Zwaartekracht

[JeffW]

Volgens de Algemene relativiteitstheorie is wat wij als zwaartekracht ervaren een kromming van de ruimtetijd door massa of energie.Tegelijkertijd zijn 'we' ook op zoek naar het graviton: objecten zouden elkaar aantrekken door uitwisseling van gravitonen die met de lichtsnelheid bewegen. Dit lijken mij twee totaal verschillende theorieën voor hetzelfde verschijnsel. Volgens mij twijfelt niemand aan de de algemene relativiteitstheorie, dus vanwaar dan de noodzaak van een graviton en hoe past dat binnen de art?

[Bladerunner]

Er is juist geen noodzaak dat het graviton moet bestaan. Het vormt zelfs een probleem als het zou bestaan want plaatsen we dit hypothetische deeltje in het standaardmodel dan wordt het een en ander problematisch.
 
Ook het feit dat ook het graviton beperkt is tot de lichtsnelheid past vermoedelijk niet in het beeld wat we hebben over sterrenstelsels die ondanks zeer grote afstanden (miljarden lichtjaren) elkaar lijken te beïnvloeden en op die manier clusters vormen. Een vervormde ruimte hoe licht ook zou dit beter kunnen verklaren lijkt mij.
Want stel dat een sterk zwaartekrachtveld als bij toverslag plotseling verdwijnt. Dan zou het dus miljarden jaren duren voordat een ander object dit 'merkt' en dus zou het object miljarden jaren beïnvloed worden door iets dat er niet is meer is omdat de gravitons nog onderweg zijn.

[Michel Uphoff]

De snaartheorie heeft nood aan het graviton, een boson (krachtoverbrengend deeltje). Daar zitten wat erg lastige kanten aan:
 
- als het graviton al zou bestaan, dan is het vrijwel zeker niet aan te tonen
- zwaartekracht is volgende de ART geen kracht, dus is er ook geen behoefte aan een krachtoverbrengend deeltje
- in het standaarmodel komt zwaartekracht, en dus het graviton niet voor
 
Het grote probleem is, dat zowel de algemene relativiteit als de kwantummechanica telkenmale tot ver achter de komma op juistheid kunnen worden geverifieerd maar niet met elkaar te verenigen zijn. De snaartheorie is een poging deze twee te verenigen, en er zijn op dit gebied nog steeds een fors aantal theoretici aan het werk, die in de snaartheorie (er zijn meerdere gedaanten) de oplossing voor dit grote probleem denken te kunnen vinden.
 
Er wordt dus nog steeds serieus onderzoek gedaan naar het graviton. Als het zou bestaan, dan zou er een effect dat bekend staat als dispersie op treden waardoor hoogfrequente en laagfrequente gravitatiegolven op verschillende tijdstippen bij ons aankomen. Van dispersie is bij de recente drie detecties van gravitatiegolven echter niets gebleken meldde de astrofysicus Samaya Nissanke kortgeleden op een congres.
 
Vooralsnog ziet het er naar mijn mening beroerd uit voor het graviton. Vincent Icke, hoogleraar theoretische sterrenkunde te Leiden en bijzonder hoogleraar kosmologie te Amsterdam was tijdens dat congres heel stellig: Het graviton bestaat naar zijn mening niet.
 
Maar dat fundamentele probleem blijft wel bestaan, en het is mijns inziens ook niet zo dat de snaartheorie al ten grave gedragen wordt.
 
Overigens is de lichtsnelheid voor dat graviton geen probleem, ook in de ART kan de zwaartekrachtswerking de lichtsnelheid niet overtreffen. Zwaartekrachtsveranderingen (bijvoorbeeld de zwaartekrachtsgolven die vorig jaar zijn aangetoond) reizen met de lichtsnelheid. Als vandaag de Andromedanevel plots verdwenen zou zijn, merken we pas over 2,5 miljoen jaar dat de Melkweg een wat andere koers zal gaan varen. En als de Zon plots zou verdwijnen, dan zijn wij daarvan hier op Aarde 8 minuten ongewis. Na 8 minuten gaat het licht uit, en schiet de Aarde tegelijk uit zijn omloopbaan.

[Bladerunner]

Als blijkt dat zwaartekracht inderdaad geen kracht is en er dus niets overgebracht hoeft te worden zoals bij licht het geval is betekent dat dan niet dat de vervorming van de ruimte ogenblikkelijk zou moeten zijn of in ieder geval sneller dan het licht? Ik bedoel maar: het duurt 'even' voordat het er is (of verdwijnt) of het gebeurt 'zo goed als' gelijk.

[Math-E-Mad-X]

 Volgens mij twijfelt niemand aan de de algemene relativiteitstheorie

Ja en Nee.
 
Niemand twijfelt eraan dat de algemene relativiteitstheorie een zeer goede benadering is voor het beschrijven van de zwaartekracht op grote schaal. Maar aan de andere kant weten we ook dat de algemene relativiteitstheorie niet rechtstreeks te verenigen valt met de quantumvelden theorie.
 
