Brontekst bekijken

== '''Einsteins droom''' ==


De droom van Albert Einstein was het vinden van een theorie die alles in het heelal kon verklaren, van de oerknal tot de zwaartekracht. In de tijd van Einstein waren er echter maar twee krachten bekend: de zwaartekracht en elektromagnetisme. Einstein dacht dat, als hij deze twee krachten kon verenigen, het hele heelal verklaard kon worden. De laatste 30 jaar van zijn leven besteedde hij aan het zoeken naar deze theorie, maar helaas is hij gestorven, voor hij kans kreeg zijn theorie af te maken.

De snaartheorie, de theorie die erom bekend staat dat hij op een dag het heelal kan verklaren, is een zeer complexe theorie die zelfs de wetenschappers, die zich er dagelijks mee bezig houden, moeilijk te begrijpen is. Desalniettemin zal ik in dit artikel proberen uit te leggen wat de snaartheorie is, wat snaren zijn en hoe de theorie werkt.

Om dit te begrijpen, zal ik eerst kort vertellen over de vier krachten: zwaartekracht, elektromagnetisme en de zwakke- en sterke kernkracht. Daarna zal ik het hebben over de kwantummechanica, de snaartheorie en, uiteindelijk, de M-theorie.



== '''Zwaartekracht''' ==


Isaac Newton ontdekte in 1666 de zwaartekracht. Helaas wist Newton zelf niet hoe deze kracht werkt. Hij dacht dat de zwaartekracht direct invloed heeft op materie. Stel, bijvoorbeeld, dat de zon plotseling zou verdwijnen, dan zou volgens Newton de aarde (en natuurlijk de andere planeten) uit hun baan gaan.

Begin 20e eeuw stelde Albert Einstein deze theorie drastisch bij in zijn relativiteitstheorie. Deze theorie geeft een betere en nauwkeurigere beschrijving van de zwaartekracht, zoals bijvoorbeeld het afbuigen van lichtstralen in de buurt van sterren. Volgens Einstein zou, als de zon nu plotseling zou verdwijnen, het 8,3 minuten duren voor wij dat op aarde zouden merken. Met andere woorden: de aarde zou, na het verdwijnen van de zon, pas na 8,3 minuten uit zijn baan gaan, en niet direct zoals Newton dacht.



== '''Elektrozwak''' ==


Elektrozwak is een verenigde kracht die bestaat uit de zwakke kernkracht en elektromagnetisme.

James Clark Maxwell ontdekte de relatie tussen elektriciteit en magnetisme. Beide krachten verenigde hij in elektromagnetisme.
De foton is het krachtvoerende deeltje van de elektromagnetische wisselwerking. Fotonen kunnen we gemakkelijk waarnemen als elektromagnetische straling. Afhankelijk van hun energie kunnen we gamma-, röntgen-, ultraviolet-, radio-, microgolf-, en infraroodstraling en zichtbaar licht waarnemen.

De sterke kernkracht houdt quarks bij elkaar. Deze werkt op kleine schaal en zijn indirect verantwoordelijk voor de binding van protonen en neutronen in atoomkernen. De zwakke kernkracht is de kracht die zich manifesteert bij radioactieve vervalprocessen, (bijvoorbeeld bètaverval), waarbij elektronen of positronen uit radioactieve atoomkernen worden geschoten: neutronen veranderen in protonen waarbij straling ontstaat. Ook dit werkt op kleine schaal.

Wetenschappers zijn erachter gekomen dat, als je de kosmische film terug gaat draaien in tijd, de zwakke kernkracht en elektromagnetisme samensmelten tot één kracht: elektrozwak genaamd. Men denkt dat als de film nog verder teruggedraaid wordt, dat elektrozwak zich verenigd met de sterke kernkracht in één grote superkracht. Het standaardmodel beschrijft de drie krachten van het hele kleine. Zwaartekracht zit hier echter niet bij.

[[Afbeelding:Artikelen snaartheorie - afbeelding 01.JPG]]



== '''Kwantummechanica''' ==


De kwantummechanica beschrijft de wereld van het hele kleine en bevat de sterke- en zwakke kernkracht en elektromagnetisme.

Een groep wetenschappers, onder leiding van Niels Bohr, ontdekten dat atomen uit protonen, neutronen etc bestaan. Zwaartekracht, noch elektromagnetisme kon verklaren waarom deze om elkaar heen draaien.

Volgens Einstein is het heelal ordelijk en voorspelbaar. Volgens Niels Bohr juist niet. Op kwantumniveau speelt kans en onzekerheid. Dit opende deuren tot nieuwe inzichten. De wetten op kwantumniveau zijn zeer verschillend dan die in het dagelijks leven. Zo kan er alles gebeuren op kwantumniveau. Als er bijvoorbeeld 100 mogelijkheden zijn, zullen ze allemaal gebeuren. Op kwantumniveau kan alles gebeuren wat voor ons onmogelijk lijkt. Ook in de gewone wereld, op grotere schaal dus, zouden onverklaarbare dingen kunnen gebeuren (bijvoorbeeld door een deur van massief staal lopen), al is de kans uiterst klein. Kwantummechanica beschrijft hoe de wereld echt werkt op subatomair niveau.

