Nieuwsbrief

Blijf wekelijks op de hoogte van het beste uit De Kennis van Nu / Focus en het laatste nieuws!

MELD JE AAN
Heelal

Erik Verlinde (49) is hoogleraar theoretische natuurkunde. Met de Spinozapremie van twee en een half miljoen euro wil hij de komende jaren zijn nieuwe, vergaande, theorie over de zwaartekracht uitwerken.

‘Die oerknal, ik heb er nooit in geloofd. Dat er eerst niets is, en dat dat niets dan vervolgens ontploft. Dat is toch absurd?’ Erik Verlinde is niet bang om heilige huisjes omver te trappen. De bigbangtheorie is sinds jaar en dag een van de fundamenten van de kosmologie. Dat schuif je niet zomaar opzij. Maar Verlinde is stellig. 'Ik denk echt dat we op een andere manier over het ontstaan van ruimte, tijd en het hele universum na moeten denken. Een andere taal moeten ontwikkelen ook.'

Verlinde is niet de eerste de beste. Hij maakt deel uit van het selecte groepje topnatuurkundigen dat zich wereldwijd bezig houdt met de snaartheorie, een van de meest duizelingwekkende abstracties die de menselijke geest ooit heeft voortgebracht. Zijn brein is gewend geraakt aan uitstapjes naar zwarte gaten en gekromde ruimtes. Hij beweegt zich met gemak in de zes extra dimensies die er volgens de snaartheorie zouden moeten zijn, en hij draait zijn hand niet om voor een stevig potje rekenwerk. Op een schoolbord, bijvoorbeeld. Met een doodordinair krijtje.

In een paar minuten schetst hij daarmee voor de ogen van de verblufte verslaggever een eenvoudige afleiding van de wetten van Newton. Eerst verschijnt diens beroemde bewegingswet op het bord; F = m x a, de vergelijking die beschrijft hoe hard je ergens tegenaan moet duwen om het van zijn plek te krijgen. Met nauwelijks ingehouden triomf kalkt hij verder op het reusachtige schoolbord in zijn werkkamer, en zowaar, daar verschijnt ook Newtons zwaartekrachtswet, de wet die beschrijft hoe de spreekwoordelijke appel uit de boom valt.

appel valt

Het grote verschil: de wet van Newton beschrijft alleen hoe de appel valt. Verlinde zegt nu ook te weten waarom dat gebeurt. 'Zwaartekracht is in mijn ogen geen fundamentele kracht, zoals Newton en Einstein aannamen, maar een bijverschijnsel. Er zit iets veel diepers achter.'

Eureka

Zijn eurekamoment dankt hij aan een Franse inbreker, die er tijdens een vakantie met zijn spullen vandoor ging. Zonder autosleutels, zonder laptop, maar mét een ongeplande vakantieweek in de schoot geworpen, overviel hem een weldadige rust. 'Ik kon niks doen, helemaal niks. En daardoor ontstond blijkbaar die vrijheid in mijn hoofd. Toen viel het kwartje. Ik zag ineens hoe je die wetten van Newton kunt afleiden uit veel algemenere principes.'

Om zijn ideeën te verduidelijken grijpt Verlinde naar zijn glazen bol, een echte, ter grootte van een kleine meloen. Het oppervlak van de bol is bedrukt met nullen en enen. 'Informatie,' wijst Verlinde. 'Dat kun je uitdrukken in bits. In nullen en eentjes, zoals hier.'

Glazen bol

De glazen bol, en alles wat erin zit, blijkt te kunnen worden beschreven door een hologram op een schil rondom diezelfde bol. Net zoals bij een echt hologram heb je dan voldoende aan de informatie op het oppervlak om de héle bol, in drie dimensies, te kunnen reconstrueren. Niet alleen glazen bollen, maar ook sterren, planeten en zwarte gaten kunnen op een dergelijke holografische wijze beschreven worden, door op een listige manier de informatie ervan weer te geven op een denkbeeldige schil. Dat is niet nieuw: Verlinde grijpt terug op een ouder idee van zijn leermeester, Nobelprijswinnaar Gerard ’t Hooft, en op de ideeën van de Britse astrofysicus en bestsellerauteur Stephen Hawking over zwarte gaten.

