Onderzoekers hebben een mogelijke brug ontdekt tussen de algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica - twee vooraanstaande fysische theorieën - en dit zou ertoe kunnen leiden dat natuurkundigen de aard van ruimte en tijd heroverwegen.
De algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein beschrijft de zwaartekracht als een geometrische eigenschap van ruimte en tijd. Hoe zwaarder een object, hoe meer de ruimte-tijdvervorming ervan en deze vervorming wordt als zwaartekracht gevoeld.
In de jaren zeventig merkten natuurkundigen Stephen Hawking en Jacob Beckenstein de relatie op tussen het oppervlak van zwarte gaten en hun microscopische kwantumstructuur, die hun entropie bepaalt. Dit betekende het eerste besef dat er een verband bestaat tussen de algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica, meldt vnauke.in.ua
Minder dan drie decennia later zag de theoretisch natuurkundige Juan Maldacena een ander verband tussen de zwaartekracht en de kwantumwereld. Deze relatie heeft geleid tot de creatie van een model dat suggereert dat ruimtetijd kan worden gecreëerd of vernietigd door de mate van verstrengeling tussen verschillende oppervlakken van een object te variëren.
Met andere woorden, dit betekent dat de ruimtetijd zelf, althans zoals gedefinieerd in modellen, een product is van de verstrengeling tussen objecten.
Om deze gedachtegang verder te onderzoeken, besloten Chungjun Cao en Sean Carroll van California Institute of Technology (CalTech) om te kijken of ze de dynamische eigenschappen van zwaartekracht (zoals bekend uit de algemene relativiteitstheorie) daadwerkelijk konden afleiden door een structuur te gebruiken waarin ruimtetijd voortkomt uit kwantum verstrengeling. Hun onderzoek is onlangs gepubliceerd in arXiv.
Met behulp van een abstract wiskundig concept genaamd Hilbertruimte, konden Cao en Carroll overeenkomsten vinden tussen de vergelijkingen die kwantumverstrengeling beheersen en Einsteins algemene relativiteitsvergelijkingen. Dit bevestigt het idee dat ruimtetijd en zwaartekracht voortkomen uit verstrengeling.
"Een van de meer voor de hand liggende is om te testen of de symmetrieën van de relativiteitstheorie in deze structuur worden hersteld, in het bijzonder het idee dat de wetten van de fysica onafhankelijk zijn van hoe snel je door de ruimte beweegt", zei Carroll.
Promotie video:
De theorie van alles
Tegenwoordig kan bijna alles wat we weten over de fysieke aspecten van ons universum worden verklaard door ofwel de algemene relativiteitstheorie of de kwantummechanica. De eerste verklaart de activiteit op zeer grote schalen, zoals planeten of sterrenstelsels, uitstekend, terwijl de laatste ons helpt om zeer kleine schalen, zoals atomen en subatomaire deeltjes, te begrijpen.
De twee theorieën lijken echter onverenigbaar met elkaar te zijn. Dit bracht natuurkundigen ertoe een ongrijpbare 'theorie van alles' te zoeken - een enkele structuur die alles zou verklaren, inclusief de aard van ruimte en tijd.
Aangezien zwaartekracht en ruimtetijd een belangrijk onderdeel zijn van 'alles', zei Carroll dat hij gelooft dat het onderzoek dat hij en Cao hebben gedaan, kan helpen om een theorie te vinden die de algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica met elkaar verzoent.
"Ons onderzoek spreekt nog niet over andere natuurkrachten, dus we zijn nog ver verwijderd van 'het maken van een theorie van alles'", zei hij.
Als we echter zo'n theorie zouden kunnen vinden, zou het ons kunnen helpen een aantal van de grootste vragen te beantwoorden waarmee wetenschappers tegenwoordig worden geconfronteerd. We kunnen eindelijk de ware aard van donkere materie, donkere energie, zwarte gaten en andere mysterieuze ruimtevoorwerpen begrijpen.
Onderzoekers krijgen nu al inzicht in het vermogen van de kwantumwereld om onze computersystemen radicaal te verbeteren, en een theorie van alles zou het proces mogelijk kunnen versnellen door nieuwe perspectieven te onthullen op een nog grotendeels verwarde wereld.