Het is moeilijk te bevatten dat subatomaire deeltjes zich niet gedragen zoals we gewent zijn. We kunnen bijvoorbeeld zeggen wat een deeltje kan doen, maar niet wat een deeltje zal doen. In de kwantumwereld geldt: als iets kan gebeuren, dan zal het ook gebeuren.

Elektromagnetisme en de sterke- en zwakke kernkracht passen bij elkaar op kwantumniveau. Maar hoe past zwaartekracht hierbij? Niemand kon zwaartekracht bij de andere drie krachten plaatsen op subatomair niveau. Niemand kon de kwantummechanica en de relativiteitstheorie samenvoegen. Gebruik je bijvoorbeeld zwaartekracht om een zwart gat te verklaren omdat het zwaar is, of juist kwantummechanica omdat een zwart gat heel klein is?

Omdat een zwart gat heel zwaar én erg klein is, moet je dus beide theorieën gebruiken. Maar zodra je beide theorieën gebruikt, ontstaat er een conflict, je kunt de theorieën niet samenvoegen. Er moet dus één theorie zijn. We hebben het hier immers over één zwart gat, en niet twee. Je kunt niet leven in een wereld met twee verschillende theorieën. Daarom moeten de twee bestaande theorieën (relativiteitstheorie en kwantummechanica) herschreven worden. 



== '''Waarom komen de twee theorieën met elkaar in conflict?''' ==


De wereld van het grote, de relativiteitstheorie, verklaart hoe de zwaartekracht werkt. Dit is echter niet het hele verhaal. Om het kleine te verklaren, hebben we de andere theorie nodig:
De kwantummechanica. Als je deze theorie vergelijkt met de relativiteitstheorie, zou je denken dat er twee verschillende universums beschreven worden. Maar: we leven in één universum, niet twee. We leven niet alleen in een wereld van de relativiteitstheorie, maar ook in een wereld van kwantummechanica. Daarom moet er één theorie zijn.

De wereld van het grote is ordelijk en voorspelbaar. De wereld van het kleine is chaotisch en onvoorspelbaar. Je kunt niet voorspellen waar een deeltje zich precies bevindt. Misschien kwam het aan, voordat het aankwam… De kwantumwetten zijn heel anders dan de wetten die wij gewent zijn. Men denkt dat er één theorie is voor zowel het grote als voor het kleine. Als we dat ontdekken, weten we hoe het heelal écht werkt.



== '''Snaartheorie''' ==


Snaren zijn kleine vibrerende deeltjes. Kort gezegd denkt men dat alles in het heelal verbonden is door deze kleine deeltjes en dat alles in het heelal hiervan gemaakt is, van jij en ik tot de verste sterren. De snaartheorie zou de oplossing kunnen zijn om de theorie van het grote en de theorie van het kleine te verenigen. Dit zou vragen beantwoorden als: hoe ontstond het heelal en waarom is het heelal zoals het is.

[[Afbeelding:Snaartheorie222.JPG]]


Snaren zijn zo klein (als ze al bestaan) dat er weinig hoop is dat ze ooit gezien zullen worden. Snaren kunnen in alle mogelijke richtingen vibreren en beschrijven alle materie. De manier waarop een snaar trilt, zou zijn eigenschap verklaren.

Momenteel is het niet mogelijk de relativiteitstheorie en de kwantummechanica te combineren. Juist omdat deze twee theorieën in conflict komen zodra ze gecombineerd worden moet er één theorie zijn. Je kunt namelijk niet leven in een wereld met twee verschillende theorieën. Met de snaartheorie is het misschien wel mogelijk om de relativiteitstheorie en de kwantummechanica te vereigen. De snaartheorie zal misschien ooit alles verklaren, van de kleinste materie, tot het grootste van het heelal.

Gabriël Veneziano ontdekte hoe de sterke kernkracht werkt in een 200 jaar oud boek dat geschreven was door Oiler. Leonard Susskind kwam in de berekeningen van Euler erachter dat hier de snaar beschreven werd. Zo werd per toeval de snaartheorie ontdekt.

Helaas kende de vroege snaartheorie een aantal problemen:
Het voorspelde namelijk een deeltje dat sneller zou reizen dan het licht, een massaloos deeltje dat niet te zien was. Daarnaast voorspelde het tien dimensies. Men dacht dat dat niet kon kloppen.

