Komt zwaartekracht voort uit kwantumverstrengeling?

[Visionair]

Zwaartekracht is extreem zwak, werkt op alles in en vertraagt de tijd. Er is maar één invloed in de hedendaagse natuurkunde bekend die al deze eigenschappen in zich verenigt: kwantumverstrengeling. Hieronder zal uiteengezet worden wat kwantumverstrengeling is en hoe het in staat is ruimtetijd te vervormen.



Eisen aan kandidaat-zwaartekrachtstheorieën

Hetgene wat zwaartekracht veroorzaakt, moet op alle fysische objecten inwerken, alsmede op de lege ruimte zelf. Het moet de tijd vertragen en de ruimte doen inkrimpen. Het moet een invloed op massa uitoefenen, evenredig aan trage massa. Zwaartekracht is extreem zwak, dus wat de gevolgen op ruimtetijd ook veroorzaakt, moet extreem zwak, maar wel universeel zijn en universeel invloed uitoefenen. Meer details in ons artikel Schizofrene eigenschappen van het graviton.

Kwantummechanica als allesbeheersende theorie

Met uitzondering van de algemene relativiteitstheorie maken alle natuurkundige theorieën gebruik van de kwantummechanica. Er zijn op basisniveau drie theorieën: quantum elektrodynamica (QED) die de elektromagnetische kracht op kwantumniveau beschrijft (in essentie bestaat quantum elektrodynamica uit de vier vergelijkingen van Maxwell gecombineerd met relativistische kwantummechanica), QCD (quantum chromodynamica die de sterke kernkracht beschrijft; deze is wiskundig minder rigoreus geformuleerd dan QED) en de kwantumtheorie die de zwakke wisselwerking beschrijft (en samengevoegd is met QED tot de elektrozwakke kwantumdynamica). Al deze drie (of twee) theorieën verklaren, met de algemene relativiteitstheorie, alle waarnemingen. Aangezien de algemene relativiteitstheorie zich met objecten op macroscopische grootte bezig houdt en de kwantumdynamica met de wereld op kwantumniveau, levert dit in de praktijk nauwelijks problemen op, behalve op het gebied van zwarte gaten, theoretische, nog nooit waargenomen objecten met een ontsnappingssnelheid groter dan de lichtsnelheid.

Echter: elke poging om de algemene relativiteitstheorie samen te voegen met kwantumdynamica levert monsterlijke wiskunde op. Bekende voorbeelden hiervan zijn de snaartheorie en loop quantum gravity. Vandaar dat de hedendaagse natuurkunde ruimtetijd laat beschrijven door de algemene relativiteitstheorie en interacties tussen deeltjes en velden door de kwantummechanica in zijn twee (of drie) incarnaties.

De gevolgen van kwantumverstrengeling op ruimtetijd

Kwantumverstrengeling ontstaat als twee kwantumdeeltjes met elkaar in contact komen. Als twee deeltjes, A en B, met elkaar kwantumverstrengeld zijn, betekent dat dat als een meting aan één deeltje wordt verricht, dit een gecorreleerde eigenschap van het andere deeltje vastlegt (bijvoorbeeld: meet van één deeltje de impuls, dan ligt van het andere deeltje de plaats exact vast). Natuurkundig gezien betekent een waarneming: kwantumcorreleer een deeltje met een enorm systeem (bijvoorbeeld een object met veel massa, zoals het geheel van waarnemingsapparaat en waarnemer). Wiskundig gezien beperkt dit de vrijheidsgraden van het hele systeem: wiskundig gezien wordt de ruimte die het systeem hiermee inneemt, kleiner. Stel, een deeltje m in massief object M is kwantumverstrengeld met een deeltje n in object N. Stel, in object M vindt een kwantuminstorting van de golffunctie van m plaats waardoor de impuls van m exact bekend is ten opzichte van de rest van M, dan moet in object N de plaats van n exact bekend zijn ten opzichte van N. Door de nabijheid van M en N vinden voortdurende interacties (geïntermedieerd door virtuele of reële deeltjes) plaats tussen M en N en ontstaat er dus voortdurend kwantumverstrengeling.

