ANS

Einstein zette in 1916 de natuurkunde op haar kop met zijn idee van ruimtetijd. Nu, bijna honderd jaar later, komt RU-wetenschapper Walter van Suijlekom met een baanbrekende aanvulling op Einsteins werk, die ingrijpend kan zijn voor de manier waarop wij de wereld zien.

Tekst: Kiki Kolman Foto's: Mirte ten Broek Illustratie: Luuk van Rangelrooij

Als de voorspellingen van RU-wetenschapper Walter van Suijlekom (35) en zijn buitenlandse collega’s kloppen, is dit baanbrekend. De wereld steekt dan natuurkundig anders in elkaar dan werd gedacht. Neem de ANS die je nu in je handen hebt. Als je één punt op het papier neemt en dit onder hoge energie inzoomt, neem je niet langer één maar drie punten waar. Dit komt omdat de ruimtetijd zoals Einstein deze bijna honderd jaar geleden bedacht niet uit één maar uit drie lagen bestaat. Dat stelt Van Suijlekom in zijn nieuwe theorie. Genoeg reden voor ANS om de RU-wetenschapper op te zoeken in zijn kantoor in het Huygensgebouw, waar hij zich als mathematisch fysicus bezighoudt met de wiskunde achter natuurkundige wetten. Momenteel heeft Van Suijlekom zich vastgebeten in Einsteins ruimtetijd. Hierin beschouwt de beroemde grijsaart ruimte en tijd als één geheel. Het model bestaat daarom uit vier dimensies: diepte, breedte, hoogte en tijd. Van Suijlekom stelt nu dat er niet één, maar drie van deze ruimtetijden naast elkaar bestaan.

Verwerpt u hiermee Einsteins theorie? ‘Nee, mijn visie is een aanvulling. Einstein kwam met het idee van gekromde ruimtetijd om zwaartekracht in een model in te bouwen. Dat dit hem is gelukt is al waanzinnig. ‘Naast zwaartekracht bestaan er nog drie natuurkrachten: elektromagnetische kracht en zwakke en sterke kernkracht. Deze werden in Einsteins model niet beschreven. Met mijn theorie neem ik deze krachten nu op in het model door te stellen dat voor iedere kracht een eigen ruimtetijd bestaat. Oftewel: de ruimtetijd bestaat uit drie lagen.’

Het Drie ruimtetijden, betekent dat ook drie parallelle werelden? ‘In zekere zin wel, al zullen wij als mens nooit iets van die parallelle werelden merken. Dit is een fysisch model dat de werkelijkheid beschrijft. De drie lagen zitten heel dicht op elkaar. Als mens kunnen wij deze niet onderscheiden, onze atomen zijn te vet om van de ene naar de andere laag te springen. ‘Alleen heel fijne deeltjes kunnen zich tussen de lagen bewegen. Het Higgsdeeltje is zo’n fijn deeltje en is in staat te verspringen tussen de lagen van de zwakke kernkracht en de elektromagnetische kracht. Dit betekent dat als je met behulp van een deeltjesversneller heel ver inzoomt op een punt, je op een gegeven moment niet één maar twee puntjes ziet. Dit komt omdat het Higgs de twee lagen kan onderscheiden.’

Het inmiddels beroemde Higgsdeeltje is alleen onder grote energie zichtbaar. Vorig jaar namen wetenschappers in Genève met gebruik van een reusachtige deeltjesversneller eindelijk iets waar wat verdomd veel op dat langverwachte deeltje leek. Het gevonden partikel bleek echter lichter dan voorspeld. Dit doet sommige wetenschappers vermoeden dat er een nog onontdekt zwaarder deeltje bestaat dat pas onder nog hogere energie zichtbaar is, het zogenoemde sigmadeeltje. Dit sigmadeeltje vormt een belangrijk onderdeel van Van Suijlekoms theorie. ‘Het heeft de eigenschappen om te verspringen van de elektromagnetische kracht naar de laag van sterke kernkracht, die laatste laag kan door het Higgs niet worden bereikt.’ Zo kan het sigmadeeltje, als wij het zouden zien, het derde punt blootleggen bij inzoomen op deze pagina.