In 1973 hield John Swarz zich bezig met de problemen van de snaartheorie. Één daarvan was het massaloze deeltje dat nog nooit in de natuur gezien was. Tijdens zijn berekeningen vond hij een massaloos deeltje dat erop leek erop een graviton te zijn. Dit zou de zwaartekracht op kwantumniveau beschrijven. Dit was dus het ontbrekende stukje in de puzzel.
Als snaren zwaartekracht beschrijven, dan moeten snaren dus de sleutel zijn om alle vier de krachten te verenigen.

Snaartheorie kan niet bewezen of ontkracht worden, omdat ze niet getest kan worden. Snaren zijn te klein daarvoor. De theorie is voorlopig dus ‘veilig’.


[[Afbeelding:Snaartheorie33.JPG]]   [[Afbeelding:Snaartheorie44.JPG]]

== '''M-theorie''' ==


In zeer korte tijd kwamen er veel wetenschappers bij die zich gingen bezighouden met de snaartheorie. Zo werden er 5 verschillende snaartheorieën bedacht. Sommige hadden open snaren, andere gesloten of 26 dimensies. Welke theorie is nou de juiste? Er waren dus 5 theorieën die het heelal verklaren. Dat kan dus niet. Er is maar 1 heelal waar wij in leven, niet 5.

Edward Witten boog zich over het probleem dat er 5 verschillende snaartheorieën zijn. Hij ontdekte dat er maar 1 theorie is. Men keek er alleen op 5 verschillende manieren tegenaan. Er was nieuwe hoop op de alles verklarende theorie.

M-theorie is het resultaat van de 5 verschillende theorieën: de verenigde snaartheorie. Alleen…. Niemand weet waar de M voor staat.

De M-theorie beschrijft 11 dimensies: 1 voor tijd, 3 voor de ons bekende ruimtedimensies en 7 extra ruimtedimensies. Men denkt dat deze 7 dimensies zeer klein zijn en wij ze niet kunnen waarnemen (zie tekening). De 11e dimensie staat een snaar toe om te rekken als iets als een membraan. Deze braan kan driedimensionaal of zelfs meer zijn. Met genoeg energie kan zo’n membraan groeien, misschien wel zo groot als een universum. Men denk dat als zulke branen met elkaar botsen, er een oerknal kan ontstaan.


[[Afbeelding:Snaartheorie5.JPG]]


Sommige universums kunnen op het onze lijken, met materie. Andere kunnen juist heel anders zijn dan de onze. Sommige wetenschappers denken dat deze universums heel dicht bij het onze kunnen zijn, minder dan een mm van ons af. 

Volgens de theorie zijn er open en gesloten snaren. Zwaartekracht heeft gesloten snaren, er zijn geen losse eindjes die zich kunnen hechten. Gravitons kunnen zich daardoor vrijelijk bewegen door de dimensies, waardoor zwaartekracht minder sterk lijkt te zijn dan de andere drie krachten.

Als we echt in een membraan leven en er parallelle werelden zijn, zien we ze misschien nooit. Misschien kunnen we ze wel voelen d.m.v. zwaartekracht. Stel dat er intelligent leven is elders in het membraan, dan zouden we misschien kunnen communiceren d.m.v. sterke zwaartekrachtsgolven. Als we ooit die technologie vinden. We weten niet of parallelle werelden invloed hebben op ons.

Branen die botsen kan het begin van ons universum hebben veroorzaakt. Parallelle werelden die botsen, veroorzaken energie. Als er genoeg energie is, kan dit leiden tot een oerknal. Parallelle werelden zouden al heel vaak gebotst kunnen zijn.

We kunnen snaren niet waarnemen, maar misschien wel indirect. Misschien hebben ze ergens hun vingerafdruk achtergelaten tijdens de ontstaansperiode van het heelal.
Hier op aarde probeert men d.m.v. deeltjesversnellers erachter te komen of er extra dimensies zijn. Men probeert deeltjes te laten botsen met elkaar. Bij botsing ontstaan subatomaire deeltjes. Men hoopt dat er bij die deeltjes een klein beetje zwaartekracht ontstaat: de graviton. Doordat deze in andere dimensies kunnen bewegen, zou je dus weten dat er extra dimensies zijn als die graviton verdwijnt.

Maar: is er wel een snaartheorie? Is er wel een membraan? Is ons heelal onderdeel van iets groters? Zijn er parallelle universums? Deze vragen zullen voorlopig nog onbeantwoord blijven.


[[Afbeelding:Snaartheorie6.JPG]]

''Omtrent de oerknal zijn er een aantal vragen, zoals: wat heeft de oerknal veroorzaakt? Als de snaartheorie echt dé theorie is, dan moet ook het raadsel van de oerknal opgelost kunnen worden. Er is veel hoop dat het dat ooit zal doen.''



''Demelza Ramakers (30 oktober 2006)
''