Er is tot op heden niet één waarneming gedaan die in strijd is met de kwantumelektrodynamica of de algemene relativiteitstheorie. Aangezien de wiskundige beschrijving van ruimtetijd volgens de speciale relativiteitstheorie, ook die is volgens de kwantummechanica, komt deze wiskundige ruimte dus volledig overeen met de werkelijke ruimte. Voorlopige onontkoombare conclusie: kwantumverstrengeling zorgt voor een inperking, verkleining dus, van ruimtetijd. Precies het effect waarvan de algemene relativiteitstheorie voorspelt dat massa dat heeft op de omringende ruimtetijd…

Kwantumverstrengeling met virtuele deeltjes in het vacuüm

Uit de onzekerheidsrelatie van Heisenberg volgt dat we op kwantumschaal geen absolute uitspraken kunnen doen over meetbare grootheden als energie, tijd, impuls en plaats. Dat kunnen we alleen over hun product: zo weten we dat een deeltje als een elektron (massa: 9,10938188 × 10-31 kilogram) met het bijbehorende positron (dat even zwaar is) maximaal 1,3×10-21 seconde kan bestaan (de tijd waarin licht een duizendste van de diameter van een atoom, of honderd protondiameters, aflegt). Virtuele deeltjes onderscheiden zich alleen van reële deeltjes door hun energie, die netto nul is. Dit betekent dat het effectieve bereik van alle virtuele deeltjes met massa zeer klein is. Alleen fotonen, lichtdeeltjes, hebben massa nul dus een oneindig bereik. Dit is ook nodig, want in de kwantummechanica worden elektromagnetische interacties veroorzaakt door virtuele fotonen (en, zoals bekend, een bliksem of een sterke elektromagneet heeft heel wat meer bereik dan een duizendste van een atoomkern).

Het is reeds gelukt met behulp van elektromagnetische velden deeltjes met elkaar te kwantumverstrengelen. We weten daarom (en ook uit kwantumtheoretische berekeningen en andere experimenten) dat virtuele deeltjes met reële deeltjes kwantumverstrengeld kunnen zijn. Ok weten we dat reële deeltjes die kwantumverstrengeling via virtuele deeltjes kunnen overdragen aan andere reële deeltjes. Als een reëel deeltje met een virtueel deeltje kwantumverstrengeld is, zal ook dit de vrijheidsgraden van het virtuele deeltje (in de praktijk: een virtueel foton, van de rest, virtuele neutrino’s uitgezonderd, is het bereik immers extreem klein) inperken, dus ook hier geldt dat ruimtetijd rond massa inkrimpt. Als we aannemen dat het vacuüm bestaat uit een zee van virtuele deeltjes (en zowel waarnemingen als theorie wijzen hierop) is hiermee een mechaniek beschreven waarom massa de ruimtetijd doet inkrimpen.

Echter: omdat virtuele deeltjes massa en energie nul hebben, vindt netto invloed nul plaats van de virtuele deeltjes op reële deeltjes of virtuele deeltjes onderling. Alleen als reële materie in de buurt virtuele deeltjes laadt met energie (een veld opwekt, zou een natuurkundige zeggen) kunnen deze invloed hebben of overdragen op andere deeltjes.

De fundamentele ontdekking van Yasahiro Hotta: energieoverdracht verbruikt kwantumverstrengeling

Virtuele deeltjes zijn per definitie per saldo energieloos. In een artikel dat in februari 2010 is gepubliceerd stelt de Japanse fysicus Hotta echter vast dat er een verband is tussen energietransport en het verbruiken van kwantumverstrengeling: door het verbruiken van kwantumverstrengeling vindt energieuitwisseling plaats.

We hebben reeds eerder gezien dat kwantumverstrengeling voortdurend ontstaat, namelijk door de wisselwerking van twee deeltjes (of als een virtueel fotonenpaar dat in de rumte tussen de twee voorwerpen met twee deeltjes m en n in twee systemen met massa M resp. N reageert). Op het moment dat de kwantumverstrengeling wordt verbroken, stelt Hotta, vindt er energieoverdracht tussen beide systemen plaats.

