211service.com
Zwaartekracht komt voort uit kwantuminformatie, zeggen natuurkundigen
Een van de populairste nieuwe ideeën in de natuurkunde is dat zwaartekracht een opkomend fenomeen is; dat het op de een of andere manier voortkomt uit de complexe interactie van eenvoudigere dingen.
Een paar maanden geleden kwam Erik Verlinde van de Universiteit van Amsterdam met zo'n idee dat de wereld van de natuurkunde stormenderhand heeft veroverd. Verlinde suggereerde dat zwaartekracht slechts een manifestatie is van entropie in het heelal. Zijn idee is gebaseerd op de tweede wet van de thermodynamica, dat entropie in de loop van de tijd altijd toeneemt. Het suggereert dat verschillen in entropie tussen delen van het heelal een kracht genereren die materie herverdeelt op een manier die entropie maximaliseert. Dit is de kracht die we zwaartekracht noemen.
Het opwindende aan de aanpak is dat het de theoretische steiger die de moderne natuurkunde ondersteunt, drastisch vereenvoudigt. En hoewel het zijn beperkingen heeft - het genereert bijvoorbeeld de zwaartekrachtswetten van Newton in plaats van die van Einstein - heeft het ook enkele voordelen, zoals het vermogen om rekening te houden met de omvang van donkere energie waarmee conventionele theorieën over zwaartekracht worstelen.
Maar misschien is het krachtigste idee dat uit Verlindes benadering naar voren komt, dat zwaartekracht in wezen een fenomeen van informatie is.
Tegenwoordig krijgt dit idee een nuttige boost van Jae-Weon Lee van de Jungwon University in Zuid-Korea en een paar maatjes. Ze gebruiken het idee van kwantuminformatie om een theorie van de zwaartekracht af te leiden en ze doen het met een iets andere aanpak dan Verlinde.
De kern van hun idee is de lastige vraag wat er met informatie gebeurt als deze een zwart gat binnengaat. Natuurkundigen puzzelen hier al tientallen jaren over met weinig consensus. Maar over één ding zijn ze het eens: het principe van Landauer: dat het wissen van een beetje kwantuminformatie altijd de entropie van het heelal met een bepaalde kleine hoeveelheid verhoogt en een bepaalde hoeveelheid energie vereist.
Jae-Weon en co gaan ervan uit dat dit uitwisproces moet plaatsvinden aan de horizon van het zwarte gat. En als dat zo is, moet de ruimtetijd zichzelf zo organiseren dat de entropie aan deze horizonten wordt gemaximaliseerd. Met andere woorden, het genereert een zwaartekrachtachtige kracht.
Dat is om verschillende redenen intrigerend. Ten eerste gaan Jae-Weon en co uit van het bestaan van ruimtetijd en zijn geometrie en vragen ze eenvoudigweg welke vorm deze moet aannemen als informatie op deze manier aan de horizon wordt gewist.
Het brengt voor het eerst ook zwaartekracht in verband met kwantuminformatie. De afgelopen jaren hebben veel resultaten in de kwantummechanica gewezen op de steeds belangrijker wordende rol die informatie in het heelal lijkt te spelen.
Sommige natuurkundigen zijn ervan overtuigd dat de eigenschappen van informatie niet voortkomen uit het gedrag van informatiedragers zoals fotonen en elektronen, maar andersom. Ze denken dat informatie zelf het spookachtige fundament is waarop ons universum is gebouwd.
Zwaartekracht is altijd een vlieg in deze zalf geweest. Maar het groeiende besef dat informatie ook hier een fundamentele rol speelt, zou de weg kunnen openen naar het soort eenwording tussen de kwantummechanica en relativiteit waar natuurkundigen van hebben gedroomd.
Referentie: arxiv.org/abs/1001.5445 : Zwaartekracht van Quantum Informatie