Emergente zwaartekracht Prof. Dr. Erik Verlinde

Emergente zwaartekracht

!  3 grote problemen met zwaartekracht !  Zwaartekracht op subatomair niveau

!  Versnelde uitdijing heelal

!  Zwaartekracht moet uitdijing afremmen

!  Er moet dus donkere energie zijn

!  Te hoge rotatie sterren in stelsels

!  Donkere materie

Emergente zwaartekracht

!  Rond zwarte gaten verschijnselen met thermodynamica beschrijven !  Thermodynamica: macroscopische verschijnselen (temp,druk) die

oorsprong hebben in microscopische natuurkunde (trillen moleculen)

!  Zijn dus emergent

!  Zo ook voor zwaartekracht

!  Benadering zwaartekracht vanuit thermodynamica impliceert dat zwaartekracht op kleinste schaal niet bestaat

!  Is dus emergent, komt alleen op grotere schaal tevoorschijn

!  DISCREPANTIE ZWAARTEKRACHT-KWANTUMMECHICA IN 1X OPGELOST!!!!!!

!  Op kwantummechanische schaal bestaat zwaartekracht dus niet

Emergente zwaartekracht

!  om de thermodynamische eigenschappen van een bad te begrijpen, hoeven we niet te weten hoe de atomen in water precies gerangschikt zijn en hoe de atomen zijn opgebouwd etc.

!  Veel belangrijker is het totale aantal moleculen, of de vraag welke bewegingsvrijheden die moleculen hebben.

!  We zijn geïnteresseerd in de informatie die de moleculen met zich meedragen.

!  Voor de zwaartekracht is de situatie hetzelfde: we kunnen de informatie zélf zien als de fundamentele bouwsteen.

!  In quantummechanica kan informatie echter ook gedeeld worden door verschillende deeltjes (di verstrengeling)

!  Quantuminformatie is niet gelokaliseerd, maar kan in een gescheiden deeltjespaar zitten!

!  Het huidige beeld is dat ruimte en tijd op quantumniveau volledig ontstaan uit niet-lokale informatie.

Emergente zwaartekracht

!  De ruimte is verbonden doordat bits op quantumniveau verstrengeld zijn. !  Wij ervaren ruimte als een continu geheel: je kunt door de

ruimte lopen, of zweven, zonder plekken tegen te komen waar 'geen ruimte is'.

!  De verstrengelingis de lijm die de quantumbouwstenen van de ruimte bij elkaar houdt.

!  Deze lijm zorgt er uiteindelijk voor dat lege ruimte op macroscopische schaal verbonden is.

!  hoeveelheid informatie gerelateerd is aan het oppervlakte dat 2 delen van de ruimte scheidt !  Dit blijkt een essentiële eigenschap van Einsteins

zwaartekrachtstheorie en is zelfs noodzakelijk is om de zwaartekrachtswetten van Einstein te kunnen afleiden.

!  Omgekeerd zou een correctie op deze relatie dus noodzakelijkerwijs moeten leiden tot een aanpassing van de zwaartekrachtswetten. Waar zou een dergelijke correctie vandaan kunnen komen?

Emergente zwaartekracht

!  De ruimte kan op twee manieren gekromd zijn

!  Negatieve kromming !  Zadel

•  Anti de Sitter ruimte •  Leidt in theorie tot grootschalige extra aantrekkingskracht. •  In ons heelal is echter het omgekeerde aan de hand: uitdijing •  Theoretisch goed begrepen

!  Positieve kromming

!  Bol

•  De sitter ruimte •  Bevat ruimte-energie (De donkere energie) •  de donkere energie leidt tot een positieve kromming, die zorgt voor

de afstotende kracht en dus versnellende uitdijing van de ruimte !  Verlinde

!  welke gevolgen hebben de extra energie en de extra kromming voor de verdeling van de informatie in de ruimtetijd?

!  ,wat betekenen die gevolgen voor de zwaartekracht?

Emergente zwaartekracht

!  In de De Sitter ruimte is er volgens Verlinde nog steeds een relatie tussen informatie en oppervlak maar is er naast de oppervlaktecomponent nóg een bijdrage aan de entropie.

!  Deze extra informatie, geassocieerd is met de donkere energie, is in Verlindes model verspreid over de hele ruimte.

!  Daarom hangt deze bijdrage aan de hoeveelheid informatie af van het volume van een stuk ruimte, en niet van de oppervlakte ervan.

!  de volumebijdrage aan de entropie meestal heel veel kleiner zal zijn dan de oppervlaktebijdrage !  De volumebijdrage zorgt ervoor dat juist op de schaal van sterrenstelsels

de zwaartekrachtswetten van Newton en Einstein niet meer exact gelden.

