6 DE VOLKSKRANT WETENSCHAP ZATERDAG 1 FEBRUARI 2014 Hawking: wedje doen? Stephen Hawking (1942) is een speler. Hij mag graag met collega’s wedden over wetenschappelijke twistpunten, maar hij verliest die weddenschappen doorgaans wel. In 1975 betaalde Hawking een jaarabonnement op Penthouse voor collega Kip Thorne, toen Cygnus X-1 een zwart gat bleek. In 1997 stuurde hij een cricket-encyclopedie aan John Preskill, na een weddenschap over de vraag of informatie uit zwarte gaten kan ontsnappen. In 2012 verloor Hawking 100 dollar aan Gordon Kane, omdat hij niet in het pas ontdekte higgsdeeltje wilde geloven. Foto Facundo Arrizabalaga / EPA Natuurkunde NIEUWS STEPHEN HAWKING KOMT TOT INKEER ZWART GAT 1 Een zwart gat kan volgens Hawking (1974) stralen en verdampt dan langzaam. Daarbij gaat alle informatie die erin viel, verloren. In het vacuüm ontstaan voortdurend paren Antideeltje deeltjes en antideeltjes… 2 …die elkaar normaal meteen weer vernietigen. 3 Deeltje Rand van het zwarte gat 4 W at moet het opwindend zijn om Stephen Hawking te zijn. Natuurlijk, de Britse fysicus (72) lijdt aan een dramatische neurologische ziekte, die hem al sinds mensenheugenis tot een rolstoel veroordeelt. Lichamelijk is hij een wrak. Bewegen kan hij niet. Hij heeft geen stem, communiceert door letters stuk voor stuk aan te klikken op een beeldscherm. Met een spiertje onder zijn rechteroog. Hij is tweemaal gescheiden, wordt dag en nacht omringd door verzorgers en wetenschappelijke assistenten. Nul privacy. Geen pretje, al met al. Maar daar staat tegenover dat als hij iets te berde brengt, de wereld haast overdreven ademloos en aandachtig luistert. En bepaald niet alleen zijn collega’s in de theoretische fysica. Vorige week haalde hij nog ongeveer alle Britse media. Hawking, was de kern van de berichten, gelooft nu helemaal niet meer in zwarte gaten. Never a dull moment, dus. Aanleiding voor de mediaconsternatie was een korte paper van Hawking, tegenwoordig emeritus hoogleraar in Cambridge, over de vraag of je wel echt in een zwart gat kunt vallen. Zeker wel, is zijn oordeel. Dat publiceert hij nu, maar hij zette het in feite al afgelopen zomer op een conferentie met collega’s in Santa Barbara uiteen. ‘Als Stephen al is omgegaan, was het toen en daar’, zegt de Amsterdamse snaartheoreticus en zwaartekracht-expert Erik Verlinde, die er vorig jaar in Californië bij was. ‘Nu heeft hij het opgeschreven.’ Zwarte gaten zijn plekken in het universum waar een enorme massa zo veel zwaartekracht veroorzaakt, dat zelfs lichtdeeltjes er niet aan kunnen ontsnappen. Hun bestaan is een consequentie van de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein, die ruimte en tijd beschrijft als een elastische omgeving die door massa wordt vervormd. Is die massa erg groot, dan vormt zich een extreme put in ruimte en tijd waar alles uit de omgeving onherroepelijk in zal rollen. Ook een waarnemer die te dichtbij de rand komt. En een weg terug is er niet. Het point of no return is ook bekend: de zogeheten horizon van het zwarte gat, de afstand waar de ontsnappingssnelheid voor een massa gelijk wordt aan de lichtsnelheid. Niets kan sneller gaan dan de lichtsnelheid, dus valt alles wat weg zou willen binnen de horizon terug. Die horizon ligt als een bol om de centrale massa heen. De zogeheten Schwartzschild-straal, naar de Duitse fysicus die hem als eerste afleidde uit Einsteins oorspronkelijke ruimte-tijdvergelijkingen. Carrière Hawking heeft zijn wetenschappelijke carrière te danken aan zwarte gaten. In 1974 publiceerde hij met Jakob Bekenstein een van de opmerkelijkste resultaten van de moderne kosmologie. Zwarte gaten, rekenden zij toen voor, zijn helemaal niet echt zwart. Ze stralen wel degelijk zachtjes energie uit waardoor ze uiteindelijk – zij het na bijna een eeuwigheid – zelfs helemaal zullen verdampen. Dat komt doordat deeltjesparen die vol- Een antideeltje voegt negatieve energie toe aan het zwarte gat, dat daardoor lichter wordt, en uiteindelijk verdampt. CHAOTISCH GAT 1 4 Als een paar op de rand van een zwart gat ontstaat, kan een van beide in het zwarte gat vallen. Het andere deeltje komt vrij als Hawkingstraling. was het Joseph Polchinski die grote vraagtekens plaatste bij de bestaande inzichten over zwarte gaten. Hoe, was zijn simpele vraag, komt informatie eigenlijk weer uit zo’n zwart gat? Zwarte gaten verdampen, maar de quantumwetten verhinderen dat de informatie die erin viel, verloren gaat. De deeltjesparen in het vacuüm blijven met elkaar verbonden, ook als een van beide in het zwarte gat verdwijnt. ...chaos maakt de vrijgekomen informatie onleesbaar. 