Je zou het niet zeggen als je er bij stilstaat dat een planeet als de aarde met vele kilometers per seconde rond de zon beweegt, maar natuurkundig gezien hebben voorwerpen in een zwaartekrachtsveld een negatieve energie. Het kost namelijk energie om het voorwerp uit het zwaartekrachtsveld los te peuteren. Het door Hotta beschreven mechanisme kan verklaren hoe de energieoverdracht bij zwaartekrachtsinteracties plaatsvindt. Het vacuüm tussen beide voorwerpen wordt door de uitwisseling van virtuele fotonen “leger” waardoor er aantrekkingskracht ontstaat. In feite is de Casimirkracht (zowel theoretisch als experimenteel aangetoond), die in een vacuüm elektrisch geleidende platen naar elkaar toetrekt, hier het gevolg van.

Massa is energie; energie is relatief; massa is dat niet. Waarom?

Dat massa equivalent is aan energie volgens de wereldberoemde formule van Einstein, energie is massa maal het kwadraat van de lichtsnelheid, weten we al sinds begin vorige eeuw. Echter: de energie van iets is relatief: afhankelijk van welk inertiaalstelsel je kiest (wat je positie als waarnemer is). Als twee waarnemers met een flinke snelheid op elkaar afvliegen en ze gebruiken hun eigen positie als uitgangspunt, hebben ze zelf een bewegingsenergie van nul en de andere waarnemer een energie van de helft van het kwadraat van zijn snelheid. Over elkaars rustmassa zijn ze het echter eens. Wat de rustmassa is van een bepaalde waarnemer, is niet afhankelijk van het referentiestelsel.

In een eerder artikel is uiteengezet hoe uit louter energie massa is te produceren, zonder magische of enge dingen te hoeven doen of een beroep te doen op virtuele deeltjes. In dit gedachtenexperiment is sprake van een grote verzameling lichtdeeltjes. In tegenstelling tot “gewoon” licht zijn deze lichtdeeltjes aan elkaar gekoppeld, in dit geval door een hypothetische massaloze bol. Wat het licht massa verschaft is hiermee de koppeling van de lichtdeeltjes aan elkaar, in dit geval door de massaloze spiegelende bol.

Wat nog ontbreekt

De wiskundige onderbouwing. Er zal moeten worden aangetoond dat uit wat Hotta heeft vastgesteld over energieuitwisseling bij kwantumverstrengeling, logisch de Einsteinvergelijkingen voor de vervorming van ruimtetijd als gevolg van massa (tensoren) rollen. Hierbij is het voorgestelde model van de wisselwerkingen tussen twee holle bollen met weerkaatsende fotonen mogelijk een interessant proefmodel. Een andere optie kan zijn de zwaartekracht tussen twee elektronen af te leiden uit alle mogelijk denkbare kwantumverstrengelingen met positieve energie tussen de deeltjes. Dit gaat de wiskunstige vermogens van schrijver dezes ver te boven, die van veel theoretisch natuurkundigen echter niet. Zou hieruit komen dat er een anomale waarde of gedrag van de zwaartekracht ontstaat, dan is hiermee aangetoond dat dit idee niet klopt. Hiermee voldoet het aan de eisen van een falsificeerbare theorie.

[Math-E-Mad-X]

Wat nog ontbreekt

De wiskundige onderbouwing.

Nou, ik zou zeggen: doe je best!

Zolang je die wiskunde nog niet hebt heeft het weinig zin om inhoudelijk op je theorie in te gaan, want het is niet veel meer dan een hoop mooie praatjes zonder rigoureuze definities of vergelijkingen. Ik zie in je tekst dat je een hele hoop natuurkundige begrippen met elkaar verwart, dus het zou een hoop ophelderen als je alles eens in een wiskundige vorm giet, zodat het duidelijk is waar we het eigenlijk over hebben.

Ik wacht met spanning af!

[Visionair]

Nou, ik zou zeggen: doe je best!

Zolang je die wiskunde nog niet hebt heeft het weinig zin om inhoudelijk op je theorie in te gaan, want het is niet veel meer dan een hoop mooie praatjes zonder rigoureuze definities of vergelijkingen. Ik zie in je tekst dat je een hele hoop natuurkundige begrippen met elkaar verwart, dus het zou een hoop ophelderen als je alles eens in een wiskundige vorm giet, zodat het duidelijk is waar we het eigenlijk over hebben.

Ik wacht met spanning af!

