www.sailing-dulce.nl

Logboek 2019/2 Voorjaar in Gorinchem

Gorinchem (234)

Zwarte gaten en quantumonzekerheid. Uitleg in de tekst (Bron: Frank Close -
Zwarte gaten en quantumonzekerheid. Uitleg in de tekst (Bron: Frank Close - 'Theories of Everything' , Profile Books, 2017)

Zondag 07-04-2019

De fysica blijft verbazen. Neem het bekende onzekerheidsbeginsel van Heisenberg. Het dateert al uit 1927 en zegt dat je van een elementair deeltje niet tegelijk de quantumeigenschappen precies kunt kennen, zoals bijvoorbeeld zijn exacte plaats en zijn exacte momentum. Of tijd en energie. Ik heb altijd het beginsel aanvaard voor wat het is, zonder de diepe achtergrond ervan te kennen. Maar die is toch heel interessant. Quantum-onzekerheid maakt het mogelijk dat er in het vacuüm van ruimtetijd voortdurend virtuele deeltjes in en uit het bestaan schieten.

     Stel dat we een deeltjesversneller/botsingsmachine zouden hebben, heel veel groter dan de LHC van CERN in Zwitserland, een machine die deeltjes tegen elkaar kan laten botsen met energieën ter grootte van de Planck-energie. Dat is 1,2209 x 1019 Gigaelectronvolt (GeV). Ter vergelijking: de LHC bereikt maximaal 13.000 GeV. Nogal een verschil. De botsing leidt tot een energie-configuratie die groter is dan de Planck-energie, een energie die volgens de quantumtheorie beperkt wordt tot een gebied ter grootte van de Planck-lengte, die in de orde van 10-35 meter is. Volstrekt minimaal dus. Energie en massa zijn sinds Einstein equivalent (E = Mc2), en door de ongelooflijk grote hoeveelheid botsingsenergie, geconcentreerd in het meest minimale volume dat er bestaat, doet de zwaartekracht (NB: quantum-zwaartekracht) - onder normale omstandigheden een zwakke kracht - zelfs zo'n dermate geringe afstand ogenblikkelijk een mini zwart gat ontstaan.

 

Volgens de quantumveldentheorie kun je dit experiment herhalen met grotere deeltjes, bijvoorbeeld protonen> Dat levert grotere botsingsenergieën op (eguivalentie). De Einstein-formule impliceert dat er dan ook grotere zwarte gaten ontstaan: de radius van een zwart gat groeit in verhouding tot zijn massa. Het zwarte gat slokt daarbij meer ruimtetijd op. Door de quantum-onzekerheid (zie bovenste alinea) poppen dergelijke mini zwarte gaten voortdurend in en uit het bestaan en verwijderen daarmee onophoudelijk ruimtetijd op afstanden korter dan 10-35ste meter. De Planck-lengte.

      In het waarneembare universum komen dergelijke hoogenergenetische botsingen voortdurend en op iedere kubieke nanometer ruimtetijd voor. Het gevolg is dat ruimtetijd op kortere afstanden dan de Planck-lengte opgeslokt wordt en niet kan bestaan; de Planck-lengte is de kortste afstand die mogelijk is. Ruimtetijd heeft daardoor op die schaal het karakter van een onbepaald, ziedend en kolkend schuim, leegte afgewisseld met existentie, een soort  hyperactief zeepsop. Je zou het misschien de ondergens van de werkelijkheid kunnen noemen. Het gebeurt op elke miljoen miljoenste fractie van iedere kubieke nanometer, waardoor je misschien een idee krijgt van de onvoorstelbare hoeveelheid energie die het heelal nodig heeft om te kunnen bestaan.

     Je ziet dat in de curve op het plaatje hierboven. Op de verticale as staat de ruimtelijke resolutie, op de horizontale as de botsingsenergie. Xmin is de resolutie bij de Planck-energie. Lagere resolutie is onmogelijk door het ontstaan van virtuele zwarte gaten, die in en uit het bestaan schieten. Dat is het verboden gebied, waarbuiten de werkelijkheid (grijs gekleurd) en ruimte en tijd als het ware verdampen. Bij toevoer van nog meer energie onstaat de vervormde U-curve op de afbeelding.

 

Het is vandaag een heerlijke zondag. De zon schijnt de hele dag en uit het oosten waait een warme wind. Op de sluis heerst een drukte van belang. Mensen lopen in t-shirt en anderen houden de winterjas aan. In de haven liggen een paar passanten. Volgens sommigen op Twitter zou het vandaag rokjesdag zijn, maar daar zagen we niets van. Ik slenter een eind over de stadswal. Straks bezoek van Anna's oude vriendin Ria P.  Terug naar boven