Er is dus een grote kans dat de algemene relativiteitstheorie toch niet helemaal klopt, en vervangen moet worden door een alternatieve theorie (zoals de snaartheorie) die zowel de zwaartekracht als de andere krachten goed kan beschrijven.

Als blijkt dat zwaartekracht inderdaad geen kracht is en er dus niets overgebracht hoeft te worden zoals bij licht het geval is betekent dat dan niet dat de vervorming van de ruimte ogenblikkelijk zou moeten zijn of in ieder geval sneller dan het licht?

 
Nee, zoals Michel hierboven al zei: ook de veranderingen van de tijd-ruimte krommingen in de algemene relativiteitstheorie kunnen zich niet sneller dan het licht voortplanten. Anders zou je sneller dan het licht kunnen communiceren en dan kom je in allerlei problemen.

[Bladerunner]

Ik probeer mij zo voor te stellen dat als het prille heelal tijdens de inflatie periode sneller dan het licht kon uitzetten waarom zou een kromming veroorzaakt door een massa dan wel die beperking hebben? Want op het moment van de inflatie ontstonden ook de natuurkrachten zoals wij die nu kennen en die zijn beperkt tot de lichtsnelheid, maar moet dat perse ook voor de structuur van ruimte-tijd gelden? Ik denk het niet.
 
Communiceren doe je b.v. met radiogolven, dat is iets heel anders dan de ruimte-tijd vervorming waar die straling zich doorheen verplaatst.

[JeffW]

Overigens is de lichtsnelheid voor dat graviton geen probleem, ook in de ART kan de zwaartekrachtswerking de lichtsnelheid niet overtreffen.

 
De lichtsnelheid als maximum snelheid geldt voor objecten in ruimtetijd, niet voor ruimtetijd zelf. Waarom zouden verstoringen van ruimtetijd zich dan niet met een grotere snelheid dan de lichtsnelheid kunnen verplaatsen?
 
 

Maar aan de andere kant weten we ook dat de algemene relativiteitstheorie niet rechtstreeks te verenigen valt met de quantumvelden theorie.

 
Dat de relativiteitstheorie en quantummechanica niet met elkaar te verenigen zijn, betekent volgens mij niet dat het niet verenigbaar is, alleen dat 'we' daar nu nog niet toe in staat zijn. Als de rt op gaat en op blijft gaan voor grote objecten/schaal en er voor het quantum niveau een andere zwaartekrachttheorie wordt 'ontdekt' dan zijn we daarmee alleen maar verder van een unificatietheorie (twee zwaartekrachttheorieën). 
 

Vooralsnog ziet het er naar mijn mening beroerd uit voor het graviton. Vincent Icke, hoogleraar theoretische sterrenkunde te Leiden en bijzonder hoogleraar kosmologie te Amsterdam was tijdens dat congres heel stellig: Het graviton bestaat naar zijn mening niet.

 
Betekent dat dat Icke verwacht dat zwaartekracht op een andere manier met QM verenigd kan worden? Ik blijf het dan toch opmerkelijk vinden dat er blijkbaar zoveel verdeeldheid is (ook op dit gebied): zij die geloven en zij die niet geloven...
 
Er worden erg serieuze pogingen ondernomen om zwaartekracht op een andere manier te verklaren, met enige successen ook: gesloten snaren in de M-theorie, die vrij tussen branen kunnen bewegen. Dat klinkt als de snaarversie van een graviton. LHC experimenten worden uitgevoerd om aan te tonen dat energie 'weglekt' naar andere dimensies via - niet aan onze drie dimensies gebonden - gravitons. Wat ik nooit lees of hoor is hoe er vanuit bijvoorbeeld deze theorieën geacht wordt over de relativiteitstheorie. Wort de rt als een handige benadering van de werkelijkheid gezien, als twee theorieën voor hetzelfde of wordt verwacht dat verenigbaarheid een volgende stap gaat zijn?

[Bladerunner]

"Betekent dat dat Icke verwacht dat zwaartekracht op een andere manier met QM verenigd kan worden?"
 
Het graviton is (als het bestaat) een extreem 'ongrijpbaar' deeltje.
 
Het zou nog veel minder dan het neutrino interactie met materie hebben. (In vergelijking met het graviton is het neutrino als een oranje waterput in de woestijn.) Het ontbreken van interactie klinkt naar mijn idee nogal vreemd want terwijl er wel zoiets als stralingsdruk bestaat veroorzaakt het graviton dus geen gravitatiedruk op materie omdat er 'zo goed als' geen interactie is. Maar hoe verklaar je dan dat twee massa's elkaar aantrekken?
Het graviton is net als het foton massaloos maar bezit wel relativistische massa. Maar omdat het graviton zelf dus de drager van gravitatie is zouden ze in tegenstelling tot het foton elkaar wel beïnvloeden. En dat is één van de problemen want dat past niet in het standaardmodel.
 