Bij de wiskundige onderbouwing helpt het denk ik bijzonder als je aangeeft welke natuurkundige begrippen precies hier volgens je met elkaar worden verward.

[physicalattraction]

De tekst in huidige vorm heeft weinig wetenschappelijk waarde, daar hij niet geformaliseerd is. Ik verzoek de topic starter om óf een discussiepunt specifiek aan te halen en hier te bediscussiëren, óf om werk te maken van het formaliseren van zijn theorie, waarbij hij op dit forum om specifieke hulp kan vragen.

[Visionair]

De tekst in huidige vorm heeft weinig wetenschappelijk waarde, daar hij niet geformaliseerd is. Ik verzoek de topic starter om óf een discussiepunt specifiek aan te halen en hier te bediscussiëren, óf om werk te maken van het formaliseren van zijn theorie, waarbij hij op dit forum om specifieke hulp kan vragen.

Dat "specifieke discussiepunt" heb ik namelijk al aangehaald, namelijk door te vragen wat Math-E-Mad-X precies bedoelt met begrippen die volgens hem met elkaar worden verward. Hiermee kan de tekst ook worden geformaliseerd. Ik snap met alle respect je punt dus niet.

[Visionair]

Dat "specifieke discussiepunt" heb ik namelijk al aangehaald, namelijk door te vragen wat Math-E-Mad-X precies bedoelt met begrippen die volgens hem met elkaar worden verward. Hiermee kan de tekst ook worden geformaliseerd. Ik snap met alle respect je punt dus niet.

Ook is de gedachte dat een wiskundige formalisatie een voorwaarde is voor alle ideeën om fysisch relevant te zijn, nogal dom. Alle baanbrekende natuurkundige inzichten kwamen voort uit filosofische vragen en gedachtenexperimenten. Uiteraard moet voor het definitieve bewijs worden teruggegrepen op wiskunde, maar in de conceptuele fase niet.

Een reden dat de theoretische natuurkunde na de kwantumrevolutie in het slop is geraakt is, dat sinds Bohr afstand is gedaan van deze traditie. Het extreme gevolg hiervan is de totstandkoming van de snaartheorie: wiskundig formalisme zonder dat de beoefenaars ervan ook maar één idee hebben wat ze nu precies beschrijven. De resultaten zijn daar dan ook naar.

Het enige punt van kritiek wat in m.i. deze fase werkelijk houdt snijdt, is dat begrippen met elkaar worden verward of onvoldoende scherp gedefinieerd. Ik zal mijn artikel nalopen en een link naar de verbeterde versie plaatsen.

groet

visionair.nl

[Math-E-Mad-X]

Ik heb niet veel tijd, dus ik geef even snel één voorbeeld (maar dat wil dus niet zeggen dat dit het enige is wat mis is met je theorie):

Hetgene wat zwaartekracht veroorzaakt (...) moet de tijd vertragen en de ruimte doen inkrimpen.

Zwaartekracht veroorzaakt een kromming van de tijd-ruimte. Dit wil onder andere zeggen dat objecten korter worden in een zwaartekrachtsveld. Dat is niet hetzelfde als beweren dat ruimte inkrimpt.

Wiskundig gezien beperkt dit de vrijheidsgraden van het hele systeem: wiskundig gezien wordt de ruimte die het systeem hiermee inneemt, kleiner.

Inderdaad kun je zeggen dat het aantal vrijheidsgraden beperkt wordt, en daarom dat de wiskundige toestandsruimte kleiner wordt.

Maar een kleiner wordende wiskundige ruimte van toestanden is totaal iets anders dan een fysiek object dat korter wordt!

Dit is één voorbeeld van hoe jij totaal ongerelateerde zaken met elkaar in verband brengt, puur en alleen omdat ze taalkundig op elkaar lijken. Net zoals dat bijvoorbeeld elektrische spanning helemaal niets te maken heeft met emotionele spanning, ookal worden deze zaken door spritiuele mensen wel eens met elkaar in verband gebracht. Het is alleen toevallig zo dat we in het Nederlands hetzelfde woord voor deze twee zaken gebruiken.

