In de wereld van de fysica hebben onderzoekers zich gebogen over de wiskunde van kwantumruimte en -tijd, en ze zijn op een verontrustende ontdekkingen gestuit. De strikte regels van de kwantummechanica en de zwaartekracht stellen hen in staat om verschillende soorten universa in detail te visualiseren, wat krachtige gedachte-experimenten mogelijkmaakt, met name rondom het raadsel van zwarte gaten.
In 2019 ontdekten wetenschappers een paradox terwijl ze een universum onderzochten dat opvallend veel op het onze leek. Het theoretische universum leek slechts één enkele mogelijke staat toe te staan, iets dat zo eenvoudig was dat het zonder enige gegevensbeschrijving kon worden weergegeven. Ondanks het feit dat zulke universa sterren, planeten en zelfs mensen zouden moeten kunnen herbergen, bleven al die rijke details afwezig. “De wereld lijkt zeker complexer dan dat,” merkte een theoretisch fysicus op.
Een Schokkend Argument
De combinatie van kwantummechanica en zwaartekracht heeft wetenschappers jarenlang in de greep gehouden, en stringtheorie wordt vaak gezien als een mogelijke oplossing. Deze theorie vervangt deeltjes door vibrerende snaren, maar de complexiteit van de wiskunde is uitdagend. Bijzonder opmerkelijk is dat bijna 30 jaar geleden Juan Maldacena, een fysicus, aantoonde dat moeilijke berekeningen in stringtheorie soms konden worden omzeild door gebruik te maken van bekende concepten uit de deeltjesfysica.
Hoe eerder blijkt dat het echter alleen werkt in een universum met een vreemde ‘anti-de Sitter’ geometrie. In zo’n universum kan een schaduw van gebeurtenissen binnen een gesloten ruimte worden weergegeven op de grens ervan, wat leidt tot een holografisch beeld van de werkelijkheid. Dit holografische principe heeft belangrijke doorbraken opgeleverd, waaronder beter begrip van zwarte gaten.
Maar de kernvraag van de kwantumzwaartekracht ligt in de vroege stadia van het universum, en het probleem is dat wij leven in een universum zonder grenzen. Maldacena pastte de eilandformule toe op een gesloten universum en ontdekte dat deze regio bijna volledig leeg leek. Zijn collega’s waren aanvankelijk sceptisch over deze ontdekking.
Een Leeg Schilderij
De gesloten universa die Maldacena bestudeerde waren niet leeg van materie of energie, maar ontbeerden iets nog belangrijkers: informatie. De fysici hielden bij hoe een systeem zich in verschillende mogelijke staten kon bevinden en gebruikten hiervoor een abstracte ruimte, de Hilbertruimte, die is opgebouwd uit verschillende dimensies. Bij een gesloten universum ontdekte hij echter slechts één dimensie, wat betekent dat er geen informatie kon worden gevonden. Dit stond in schril contrast met de complexe waarnemingen in ons eigen universum.
De paradox blijft: berekeningen wijzen consistent op slechts één mogelijke staat voor gesloten universa, terwijl ons universum duidelijk eindeloze complexiteit vertoont.
Complexiteit Keert Terug
Shaghoulian merkte op dat er eerder vreemde gedragingen te zien waren in topologische veldtheorieën, waarbij de Hilbertruimten ook vaak slechts één dimensie hadden. Door een onderscheid te maken tussen een waarnemer en het systeem dat ze observeren, kan de waarnemer misschien helpen de complexe eigenschappen van gesloten universa te herstellen.
Onderzoekers bij het Massachusetts Institute of Technology onderzoeken nu hoe een waarnemer in een gesloten universum kan worden geïntegreerd. Als het idee standhoudt, kan deze nieuwe perspectief over de waarnemers een paradigmaverschuiving in de fysica teweegbrengen, waarbij de subjectieve aard van waarnemers als een sleutel wordt gezien in het begrijpen van de complexiteit van het universum.
De toekomst van deze ideeën is onzeker, maar de voortdurende exploratie van gesloten universa en het toevoegen van waarnemers kan leiden tot meer inzichten over de aard van ons bestaan.