Bijverschijnsel

Wél nieuw is de elegante wijze waarop hij vervolgens de zwaartekracht te voorschijn tovert. Dat doet hij door te kijken naar de veránderingen in de hoeveelheid informatie, de nullen en eentjes, op de denkbeeldige holografische schil. De zwaartekracht blijkt dan uit de formules op te duiken als een denkbeeldige boekhouder die al die veranderingen nauwkeurig bijhoudt. 'Het is een bijverschijnsel, een soort schijnkracht,” zegt Verlinde. “Net als osmose, of luchtdruk.' Als je het achterliggende mechanisme niet zou kennen, zou je kunnen denken dat er een geheimzinnige kracht aan het werk was, die cellen en ballonen doet opbollen.

Nek uitsteken

Anderhalf jaar geleden trad Verlinde voor het eerst naar buiten met zijn idee, op een colloquium voor vakgenoten in Utrecht. Zijn leermeester Gerard ’t Hooft zat ook in de zaal. 'Van hem heb ik geleerd om mijn nek uit te steken. Als promotie-onderzoeker was ik ooit bij een praatje van ’t Hooft, na een vraag uit de zaal bleek dat hij gewoon een fout had gemaakt, dat zijn verhaal niet klopte. Na afloop kwam hij bij ons op de kamer en zei: ‘Dat moet je af en toe durven doen, je nek uitsteken’. Dat heb ik altijd onthouden. Dus ik begon mijn lezing met die anekdote, en zei: ‘Nu ga ik mijn nek uitsteken. ‘ Zijn kop werd er niet afgehakt. Integendeel. Zijn collega’s waren verbaasd, en verrast over de eenvoud van zijn redenering, maar op fouten heeft niemand hem kunnen betrappen. Nog steeds niet.

In januari 2010 schrijft Verlinde zijn ideeën voor het eerst op in een wetenschappelijk artikel. Een zeer ongebruikelijk artikel in zijn vakgebied, de snaartheorie, want er staan nauwelijks formules in. Snaartheorie, 25 jaar geleden ontstaan als poging om Einsteins relativiteitstheorie en de quantummechanica met elkaar te verenigen, is berucht om de extreem gecompliceerde wiskunde. Die maakt dat zelfs onderzoekers die aan verschillende delen van diezelfde snaartheorie werken, elkaars onderzoek niet altijd even goed kunnen volgen. Maar het handjevol formules in Verlindes artikel, de meeste ook nog tamelijk eenvoudig, dat zorgde pas écht voor verwarring. 'Sommige van mijn collega’s wisten daardoor niet goed wat ze ermee aan moesten, zonder formules. Het is een conceptueel verhaal, dat zijn ze niet gewend.'

Reacties

Intrigerend, uitdagend, geniaal misschien, maar ook nogal vaag. Zo laten de reacties van collega’s zich tot nu toe het beste samenvatten. 'Ik heb inderdaad nog niet alles heel precies wiskundig uitgewerkt,' zegt Verlinde. 'Ik heb dit keer besloten mijn intuïtie te volgen, en eerst het grote verhaal neer te zetten. Dat is denk ik een van mijn sterke kanten, intuïtie.' Verlindes intuïtie is overigens geen zweverig ‘gevoel’, maar geworteld in een kwart eeuw hardcore onderzoek met de groten der aarde in zijn vakgebied. 'Ik combineer ideeën en principes die al veel langer bekend zijn op een nieuwe manier.' En dat leidt tot verbijsterende vergezichten op wat wel eens een nieuw paradigma in de natuurwetenschappen zou kunnen zijn. Voor het eerst, sinds het ontstaan van de quantummechanica en Einsteins relativiteitstheorie aan het begin van de vorige eeuw.