[Math-E-Mad-X]

Ook is de gedachte dat een wiskundige formalisatie een voorwaarde is voor alle ideeën om fysisch relevant te zijn, nogal dom. Alle baanbrekende natuurkundige inzichten kwamen voort uit filosofische vragen en gedachtenexperimenten. Uiteraard moet voor het definitieve bewijs worden teruggegrepen op wiskunde, maar in de conceptuele fase niet.

allemaal leuk en aardig, maar het heeft gewoon geen enkele zin om over filosofische ideetjes te gaan discussieren als er geen enkele wiskundige achtergrond is. Je kunt dan niet veel meer verwachten dan een welles-nietes discussie.

En nog een tip: totaal afgezien van de vraag of je theorie correct is of niet, als je wil dat mensen je serieus nemen, noem jezelf dan alsjeblieft niet 'visionair'. Dit is een vorm van jezelf ophemelen nog voordat je ook maar één resultaat hebt laten zien en dat wordt absoluut niet gewaardeerd in de wetenschap. Bovendien komt dit zeer onprofessioneel over, waardoor weinig mensen bereid zullen zijn serieus naar je theorie te kijken. Bescheidenheid is een groot goed! Dit is verder niet bedoeld als kritiek, maar meer als een tip.

[Visionair]

allemaal leuk en aardig, maar het heeft gewoon geen enkele zin om over filosofische ideetjes te gaan discussieren als er geen enkele wiskundige achtergrond is. Je kunt dan niet veel meer verwachten dan een welles-nietes discussie.

Zonder fysische interpretatie heeft wiskunde geen betekenis. Je moet m.i. daarom beginnen met concepten, die formaliseren, in wiskunde vertalen en zo tot toetsbare voorspellingen komen. Dit artikel valt duidelijk in de conceptfase.

En nog een tip: totaal afgezien van de vraag of je theorie correct is of niet, als je wil dat mensen je serieus nemen, noem jezelf dan alsjeblieft niet 'visionair'.

Ik noemde mezelf niet visionair, maar visionair.nl. De inkorting van mijn gebruikersnaam tot het inderdaad bombastische visionair komt voor de rekening van de moderatuur hier, vermoedelijk omdat ze bang zijn dat er zieltjes verdwijnen of zo. De site visionair.nl heeft slechts tot doel het visionair denken te bevorderen. De site claimt niet dat haar eigenaren of redacteuren over goddelijke vermogens beschikken.

Het is niet zo dat ik mezelf als visionair beschouw. Wel denk ik dat er iets als visionair denken bestaat en dat het mogelijk is dit te beoefenen. Mensen als Einstein, Heisenberg en Bohr die nadachten over de grondslagen van de realiteit waren visionair aan het denken.

Maar om even terug te komen op een interessanter onderwerp: welke fysische concepten in het artikel vind je dubbelzinnig of fout verwoord?

[Visionair]

Inderdaad kun je zeggen dat het aantal vrijheidsgraden beperkt wordt, en daarom dat de wiskundige toestandsruimte kleiner wordt.

Maar een kleiner wordende wiskundige ruimte van toestanden is totaal iets anders dan een fysiek object dat korter wordt!

Dank dat je ondanks je beperkte tijd hierop reageert.

De redenatie die ik in het artikel heb gebruikt is de volgende. Als je aanneemt dat de fysische beschrijving van de algemene relativiteitstheorie onverkort geldig is (en er zijn geen natuurkundige waarnemingen op kleiner dan galactische schaal gedaan die anders doen vermoeden), kan je de realiteit van ruimtetijd dus gelijk stellen aan de wiskundige beschrijving der algemene relativiteitstheorie.

Ik heb mezelf de vraag gesteld welk fysisch mechanisme verantwoordelijk kan zijn voor de vervorming in de wiskundige ruimte, zoals beschreven door de algemene relativiteitstheorie. Ik constateer dat door kwantumverstrengeling de toestandsruimte inderdaad kleiner wordt en postuleer dat dit de ruimte-tijdsvervorming door massa is. Voor een waarnemer die zich in een wiskundige toestandsruimte bevindt, komt het voor dat de ruimte vervormd wordt als de toestandsruimte inkrimpt.

Het kwartje viel bij mij toen ik in Hotta's artikel las dat er kwantumverstrengeling wordt verbruikt bij quantumteleportatie van energie.