Men denkt dat als je een detector zou hebben zo groot als Jupiter en je zou deze rond een neutronenster plaatsen je dan hooguit 1 graviton per 10 jaar vangt. Het ligt voor de hand dat dit niet praktisch is en natuurlijk veel te duur gezien het mogelijke eindresultaat. Serieuze zoektochten naar het graviton lijken vooralsnog een droom.
Dus zoekt men naar andere verklaringen.

[Math-E-Mad-X]

 Want op het moment van de inflatie ontstonden ook de natuurkrachten zoals wij die nu kennen en die zijn beperkt tot de lichtsnelheid, maar moet dat perse ook voor de structuur van ruimte-tijd gelden? Ik denk het niet.

 
Tja, je kan wel denken van niet, maar het is toch echt zo.
 
Tijdens mijn studie theoretische natuurkunde heeft mijn docent bij het vak Algemene Relativiteitstheorie dat voor ons op het bord nagerekend. Helaas was dat een hele lange en ingewikkelde berekening dus ik zou nu niet meer in staat zijn om dat over te doen. Je zal het dus maar van me aan moeten nemen dat het zo is.

 
De lichtsnelheid als maximum snelheid geldt voor objecten in ruimtetijd, niet voor ruimtetijd zelf. Waarom zouden verstoringen van ruimtetijd zich dan niet met een grotere snelheid dan de lichtsnelheid kunnen verplaatsen?

 
Zie mijn opmerking hierboven.

 
Dat ik nooit lees of hoor is hoe er vanuit bijvoorbeeld deze theorieën geacht wordt over de relativiteitstheorie. Wort de rt als een handige benadering van de werkelijkheid gezien, als twee theorieën voor hetzelfde of wordt verwacht dat verenigbaarheid een volgende stap gaat zijn?

 
De algemene relativiteitstheorie wordt door snaartheoretici als een benadering van de snaartheorie gezien.

[Michel Uphoff]

@Bladerunner:
er dus niets overgebracht hoeft te worden ... Communiceren doe je b.v. met radiogolven
 
@JeffW
Waarom zouden verstoringen van ruimtetijd zich dan niet met een grotere snelheid dan de lichtsnelheid kunnen verplaatsen?

 
Laten we eens for arguments sake aannemen dat gravitatieveranderingen superluminaal of zelfs instantaan doorgegeven worden. Een (toekomstige, of alien) beschaving zou dan dmv gravitatiegolven kunnen communiceren. Zelfs een kleine dumbbell die dwars op de lengte-as geroteerd wordt veroorzaak al (ongemeen geringe) gravitatiegolven, en zo'n geavanceerde beschaving zou daarmee (variëren toerental >> morse-achtige tekens) superluminaal kunnen communiceren.
 
Dat is in de huidige fysica onmogelijk. De begrenzing gegeven door de lichtsnelheid in vacuüm is niet alleen voorbehouden aan het licht, ingevolge de speciale relativiteit is het de hoogst mogelijke snelheid voor iedere interactie in het heelal.
 
De verwarring zit hem misschien in het statische veld versus de veranderingen van dat veld (de zee en de golven): Een in miljoenen jaren opgebouwd statisch veld tussen bijvoorbeeld twee sterrenstelsels is er gewoon (de zee). Als wij bewegen t.o.v. dat veld lijkt dat veld te veranderen, en die verandering is instantaan. Maar het veld zelf verandert niet, onze waarneming van dat veld wijzigt door onze beweging. Anders is het met veranderingen van het veld zelf (de golven, eb en vloed), die kunnen zich nimmer sneller dan het licht propageren.
 

JeffW: Ik blijf het dan toch opmerkelijk vinden dat er blijkbaar zoveel verdeeldheid is

 
Die verdeeldheid zal er blijven zolang het probleem tussen kwantummechanica en relativiteit niet opgelost is. Er zijn nu eenmaal meerdere hypotheses die op dit moment kansrijk lijken. En iedere hypothese heeft zo zijn groep van aanhangers. Maar de onderzoekers hebben natuurlijk ook veel gemeen; ze zijn allemaal op zoek naar de oplossing van het grote probleem in de fysica, allemaal op zoek naar nieuwe fysica.
 
Of het antwoord snel gevonden wordt? Ik hoop het van harte, maar heb er een hard hoofd in. En of de oplossing nu te vinden in de snaartheorie, in de Mond theorie, in supersymmetrie, in emergente zwaartekracht, in subtiele aanpassingen van de relativiteit en/of kwantumtheorie of meer exotische gedachten, het is op dit moment volledig ongewis.
 
Voor wat betreft die verdeeldheid, ik denk dat dat een goede zaak is. Zo houdt de wetenschap zichzelf scherp en competitief, wordt er door de diverse stromingen met veel inzet gezocht en dat lijkt mij nodig als je dit probleem ooit op wil lossen.