Troublemaker Smolin: ‘Theorie Verlinde zou wel eens doorbraak kunnen zijn’

18 november 2016

Vorige week zette Erik Verlinde eindelijk zijn langverwachte paper online met daarin een alternatieve zwaartekrachtstheorie. DWDD, NOS, kranten, websites en De Kennis van Nu; het nieuws werd groot opgepikt, in elk geval in Nederland. Ook buiten Nederland kijkt men inmiddels serieus naar het artikel.

De eerste reacties van de grote namen uit de Natuurkunde op de mogelijk revolutionaire zwaartekrachtstheorie van Erik Verlinde druppelen binnen. Lee Smolin, theoretisch fysicus aan het Perimeter Instituut (Canada), niet vies van onconventionele theorieën en ook wel beschreven als 'troublemaker' (mede dankzij zijn boek The trouble with Physics) heeft al gedetailleerd naar het artikel gekeken.

MOND

Sterren die tijdens hun rondje melkweg niet uit de bocht vliegen terwijl ze dat wel zouden moeten, en licht dat meer wordt afgebogen dan je op basis van de massa kunt verklaren: 'Er is overvloedig bewijs dat het heelal ofwel gevuld is met een onbekende donkere materie, of dat de wetten van Newton en Einstein om zwaartekracht te beschrijven aanpassing nodig hebben', aldus Smolin. 'Aangezien vele pogingen om donkere materiedeeltjes te ontdekken of zelf te produceren mislukt zijn, is het logisch om onze aandacht te richten op de tweede mogelijkheid: [ons idee over] de zwaartekracht moet worden gewijzigd.'

Die aanpassing van de zwaartekracht speelt op zo'n grote schaal, dat je het op aarde of in het zonnestelsel niet merkt. Pas als je kijkt naar de rotatie van onze Melkweg, of naar de beweging van clusters van sterrenstelsels, gaat er iets mis met de zwaartekracht. 'Het gaat om heel kleine versnellingen. Er is een kritische versnelling waaronder zwaartekracht moet worden aangepast.' Dat was precies wat  Mordehai Milgrom in 1983 deed in zijn artikel over de aangepaste Newtoniaanse dynamica (Modified Newtonian Dynamics – MOND).

Elegante afleiding

Met MOND zijn er regels voor een aangepaste zwaartekracht waardoor geen donkere materie meer nodig is. Het zijn formules die overeenkomen met observaties, maar dat maakt ze nog niet tot een theorie om die aanpassing te verklaren. Op zoek dus naar een nieuwe zwaartekrachtstheorie. Smolin vat de zoektocht samen: 'Al sinds Bekenstein en Hawkings gevierde werk over de entropie (de mate van wanorde in het heelal, red.) en temperatuur van zwarte gaten, geloven veel theoretici dat zwaartekracht een emergente en thermodynamische wet is'. Daarmee bedoelt hij dat zwaartekracht geen op zich zelf staand verschijnsel is, maar voortvloeit uit de wetten van de thermodynamica. 'Dit idee is zeer mooi afgeleid door Jacobsen in 1995. Ongeveer vijf jaar geleden volgde Erik Verlinde met een zeer mooie en elegante afleiding van Newtons wetten uit de thermodynamica. Dit noemt hij: entropische zwaartekracht.'

Nieuw

Een 'mooie afleiding van Newton uit de thermodynamica'; da’s leuk, maar we waren op zoek naar de aangepaste versie van Newton, die werkt op het niveau van de Melkweg en groter. 'In de afgelopen jaren hebben diverse auteurs voorgesteld dat MOND en de kritische versnellingsschaal gevolgen zijn van de thermodynamische oorsprong van zwaartekracht', zegt Smolin, en hij wijst er op dat hij er zelf ook een artikel over schreef. 'Nu komt Erik met een nieuw artikel waarin hij MOND en de kritische versnellingsschaal uit zijn entropische zwaartekracht afleidt. Erik is niet de enige die in deze richting denkt, maar zijn argument is nieuw en hij werkt het ontzettend gedetailleerd uit.'

Erik Verlinde met promovendus Manus Visser

Het moment waarop Erik Verlinde zijn paper online zet.

Keerpunt

Is met Verlindes theorie nu alles opgelost? 'Er blijft nog veel over om te doen, maar het is eenvoudig om te zeggen dat dit het soort doorbraak-artikel is, dat indien het waar blijkt, bekend zal staan als een keerpunt. Dus ik vind het van groot belang.' En moeten we afscheid nemen van donkere materie? 'De meeste natuurkundigen verkiezen de donkere materie boven MOND. Verlinde moet geprezen worden om het verkennen van dit impopulaire alternatief, het bewijs lijkt het te ondersteunen.'

Meer tijd nodig

Ook andere grote namen in het veld hebben inmiddels gereageerd, zij het iets minder enthousiast dan Smolin. Snaartheoreticus Edward Witten van Princeton geeft aan het een interessant artikel te vinden, maar nog meer tijd nodig te hebben om echt inhoudelijk te reageren. Juan Maldacena (ook van Princeton) noemt het in een summiere reactie een intrigerend paper, maar kan helaas de logica er achter niet volgen. Hij vindt de poging om MOND met donkere energie te verbinden interessant, maar ziet niet hoe deze ideeën zich houden in de kosmologie, waar volgens hem het donkere materie-paradigma goed lijkt te werken.

Dat Verlindes artikel nog niet kritisch door vakgenoten onder de loep is genomen (peer-reviewed) is en toch al in de media komt, is aanleiding voor veel discussie onder wetenschapscommunicatoren. Lees bijvoorbeeld het commentaar van Roel van der Heijden en Michel van Baal.

Lees hier het hele artikel van Erik Verlinde: 'Emergent Gravity and the Dark Universe'. Voor een zeer interessante uitleg, zie de site quantumuniverse. En hier een documentaire over Smolins theorie over de geboorte en evolutie van het heelal: 'Levende Kosmos'.