Logboek 2016/3 Verder door Nederland

Klein, kleiner, kleinst. Kleiner dan de Planck-lengte zou niet mogelijk zijn.

Zaterdag 03-09-2016

Wat is een Planck Ster eigenlijk? Die vraag kwam van de week opeens in het nieuws op Facebook, waar een publicatie van de website Visionair.nl op grote schaal werd gedeeld. Het had betrekking op een artikel van twee fysici, Carlo Rovelli en Francesca Vidotto (de laatste van de Radboud Universiteit Nijmegen) dat al begin 2014 verscheen ('Planck Stars'). Waarom zo'n stuk opeens doorbreekt in de sociale media weet ik niet. Maar terug naar de vraag; wat is een Planck Ster?

De vraag heeft te maken met een onopgelost probleem rond de aard van zwarte gaten in het heelal. Zwarte gaten zitten in de kernen van sterrenstelsels, maar ze kunnen ook daarbuiten voorkomen. Ook in onze eigen Melkweg zit zo'n enorm zwart gat. Die heeft de naam Sagittarius A*. Een zwart gat ontstaat door het instorten van grote sterren aan het eind van hun bestaan. De brandstof is bijna opgebruikt en de zwaartekracht drukt de resterende materie van de ster steeds dichter op elkaar. Bij een zekere dichtheid kan zelfs het licht er niet meer uit ontsnappen; het zwarte gat is geboren en slokt alle materie in de buurt op. Onder de enorme druk van de zwaartekracht wordt de kern van het gat steeds dichter en kleiner. Tot zover is er niks mis, maar hoelang gaat die concentratie door? Volgens de Algemene Relativiteitstheorie van Einstein bij supergrote zwarte gaten net zolang tot de massa oneindig dicht is. Dat heet een singulariteit. Daar laat Einsteins theorie het afweten; voor wat er dan gebeurt gaat de theorie niet meer op, de verhoudingen zijn te klein geworden, daar telt alleen de quantumfysica nog. Op die minieme schaal ontstaat er een tot dusver onopgelost probleem, de informatieparadox. Die is voor mij te ingewikkeld om uit te leggen, maar het komt erop neer dat in een singulariteit informatie over de quantumstaat verloren zou gaan, terwijl informatie in het heelal niet verloren kán gaan. Op een of andere manier die ik niet begrijp stellen theoretisch fysici 'energie' equivalent aan 'informatie' (lees hier). Zoals er een Wet van Behoud van Energie is, is er daarom ook een van Behoud van Informatie.

Rovelli en Vidotto stellen in hun artikel van 2014 dat er toch een ondergrens is aan die dichtheid in een zwart gat. Daardoor onstaat er geen singulariteit. Een fundamentele limiet die samenhangt met de ruimtetijd zelf verhindert dat. Daardoor vermijden ze de informatieparadox. Als een ster ineenstort tot het volume van een atoomkern, wordt de Planckdichtheid bereikt. Dit is c⁵/hG², rond de 10⁹³gram per kubieke centimeter. Dichter kan niet; het is de dichtheid die het heelal direct na de oerknal had, na het verstrijken van de Plancktijd van 10^-43 seconde. In de quantummechanica is dat de kleinste betekenisvolle eenheid van tijd en daardoor ontstaat een afstotend effect, volgens beide auteurs. De kern van het zwarte gat 'veert terug' gedurende een fractie van een seconde - alleen kun je dat niet waarnemen. Het terugveren wordt als het ware bevroren in de tijd, omdat er vlakbij zwarte gaten sprake is van een extreme vervorming van de de ruimtetijd en een bijna volledige stilstand van de tijd. En nu komt het: voor een waarnemer buiten het zwarte gat kost dat 'terugveren' vele miljarden jaren, langer dan het heelal zelf bestaat. Rovelli en Vidotti denken dat op deze manier zwarte gaten van vóór de Big Bang hebben kunnen overleven. Van vóór het huidige heelal dus. Dat is - veronderstel ik - omdat het universum zelf ook niet kleiner kan zijn dan de Planckdichtheid en terugveert als die bereikt is. De theorie veronderstelt dus een pulserend heelal, dunkt me. En waar dat heelal nou weer vandaan komt, vermeldt de theorie niet.

Rovelli is overigens de auteur van een klein boekje, 'Zeven korte beschouwingen over Natuurkunde' (Ned. vert. Bert Bakker, 2015), dat ik jongstleden december hier lovend besprak.

Vanmorgen vroeg lijkt het geregend te hebben. Later komt de zon door. Ons vogeltje, Sir Geldof, lijkt uit de lange ruiperiode te komen. Hij doet aandoenlijke pogingen tot zingen.

We maken een halve wallenwandeling en kijken op de terugweg even bij de Gasthuisgang. Die werd opgeknapt door woningbouwvereniging Poort 6 en gisteren geopend door wethouder Arjen Rijsdijk. Het project maakt deel uit van een 'Stegenplan' van de Stichting Binnenstadsmanagement, bedoeld om om de vele stegen in de binnenstad op te fleuren. In het overdekte gedeelte van de oude steeg (bij de Gasthuisstraat) was vroeger een automatiek. Ans herinnert zich die nog. De figuur ervan werd in tegels teruggebracht op de muur waar hij destijds zat (foto hier). Een goed initiatief.

's Middags gaat Ans naar Tessa. Alles goed met de baby en met haar. Terug naar boven