Niet alle wetenschappers zijn overtuigd van het bestaan van het sigmadeeltje en zien het als een makkelijke manier om een gat in de theorie op te vullen. Is dit terecht? ‘Ik vind het juist het sterkste punt van mijn model. De theorie doet nu namelijk een voorspelling. Ik heb nu aan de hand van meetkunde beredeneerd dat dit deeltje er moet zijn. ‘Vóór mij voorspelden fysici al het bestaan van het deeltje, maar in de natuurkunde kun je nagenoeg alles opschrijven wat aan bepaalde mooie eigenschappen voldoet.’

Er kan nu dus worden geconcludeerd dat het sig- madeeltje bestaat? ‘Wiskundig gezien wel. Fysisch gezien is er natuurlijk maar één manier om aan te tonen dat iets klopt en dat is door middel van het experiment. ‘Op aarde zul je het sigmadeeltje echter nooit vinden, omdat er te veel energie nodig is om het waar te nemen. Je zou dan een ongelofelijk grote deeltjesversneller moeten bouwen, maar dat ding in Genève was al zo duur. Gelukkig hebben we de sterrenkunde. In het heelal zijn hopelijk wel de benodigde hoge energieën te vinden. Door processen daar te observeren kunnen we wellicht het sigmadeeltje waarnemen.’

Van Suijlekom rondde zijn moeilijke, wiskundige be- rekening af tijdens een bezoek aan Bures-sur-Yvette, een dorpje nabij Parijs. Hier had hij in cafés een aantal ontmoetingen met de inmiddels 66 jaar oude wiskundige Alain Connes. Geïnspireerd door zijn aanwezigheid wist hij een abstracte getallenbrij om te zetten tot een voorspelling over de natuurkundige werkelijkheid. ‘Dat zijn de mooiste momenten, als je theorie helemaal sluitend blijkt. We waren allebei weer als schooljongens die enthousiast voor een bord stonden te juichen dat alles klopte.’

Stonden er de volgende dag hordes journalisten op de stoep? ‘Nee, er gaat een hele tijd overheen voordat zoiets is gepubliceerd en bovendien wordt dit maar door een kleine groep gelezen. Uiteindelijk heb ik veel positieve reacties gekregen en ik heb inmiddels ook wat journalisten van populairdere media gesproken.’ ‘Opvallend is dat ik van natuurkundigen vaak reacties krijg als “waarom kennen wij deze theorie niet? Dit zegt iets over ons vakgebied!”. Er schort veel aan de communicatie tussen de wiskunde en de natuurkunde.’

Een deel van de natuurkundigen is bovendien sceptisch en betwist het bestaan van drie ruimtetijden. Waar komt dit wantrouwen vandaan? ‘Fysici krijgen met deze informatie nogal wat op hun bord en daarbij sluit de taal die wij als wiskundigen spreken nog niet helemaal aan bij dat van hen. Waar zij voorspel- lende modellen willen bouwen, houden wij ons meer bezig met de fundamenten van een theorie. ‘Omdat vanuit mijn model wel voorspellingen gedaan kunnen worden, hoop ik die brug te slaan. Ik organiseer bijvoorbeeld een conferentie waar wiskundigen en natuurkundigen zich samen over de problematiek van mijn theorie zullen buigen.’

Welke problemen brengt deze theorie dan met zich mee? ‘Mijn theorie maakt net als Einsteins ruimtetijd onderdeel uit van de klassieke zwaartekrachttheorie. Een van de grootste problemen in mijn vakgebied is dat deze ideeën haaks staan op de beginselen van de kwantummechanica.’

Kwantummechanica stelt dat in de kleinste deeltjes van materie geheel andere natuurwetten gelden dan in de rest van de ruimte. ‘Dit vormt een probleem als je bijvoorbeeld kijkt naar zwarte gaten. Een zwart gat is in feite één punt en dus gelden hier de wetten van de kwantummechanica. Tegelijkertijd heeft dit punt heel veel zwaartekracht en dus moeten ook onze theorieën van toepassing zijn. Deze twee spreken elkaar echter tegen.’ Al sinds het ontstaan van beide theorieën in de jaren twintig breken wetenschappers hun hoofd over het rijmen van de twee, nog altijd zonder succes. Van Suijlekom: ‘Dit is eigenlijk een wiskundig probleem. Er ontbreekt nu een schakel. Omdat de wiskunde achter kwantum zo moeilijk is, maar de theorie hier wel mee zal moeten stroken, moeten we ons daar eerst over buigen.’

Bekijk hier de overige artikelen uit de oktober-ANS.