan de werking van een constellatie van deeltjes, waarbij sprake is van een complementaire tegenpool als basisgegeven. In de relativiteitstheorie wordt uitgegaan van deze kromming, maar wordt daaraan niet verbonden dat in die kromming de krachten oplopen, dan wel dalen. Evenmin wordt daaraan verbonden dat de middenlijn van elke kromming een positieve en een negatieve pool kent, die een eenheid vormen en complementair aan elkaar zijn.

(2) Universeel principe. Dit basisprincipe is universeel en algemeen geldend; bij het DNA, met een sense en antisense (3), bij moleculen, bij materie en antimaterie, etc. en waarschijnlijk is ook sprake van een "omgekeerde oerknal", ofwel tegelijk met de uitdijing van het heelal vindt een inkrimping van het antagonistische deel van het heelal plaats . Het basisprincipe komt terug in de filosofie van vrijwel alle culturen: de logos van Heraclitus, yin yang, God en de Duivel, goed en kwaad, licht en donker, enz. De twee eenheden of strengen van een antagonistische harmonieconstellatie noemen we, naar de strengen uit een DNA molecuul, sense en antisense, waarbij sense staat voor de "positieve" lading en antisense voor de "negatieve" lading.

(3) DNA. De (tijdelijke) harmonie in een harmoniepaar wordt in stand gehouden door verbindingen, bij DNA aangeduid met 'bruggen". Verbreking van deze bruggen lijdt tot nieuwe samenstellingen/structuren, met een nieuwe harmonie en –belangrijk- een andere werking op de omgeving. Bij DNA gebeurt de verbreking van de bruggen omdat de omstandigheden vragen om een genetische vastlegging van een versterkte werking van één van de twee strengen die dan wel een "positieve", dan wel een "negatieve" werking hebben. De genetische vastlegging gebeurt doordat er een meer dan gemiddelde omgevingsreactie inwerkt op het DNA, bijvoorbeeld een zeer heftige emotie, een ernstige pijn, een voor het voortbestaan essentiële ervaring, etc. In dat geval wordt de noodzakelijke reactie op de ervaring vastgelegd in het DNA en genetisch doorgegeven aan de volgende generatie.

(4) Samenhang van alle constellaties. Een manco bij de snaartheorie is dat uitgegaan wordt van een lineaire samenhang tussen de delen van de snaar ("een elastiekje"), waardoor -populair gezegd- een trilling ergens in de snaar zich lineair doorzet in de rest van de snaar. Volgens de Logos of algemene M-theorie zijn in de complexe samenhang weer samenhangende harmonieparen te onderscheiden, die door een verandering in de constellatie van één onderdeel, in totaliteit "van toon" veranderen en wel doordat de harmonie per onderdeel telkens verandert als gevolg van de verandering van de direct samenhangende constellatie. Het gebeurt dus als het ware schoksgewijs en niet direct in alle constellaties, maar aanvankelijk vooral in die constellaties die elkaar beïnvloeden tot een nieuwe harmonie ontstaan is.

[bewerk] Geschiedenis

In 1921 ontwikkelden Theodor Kaluza en Oskar Klein onafhankelijk van elkaar het idee dat elektromagnetisme in een verenigde krachtentheorie afgeleid kan worden van zwaartekracht als er vier in plaats van drie ruimtelijke dimensies zijn, en deze vierde opgerold is in een kleine cirkel.

De officiële geboorte van de snaartheorie gaat terug tot 1970, toen drie theoretici op het gebied van elementaire deeltjes (Yoichiro Nambu, Holger Nielsen en Leonard Susskind) zich realiseerden dat de beschrijving van de sterke kernkracht door Gabriele Veneziano uit 1968, ook voor de kwantummechanica van trillende snaren geldt. Na een jaar of vijf werd deze theorie vergeten, omdat de quarks meer konden verklaren.

De snaartheorie maakte rond 1974 een rentree, toen men zich realiseerde dat deeltjes met spin 2 massa 0 moeten hebben, hetgeen overeenkomt met wat we van het graviton verwachten. Hiermee had de snaartheorie zich gepositioneerd als een "theorie voor alles", dat wil zeggen een verenigde theorie voor de vier elementaire krachten.

[bewerk] Standpunt van de wetenschap

Sommige natuurkundigen geloven dat de snaartheorie in de niet zo verre toekomst tot een universele theorie zou kunnen leiden, vooral de beroemde Amerikaanse fysicus Edward Witten heeft al veel onderzoek gedaan naar de M-theorie als een mogelijke kandidaat voor de universele unificatietheorie. Andere, even bekende, natuurkundigen verzetten zich ertegen. Nobelprijswinnaar Sheldon Glashow heeft haar met middeleeuwse theologie vergeleken, meer op geloof en gedachtespinnerij gebaseerd dan op waarnemingen en proefnemingen, en een andere Nobelprijswinnaar, wijlen Richard Feynman, deed ze botweg af als 'onzin'.

Op de website van de Universiteit van Amsterdam stond een soort persbericht n.a.v. de Spinozapremie, gewonnen door Robbert Dijkgraaf:

"Snaartheorie is de extreemste vorm van theoretische fysica en de belangrijkste kandidaat voor een kwantummechanische beschrijving van de zwaartekracht. Dat is nodig omdat de huidige theorieën, in het bijzonder de relativiteitstheorie, onvolledig zijn. Snaartheorie werkt niet met elektronen of quarks maar met een soort mini-elastiekjes die op allerlei wijzen kunnen trillen. Alle verschillende elementaire deeltjes om ons heen zouden dan ontstaan als de trillingen van een enkele snaar, zoals de boventonen van een vioolsnaar. Op deze wijze is het mogelijk ook de zwaartekracht volgens de wetten van de kwantummechanica te beschrijven. Met dat uitgangspunt kan snaartheorie bijvoorbeeld extreem zware én erg kleine objecten beschrijven, zoals zwarte gaten en het heelal vlak na de oerknal."

Omdat op snaarniveau de wetten van weerstand te verwaarlozen zijn wordt er verondersteld dat het menselijk bewustzijn op dit niveau opereert. Dit zou ook kunnen bewijzen hoe het komt dat het menselijk bewustzijn kan gewaarworden en terugvallen in het lichaam na dood te zijn geweest. (het bewustzijn zou door haar positieve lading aan elkaar blijven hangen).