De boekhouding van het heelal

In juli, op de jaarlijkse conferentie van snaarwetenschappers in Uppsala, Zweden, schetst Verlinde in grote lijnen het panorama dat hij voor zich ziet. Hij denkt namelijk ook een oplossing te hebben voor een van de meest prangende raadsels van de hedendaagse kosmologie: het feit dat het grootste deel van het heelal zich aan onze waarneming lijkt te onttrekken. Want onze natuurwetten zijn gebaseerd op slechts 4 procent van de materie en de energie die in het heelal aanwezig zouden moeten zijn.

Afbeelding van het sterrenstelsel M100 met de gecombineerde data van een optische, infrarood en röntgentelecoop 

Sterrenstelsels draaien veel harder dan ze zouden moeten doen, en het heelal dijt sneller uit dan we op grond van de zichtbare materie kunnen verklaren. Kosmologen zijn daarom naarstig op zoek naar de resterende 96 procent, die ze voor het gemak maar ‘donkere materie’ (20 procent) en ‘donkere energie’ (75 procent) hebben genoemd.

Maar ze kijken daarbij de verkeerde kant op, zegt Verlinde. 'Het is eigenlijk een boekhoudkundig probleem. In de meeste beschrijvingen van de natuur laten we heel veel informatie weg. Dat kan je niet ongestraft doen, want dan rommel je dus met de zwaartekracht.' Om die boekhouding goed te kunnen doen, maakt Verlinde een uitstapje naar een abstract wiskundig concept, de zogeheten faseruimte. Dat is geen extra dimensie, maar een denkbeeldige verzamelplaats voor de oneindige veelheid van mogelijkheden waarvan ons zichtbare heelal slechts een partje is.

In die abstracte faseruimte zouden de drie vormen van materie en energie wel eens verschillende kanten van dezelfde medaille kunnen zijn. Alleen gewone materie, waar sterren, stoeptegels en sinaasappels van zijn gemaakt, kunnen we daadwerkelijk zien, voelen en proeven. Donkere materie en donkere energie zitten opgesloten in die volstrekt ontoegankelijke faseruimte. Maar als je de boekhouding van het heelal goed op orde hebt, leveren die mysterieuze ingrediënten een grote hoeveelheid extra informatie op, stelt Verlinde. En die informatie trekt weer wél zijn sporen door het waarneembare heelal: via de zwaartekracht.

‘I’m confused!’

Verlindes presentatie in Uppsala brengt een aantal vooraanstaande natuurkundigen van hun stuk. Ed Witten, godfather van de huidige snaartheorie, stamelt na afloop: 'I’m confused! Ik weet echt niet wat ik hiermee aanmoet!'

Brian Greene, ook bekend als auteur van populair-wetenschappelijke boeken over de snaartheorie, noemt Verlindes ideeën ‘radicaal’. 'Als zijn ideeën waar blijken te zijn, dan betekent het een aardverschuiving die de fundamenten van natuurkunde raakt.'

Want ja, de oerknal kan ook van tafel, als het aan Verlinde ligt. 'Het ontstaan van ruimte en tijd uit niets, dat is toch onlogisch?' Voor hem draait alles om informatie. Informatie die er altijd al is geweest, en altijd zal blijven bestaan. Een klein deel ervan kunnen we zien, voelen en ruiken. Het grootste deel is verborgen. 'Misschien zou je dat de oorsprong kunnen noemen, dat een deel van die informatie tastbaar is geworden. '

Evergreens

Verlinde – ‘Ik ben nu aan zet’ - beseft dat over de hele wereld reikhalzend wordt uitgekeken naar zijn volgende wetenschappelijke publicatie. Maar hij neemt de tijd, hij wil het zorgvuldig doen. Dat is zijn stijl. En heeft Einstein niet ook acht jaar aan zijn theorie gewerkt? 'Ik schrijf liever evergreens dan eendagsliedjes. Dingen die mensen met jou als persoon associëren. Dat mensen over tien jaar nog weten wat je gedaan hebt.'

Op vrijdag 9 september krijgt Erik Verlinde de Spinozapremie uitgereikt. Op zondag 11 september is hij te gast in Labyrint radio, 20.00 uur op radio 1.