Harvard-natuurkundige Qumran Wafa is een van de sterkste voorstanders van snaartheorie. Maar deze zomer haalden andere snaartheoretici uit naar zijn laatste voorstel, dat hun ideeën in diskrediet zou kunnen brengen op basis van de tien jaar durende aanname dat donkere energie constant (constant) is. Wafa's werk impliceert dat de betekenis van donkere energie aan het veranderen is. De grillige donkere energie is een gevolg van de poging van Wafa en zijn medewerkers om de snaartheorie toe te passen op een universum als het onze, waar het vacuüm van de ruimte zelf een bepaalde energie heeft.
Als zijn hypothese (en de snaartheorie zelf) waar is, zal donkere energie, deze mysterieuze substantie, die meer dan 70% van de totale massa en energie van het universum uitmaakt en die zijn expansie versnelt, de kracht van verandering zijn. Maar aanhoudende donkere energie heeft lang gediend als basis voor veel ideeën in de snaartheorie - dus het is paradoxaal dat het wispelturige donkere energie is die kan leiden tot het succes van de theorie.
Donkere energie en snaartheorie
"Voor het eerst konden we iets leren van de snaartheorie dat kan worden gemeten", zegt wetenschapper Timm Wreiss van het Instituut voor Theoretische Fysica aan de Technische Universiteit van Wenen in Oostenrijk. "Maar ik weet niet of dit werkelijk zal gebeuren of niet."
Laten we bij het begin beginnen: we leven in een universum dat de regels lijkt te volgen. Op de grootste schaal volgen grote objecten de regels van de algemene relativiteitstheorie, waarbij ze met elkaar in wisselwerking staan door de zwaartekracht. Op de kleinste schaal volgen subatomaire deeltjes de regels van de kwantummechanica en de kwantumveldentheorie, waarbij ze op elkaar inwerken via krachtvelden die zich manifesteren als krachtdragende deeltjes. Maar de wiskunde klopt niet als je de algemene relativiteitstheorie probeert uit te leggen als een enorme uitbreiding van de kwantumveldentheorie. Een grootsere theorie, de snaartheorie, probeert de algemene relativiteitstheorie te combineren met de kwantummechanica, en daarin wordt elk deeltje voorgesteld door een klein koordje, waarvan de trillingen in een meer multidimensionale ruimte coderen voor de eigenschappen die wetenschappers waarnemen.
De theorie is echter niet helemaal juist. Het is eerder een overkoepelende wiskundige basis, een raamwerk waaruit wetenschappers theorieën kunnen afleiden over ons universum, evenals over het enorme aantal andere toegestane universums. Snaartheoretici hopen dat ons universum een van die mogelijkheden is. Anderen geloven dat de snaartheorie fundamenteel verkeerd is, maar daar gaat het nu niet om.
Snaartheorieën moeten een universum als het onze in elk aspect verklaren om als correct te worden beschouwd. Ons universum bestaat blijkbaar voor 4% uit materie (de substantie die we zien), 25% uit mysterieuze donkere materie, en de rest valt, zoals blijkt uit waarnemingen in 1988, op "donkere energie". Snaartheoretici hebben gewerkt in de veronderstelling dat de kracht van donkere energie niet verandert, en hun theorieën zijn geëvolueerd. Maar Wafa en zijn co-auteurs suggereerden deze zomer in een paper dat ons universum een donker energieveld moet hebben waarvan de waarde afneemt om te kunnen bestaan volgens de regels van de snaartheorie.
Promotie video:
Als de waarde van donkere energie verandert, zal dit belangrijk zijn voor degenen wiens theorieën uitgaan van de veronderstelling dat donkere energie constant is. "Misschien moeten we terug naar de basis", zegt Wreiss. Het zou ook het begrip van de evolutie van het universum veranderen - zowel in het verleden als in de toekomst.
De hypothese van Wafa was aanvankelijk vrij krachtig en leidde tot "enorme opwinding", zegt Wreiss. Het diende als een oproep tot actie voor snaartheoretici die vonden dat het raamwerk werd bedreigd. Sommigen zeiden meteen dat het onzin was - Stanford-natuurkundige Eva Silverstein vertelde Quanta dat de aanname gebaseerd was op andere aannames, en dat de analyse "zeer twijfelachtig" was. Anderen gebruiken dit document als een kans om te verifiëren dat hun theorieën inderdaad een universum als het onze kunnen beschrijven.
Wreiss en anderen hadden kritiek op het werk van Wafa en zijn groep, en hun meningen werden gepubliceerd in Physical Review D. Wreiss 'werk ontdekte dat sommige van de vermeende eigenschappen van ons eigen universum, in het bijzonder die geassocieerd met het Higgs-deeltje, in wezen sommige tegenspreken. wiskundige aannames. De oorspronkelijke veronderstelling was bijvoorbeeld dat het gedrag van het fysieke veld dat donkere energie aandrijft, wordt afgeleid van een wiskundige functie zonder hoogte- en dieptepunten, een lijn in een grafiek zonder pieken of dalen. Vreiss ontdekte dat de aanwezigheid van een krachtveld geassocieerd met het Higgs-deeltje een piek in deze functie vereist.
Maar Vreiss 'werk sluit Wafa's idee niet uit - Wafa verfijnde de veronderstelling alleen maar zodat het beter zou worden toegepast op het universum waarin we leven. Er zijn andere soortgelijke werken en Wafa is het eens met de verduidelijkingen.
Wat echt interessant is, is dat we binnenkort kunnen ontdekken of Wafa's werk een experimenteel geteste voorspelling van snaartheorie biedt. Dit zou het eerste aantoonbare gevolg zijn van de snaartheorie. Sommige experimenten zouden kunnen testen of donkere energie in de loop van de tijd verandert of constant blijft, en dit kan de komende jaren gebeuren.
Dus dreigt er een paradigmaverschuiving aan de horizon? "De meeste wetenschappers zullen niet zeggen dat deze hypothese waar of onwaar is", zegt Wreiss. Zelf gelooft Wafa dat hij het natuurlijk bij het verkeerde eind kan hebben, en dit spreekt ook over het belang van snaartheorie. 'Maar als Wafa gelijk heeft?', Zegt Vreiss. "Dat zou in de snaartheorie het belangrijkste zijn om een meetbare voorspelling te doen."
Ilya Khel