[Math-E-Mad-X]

Zonder fysische interpretatie heeft wiskunde geen betekenis. Je moet m.i. daarom beginnen met concepten, die formaliseren, in wiskunde vertalen en zo tot toetsbare voorspellingen komen. Dit artikel valt duidelijk in de conceptfase.

Maar zolang die wiskunde er nog niet is valt er nauwelijks iets te discussiëren.

Ik noemde mezelf niet visionair, maar visionair.nl. De inkorting van mijn gebruikersnaam tot het inderdaad bombastische visionair komt voor de rekening van de moderatuur hier, vermoedelijk omdat ze bang zijn dat er zieltjes verdwijnen of zo. De site visionair.nl heeft slechts tot doel het visionair denken te bevorderen. De site claimt niet dat haar eigenaren of redacteuren over goddelijke vermogens beschikken.

Het doet er niet toe of jij je wel of niet als visionair beschouwt, en het doet er ook niet toe of het gaat om de naam van een persoon of de naam van een website. Het is en blijft een naam die er voor zorgt dat je minder serieus genomen zal worden. Maar goed, je moet het zelf weten...

Voor een waarnemer die zich in een wiskundige toestandsruimte bevindt, komt het voor dat de ruimte vervormd wordt als de toestandsruimte inkrimpt.

Het is mij totaal niet duidelijk waarom dat volgens jou zo zou zijn. Een krimpende toestandsruimte wil zeggen dat er minder mogelijke toestanden voor een deeltje zijn. Waarom zou dat betekenen dat fysieke objecten korter worden?

Dit is dus typisch zo'n punt wat je echt een stuk beter wiskundig uit zal moeten werken.

[oktagon]

Een verband tussen blackholes en gravity-ik zag gisteren op de BBC een reportage van een wetenschapper en zie op de volgende site ook een reportage(verhandeling):

http://www.microsofttranslator.com/bv.aspx...ki%2fBlack_hole

[Immerspher]

Kwantumverstrengeling ontstaat als twee kwantumdeeltjes met elkaar in contact komen.

Binnen het voorkomen van zwaartekrachtvelden geldt een andere wet. Hierbij is de situatie verschillend. Op het moment dat twee deeltjes met elkaar in contact komen zal een interactie ontstaan. Deze is relatief. Binnen het voorkomen van een dergelijke interactie kan verstrengeling optreden. Een tegenovergestelde beperking van vrijheidsgraden. Om deze situatie tot stand te brengen moeten de beide kwantumdeeltjes worden gekwalificeerd. Hoe zijn deze geladen? Zwaartekrachtvelden zijn evenredig geladen. Hierbinnen is de lading gelijk. Binnen kwantumverstrengeling is de lading tegengesteld. Deze wijkt af.

[Math-E-Mad-X]

Binnen het voorkomen van zwaartekrachtvelden geldt een andere wet. Hierbij is de situatie verschillend. Op het moment dat twee deeltjes met elkaar in contact komen zal een interactie ontstaan. Deze is relatief. Binnen het voorkomen van een dergelijke interactie kan verstrengeling optreden. Een tegenovergestelde beperking van vrijheidsgraden. Om deze situatie tot stand te brengen moeten de beide kwantumdeeltjes worden gekwalificeerd. Hoe zijn deze geladen? Zwaartekrachtvelden zijn evenredig geladen. Hierbinnen is de lading gelijk. Binnen kwantumverstrengeling is de lading tegengesteld. Deze wijkt af.

Beste Immerspher, je bijdrage wordt uiteraard gewaardeerd, maar hierboven schrijf je 11 zinnen waarvan ik er letterlijk niet eentje begrijp.

[Immerspher]

Beste Immerspher, je bijdrage wordt uiteraard gewaardeerd, maar hierboven schrijf je 11 zinnen waarvan ik er letterlijk niet eentje begrijp.

Ik heb een stukje gelezen op het forum. Dit viel me direct op. Dit verduidelijkt de post:

"Kraakman wrote:

http://www.xs4all.nl/~adcs/Deeltjes/electromagnetism.html

Ik werd in het andere topic over "Kwantumfysica: hoe begin ik?" doorgelinkt naar deze website. Ik zie hier het volgende staan: "Tegengesteld geladen voorwerpen trekken elkaar aan, zoals een proton en een elektron, en deeltjes met dezelfde soort lading stoten elkaar af."