Emergente zwaartekracht

!  Gewone materie kan volgens Verlinde ontstaan doordat donkere energie uit het heelal wordt weggenomen en ergens wordt gelokaliseerd. !  De creatie van een massa, zoals de zon, laat echter een blijvend 'litteken' achter in een De

Sitterheelal.

!  Het heelal herinnert zich als het ware dat er een massa gecreëerd is. !  Hierdoor kromt de ruimte, waardoor andere massa's, zoals de aarde, tot de materie worden

aangetrokken. •  Die kromming beschreef Einstein al in zijn algemene relativiteitstheorie.

!  Het ontstaan van een massa beïnvloedt ook de informatieverdeling die hoort bij de donkere energie. !  Deel van de informatie nu geassocieerd met de materie

!  Het andere deel zich moet herschikken in de ruimte. !  Massa verplaatst dus informatie.

•  Een actie leidt echter altijd tot een reactie: de informatie 'duwt' ook terug.

•  Op de schaal van sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels wordt dusdanig veel materie weggenomen dat dit effect toch significant is.

•  De resulterende extra kracht wordt dan ook op deze schaal al waargenomen: het is precies de kracht die wordt toegeschreven aan de donkere materie! 

Emergente zwaartekracht

!  Op plekken waar informatie is weggehaald ontstaat lege ruimte

!  daarbuiten is de ruimte nog steeds gevuld is met informatie en energie. !  Vooral rond materie bevindt zich dus de meeste lege ruimte.

!  Dit betekent dat er rond een massa op een bepaalde afstand een overgang is van lege naar gevulde ruimte.

Emergente zwaartekracht

!  Het belangrijkste resultaat van Verlinde !  een algemene relatie tussen de daadwerkelijke hoeveelheid gewone materie

en de schijnbare hoeveelheid donkere materie.

!  Volgens hem bestaat die donkere materie zoals gezegd niet, maar we kunnen de eraan toegeschreven effecten beschrijven aan de hand van een effectieve massa

!  de massa die de donkere materie zou hebben gehad als die wél de verklaring was geweest voor de extra zwaartekracht.

!  'DONKERE MATERIE’ BLIJKT EEN REACTIEKRACHT DIE ONTSTAAT ALS INFORMATIE WORDT WEGGENOMEN OM GEWONE MATERIE TE VORMEN.

Emergente zwaartekracht

!  Emergentie (het ontstaan van zwaartekracht op grote schaal uit informatieverdeling op kleine schaal) lost wellicht drie problemen tegelijkertijd op. 1. de zwaartekracht bestaat niet op de kleinste schaal.

!  zwaartekrachtswetten op quantumschaal zijn overbodig. 2. De ruimte op quantumniveau bestaan uit informatiebits die met elkaar verstrengeld zijn.

!  Als de microtoestand van alle bits een hoge energie heeft, is de ruimte op grote schaal gezien een De Sitterheelal.

!  Dit verklaart de oorsprong van donkere energie. 3. Het creëren van een massa in een De Sitterheelal verplaatst de informatie die

geassocieerd is met de donkere energie. !  Deze verplaatsing van informatie heeft zijn weerslag op massa's aan de rand van een

sterrenstelsel. !  Deze reactiekracht komt overeen met de effecten die worden toegeschreven aan

donkere materie.

!  DE THEORIE VAN VERLINDE !  LOST IN ÉÉN KEER DE DRIE PROBLEMEN VAN DE TRADITIONELE

ZWAARTEKRACHT OP, !  LEIDT OP KORTERE AFSTANDEN TOT EINSTEIN EN NEWTON EN !  VERKLAART OP QUANTUM-NIVEAU DE OVERBRENGING VAN DE ZWAARTEKRACHT

Emergente zwaartekracht

!  Stof tot nadenken: !  Hiermee is de oerknal theorie niet meer noodzakelijk

!  Inflatie benodigd om homogene verdeling materie te verklaren

!  Alle materie gevormd tijdens afkoeling na oerknal

!  Als materie voortkomt uit energie en informatie is homogene verdeling al geborgd omdat vacuüm-energie overal gelijk is

!  Ook is er geen afkoeling meer nodig om atomen te vormen

!  Wel is een nieuwe theorie benodigd om omzetting van donkere energie en informatie naar materie meer gedetailleerd te beschrijven

•  Dit is analoog aan algemene relativiteitstheorie •  Pas na deze theorie kwamen de theorieën over bv zwarte

gaten en oerknal

Emergente zwaartekracht

!  Johannes