Maandag, 11 juni, 2018

Geschreven door: Rovelli, Carlo
Artikel door: Verkley, Wim

De werkelijkheid is niet wat ze lijkt

Geschiedenis van de kleine deeltjes

 

[Recensie] Dit boek begint bij Leucippus van Milete, die in 450 voor Christus van Milete naar Abdera voer en daar een wetenschappelijke en filosofische school stichtte. Aan deze school raakte snel een jonge leerling verbonden die samen met zijn meester het antieke atomisme ontwikkelde: Democritus. Hoewel in de oudheid zeer gerespecteerd, zijn zijn boeken alle verloren gegaan en kennen we zijn opvattingen alleen indirect uit citaten door anderen en door het leerdicht De rerum natura van de Romeinse dichter en filosoof Lucretius. In dit gedicht wordt op aanschouwelijke wijze uitgelegd, aan de hand van stofdeeltjes die dansen in het licht van een zonnestraal in een donker huis, dat alle materie bestaat uit ondeelbare kleine deeltjes die bewegen en botsen in een lege ruimte. De definitieve bevestiging van deze ‘atoomhypothese’ moest wachten tot 1905 toen Einsteins studie van de brownse beweging verscheen. Rovelli’s boek volgt het atomisme vanaf het prille begin en voert ons naar de theorie van de quantumzwaartekracht waarbij de ruimtetijd zelf een grote verzameling atomen is geworden. Dit leidt tot een beschrijving van de werkelijkheid die inderdaad niet is wat ze lijkt.

Het boek is opgebouwd uit vier delen. Het eerste deel beschrijft de teloorgang van het atomistische wereldbeeld en de geleidelijke herontdekking ervan tijdens de renaissance, uitmondend in de klassieke mechanica van Newton en de theorie van het elektromagnetisme van Faraday en Maxwell. In het tweede deel worden de ontwikkeling van de relativiteitstheorie en de quantummechanica besproken. Benadrukt wordt Einsteins inzicht dat de vergelijkingen voor het zwaartekrachtveld de ruimte zelf beschrijven: het zwaartekrachtveld ís de ruimte. Het verhaal van de quantummechanica wordt verteld met Bohr, Heisenberg en Dirac in de hoofdrollen.

Dit gebeurt op een levendige en beeldende manier. De schrijver maakt daarbij gebruik van eenvoudige zwartwitportretten van de hoofdrolspelers en eenvoudige diagrammen voor de fysische concepten.

Pf

Het derde deel vormt de kern van het boek. Helder en aanschouwelijk wordt uitgelegd waar de algemene relativiteitstheorie en de quantummechanica botsen. De lezer wordt ingewijd in de theorie van de quantumzwaartekracht, de minst onredelijke oplossing van het gesignaleerde probleem naar het oordeel van de schrijver. Hij begint hierbij met de jonge Sovjet theoretisch fysicus Bronstein, die ontdekte dat het zwaartekrachtveld in één punt niet goed is gedefinieerd als je rekening houdt met de quantummechanica. De argumentatie leidt tot de conclusie dat de quantummechanica en de algemene relativiteitstheorie gezamenlijk impliceren dat er een grens is aan de deelbaarheid van de ruimte waarbij de kleinst mogelijke lengte de Plancklengte is. Het leidt tot de duizelingwekkende conceptie van een gequantiseerde ruimtetijd die de recensent bepaald fascineert hoewel hij niet beweert dat hij het allemaal begrijpt.

De consequenties en mogelijkheden tot toetsing van de quantumzwaartekracht zijn de onderwerpen van het vierde en laatste deel. De oerknal en zwarte gaten spelen daarin een belangrijke rol. Rovelli maakt duidelijk dat het theoretische apparaat van de quantumzwaartekracht steeds krachtiger wordt en dat de aanwijzingen uit de natuur goed en steekhoudend zijn, maar dat er nog geen  voorspellingen experimenteel bevestigd zijn en de theorie dus nog niet is getoetst. Wel wordt fijntjes opgemerkt dat de supersymmetrische deeltjes die de snaartheorie voorspelde, niet zijn aargenomen bij de energie waarbij ze werden verwacht.

De schrijver eindigt het vierde deel van zijn boek met een beschouwing over de rol van informatie in de natuurkunde en stelt dat alles erop wijst dat we in de grondslagen van ons begrip van de wereld niet alleen de relativiteitstheorie en de quantummechanica moeten opnemen, maar ook de statistische mechanica en de thermodynamica en daarmee de informatietheorie.

Een indrukwekkend boek, bedoeld voor de geïnteresseerde leek, maar ook interessant voor een lezer met een natuurkundige achtergrond. De recensent legde het vaak even terzijde om een en ander nader te overdenken – wat het grootste compliment is dat hij een schrijver kan geven.

Eerder verschenen in het Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde