Op zoek naar een quantumbeschrijving van

de zwaartekracht

Marcel Vonk (UvA)Viva Fysica, 1 februari 2013

2/23

Licht is een golfverschijnsel.

Dit zien we bijvoorbeeld aan het feit dat licht interferentie vertoont.

Quantumzwaartekracht

3/23

Maar… licht lijkt ook uit deeltjes te bestaan!

Hoe kunnen we begrijpen dat licht beide eigenschappen heeft?

Quantumzwaartekracht

4/23

Quantumzwaartekracht

Max Born (1924): de golven moeten worden gezien als kansverdelingen, die zeggen hoe groot de kans is om een deeltje ergens te vinden.kleine kans grote kans

5/23

Quantumzwaartekracht

Gevolg: een quantumdeeltje lijkt elk mogelijk traject af te leggen.

De wiskunde wordt daardoor flink lastig!

6/23

Quantumzwaartekracht

Richard Feynman vond in 1948 een betrekkelijk eenvoudige manier om die wiskunde te doen.

Feynmandiagrammen

7/23

Quantumzwaartekracht

Probleem: Feynmandiagrammen bevatten punten (van grootte 0) waar de interactie plaatsvindt…

…en dit leidt tot oneindigheden in de uitkomsten!

8/23

Quantumzwaartekracht

Voor drie van de vier natuurkrachten kunnen we dit probleem oplossen.

Renormalisatie

9/23

Quantumzwaartekracht

De vierde kracht is de zwaartekracht.

Op grote schaal wordt deze kracht enorm goed beschreven door de algemene relativiteitstheorie.

10/23

Quantumzwaartekracht

Maar op kleine schaal blijkt de renormalisatieprocedure voor zwaartekracht niet te werken.

De oneindigheden blijven hardnekkig aanwezig!

11/23

Quantumzwaartekracht

Een mogelijke oplossing werd gevonden in de jaren ’80, voortbouwend op werk uit 1968.

Snaartheorie!

12/23

Quantumzwaartekracht

Als we aannemen dat elementaire deeltjes snaren zijn, zijn er geen oneindigheden meer.

13/23

Quantumzwaartekracht

Met dit idee kunnen we inderdaad de zwaartekracht beschrijven.

Als bonus krijgen we ook allerlei extra krachten die lijken op de andere drie.

…

14/23

Quantumzwaartekracht

Bijkomend probleem: in de meest natuurlijke beschrijving heeft snaartheorie 10 dimensies.

15/23

Quantumzwaartekracht

Oplossing: we kunnen deze dimensies oprollen.

Maar dit kan op enorm veel manieren, die elk leiden tot andere natuurwetten.

16/23

Quantumzwaartekracht

Is snaartheorie juist, en kunnen we er wel iets mee?

Betere vraag: waarom werkt de theorie, en wat kunnen we leren?

17/23

Quantumzwaartekracht

Op zoek naar algemene lessen die de snaartheorie ons leert.

Een belangrijke les is het holografisch principe.

18/23

Quantumzwaartekracht

Er is vaak een dualiteit tussen theorieën met zwaartekracht en theorieën zonder zwaartekracht.

…vaak in een verschillend aantal dimensies.

19/23

Quantumzwaartekracht

Moeilijke berekeningen aan één kant zijn vaak erg makkelijk aan de andere kant.

Toepassing: gecondenseerde materie.

20/23

Quantumzwaartekracht

Minstens even interessant: we kunnen zelfs zonder gedetailleerde theorie vragen over quantumzwaartekracht beantwoorden.

Bijvoorbeeld: informatieparadox

21/23

Quantumzwaartekracht

Uiteindelijk leidt dit tot een heel nieuw beeld van wat de zwaartekracht eigenlijk is.

22/23

Quantumzwaartekracht

Kortom: nog geen volledige theorie van de quantumzwaartekracht…

…maar door de snaartheorie en soortgelijke ideeën leren we dagelijks nieuwe dingen!

23/23

Vragen?

Binnenkort ook: www.quantumuniverse.nl

Quantumzwaartekracht