Zwarte zwanen
De val van een appel, de draaiing van Neptunus om de zon, dat snappen wetenschappers wel. De zwaartekrachtswetten van Newton en Einstein verklaren wat er gebeurt. Maar op grotere schaal—die van lichtjaren en sterrenstelsels—zijn die wetten niet toereikend. We zitten middenin de zoektocht naar een verklaring.
Begin februari kon in een computersimulatie een realistisch universum ontstaan op basis van een alternatieve zwaartekrachtstheorie die MOND heet. Dat was nieuw, en de discussie is weer op snelheid gebracht.
Een stapje terug. Wat is precies het probleem met zwaartekracht? Sommige observaties passen niet bij de huidige theorieën. Sterrenstelsels zouden elkaar vanwege de zwaartekracht die uit hun gigantische gewicht voortvloeit, moeten aantrekken. Maar dat gebeurt niet. Integendeel, sterrenstelsels bewegen met hoge snelheid uit elkaar. Waarom is niet bekend.
Verreweg de meest aanvaarde theorie is die van de donkere materie en de donkere energie. Grote hoeveelheden van deze onzichtbare grootheden trekken de sterrenstelsels uit elkaar. Met die toevoeging kloppen de natuurkundige modellen weer. Maar experimenteel bewijs voor het bestaan ervan blijft tot nog toe uit. Dat jeukt. En daarom denken wetenschappers verder.
Wetenschappers simuleren universum met de wetten van MOND
In de jaren tachtig ontwikkelde de Israelische natuurkundige Milgrom een tweede theorie die in het kort heet: MOND. MOdified Newtonian Dynamics: ‘aangepaste newtoniaanse dynamica’. Deze zegt dat zwaartekracht zich anders gedraagt bij een hele lage versnelling, een traagheid zoals die in ons zonnestelsel niet voorkomt. Je denkt: een schildpad is toch redelijk traag? Maar dat wordt hier niet bedoeld. De aarde trekt met 9,81 m/s aan deze schildpad. Dat is van nul naar honderd kilometer per uur in drie seconden: toch redelijk snel. Zelfs een miniplaneetje als Mercurius zet een enorm ver object als dwergplaneet Pluto aan tot meer versnelling dan waar MOND naar refereert. Echte lage acceleratie komt alleen voor op hele grote schaal. Het zou de bewegingen van de sterrenstelsels kunnen verklaren.
Ook deze hypothese heeft nog geen écht bewijs. Maar begin februari startten een groep prominente fysici een nieuwe computersimulatie van de MOND-theorie, die als volgt werkt. Giga gaswolken zoals ze er kort na de oerknal uit zouden hebben gezien waren het startpunt, zónder aanwezigheid van donkere materie en energie. Alle deeltjes kregen wetten toegeschreven volgens het MOND-model. Hierna zou de simulatie bewijzen of er als gevolg een universum ontstaat zoals wij die kennen. In een veelbesproken persbericht lieten de fysici weten dat er inderdaad realistische sterrenstelsels ontstonden in de simulatie. Dat is zeker een stapje richting bewijs, zeggen deskundigen. Met dezelfde simulatie worden nu andere experimenten uitgevoerd om meer zekerheid te krijgen.
Of zit het toch anders?
"Ik heb ooit gezegd: voor mij bestaat zwaartkracht niet" - Erik Verlinde
Theoretisch natuurkundige Erik Verlinde (UvA) opperde tien jaar geleden een derde theorie voor de zwaartekracht. Zijn theorie had schudde de internationale natuurkundewereld op en wordt nog steeds fel bediscussieerd. Geïnteresseerd in de discussie? In een lezing van Studium Generale legt hij uit wat er mankeert aan bestaande theorieën en hoe hij een nieuwe theorie opstelde door helemaal anders na te denken. De zwaartekracht, zegt Verlinde, is helemaal geen fundamentele kracht. (Een beetje provocatief zei Verlinde ooit: “Zwaartekracht bestaat niet.”) Nee, de zwaartekracht verrijst uit informatie. En een oerknal heeft nooit plaatsgevonden. Wil je zijn theorie begrijpen, kijk dan hier.