2 Alle informatie over de deeltjes wordt opgeslagen op de gloeiende rand van het zwarte gat. 3 Als het gat verdampt komt de informatie vrij... Zwarte gaten zijn niet meer wat ze geweest zijn. Ze waren al niet echt zwart. En nu lijkt de rand ook nog denkbeeldig. Door Martijn van Calmthout Illustratie Thijs Balder Er blijft niet veel over van het zwarte gat gens de quantumtheorie voortdurend uit de lege ruimte op de rand van het zwarte gat ontstaan, daar uit elkaar gerukt kunnen worden. Een deel van de energie van het gat vloeit zo toch weg in de vorm van straling. Dat leek een kleine kanttekening bij een verder helder verhaal over de peilloze afvoerputten in ruimte en tijd. Maar in feite was met Hawking’s nuancering meteen het hek van de dam. Als er wél iets uit zwarte gaten komt, werd onder theoretici al snel de vraag, komt er dan ook informa- tie uit? Bijvoorbeeld omdat het deeltje buiten de horizon volgens de quantumtheorie weet wat het deeltje binnen overkomt? Hawking meende lang van niet. Materie wordt binnen het zwarte gat zo gemangeld dat ieder spoortje van een ordening totaal verloren gaat – ongeveer als de inhoud van een boek dat wordt verbrand. Maar fysici als de Amerikaan John Preskill rekenden voor dat dat strijdig zou zijn met de quantumtheorie. Daarin gaat informatie nooit verloren. In de jaren negentig leidden de discussies met zijn Amerikaanse collega tot een weddenschap, om een encyclopedie naar keuze – het symbool bij uitstek van informatie. In 2004 gaf Hawking Preskill gelijk: om de quantumwetten van het zwarte gat te redden, moest informatie die erin ging er inderdaad ook ooit weer uitkomen. Hawking schonk Preskill een cricket-encyclopedie. Een boek over het Amerikaanse honkbal was in Cambridge niet te krijgen geweest. Zaak gesloten, leek het. Maar niets bleek minder waar. In 2012 Paradox Het antwoord op papier leek verbluffend: die hoopt zich in een withete stralingsschil rond de horizon van het zwarte gat op. Die schil, binnen de kortste keren de firewall gedoopt, zou alles wat richting zwarte gat viel verzengen. Hetgeen leidt tot een paradox: in feite komt er om te beginnen al geen informatie het zwarte gat binnen. Maar wat komt er dan uit? Wat vormt de firewall? Niets, was al snel het resolute antwoord van onder meer de Amsterdamse snaarfysicus Erik Verlinde en zijn broer Herman op Princeton, die firewall is een theoretische illusie. Daar, zegt Verlinde vanaf een conferentie in de VS, heeft Hawking zich nu bij aangesloten. ‘Stephen is inderdaad anders naar zwarte gaten gaan kijken. Niet zwaartekracht speelt de hoofdrol, maar de quantumtheorie.’ Op papier, legt Verlinde uit, heeft de horizon van een zwart gat een temperatuur, een hele hoge zelfs. Maar dat is op papier, en vooral een manier van praten over informatiestromen in het zwarte gat. Verlinde: ‘Je hebt het over een temperatuur, omdat de vergelijkingen lijken op die uit de warmteleer. In werkelijkheid is er op die plek niets te zien. Ruimte en tijd zijn er zodanig gekromd, dat er vanaf daar geen weg terug meer is. Maar zelfs dat zal een vallende astronaut niet opmerken.’ Verlinde publiceerde een paar jaar geleden een radicale nieuwe visie op zwaartekracht, die erop neerkomt dat die geen echte kracht is, maar het gevolg van ongelijk verdeelde informatie in ruimte en tijd. Ongeveer zoals druk in een gas pas ontstaat als op een bepaalde plaats meer moleculen zijn dan elders. In het geval van zwaartekracht gaat het volgens Verlinde niet om moleculen, maar bits informatie. De denkbeeldige hete rand van het zwarte gat heeft wel een duidelijke consequentie voor informatie die erop terecht komt. Die wordt in een oogwenk over de hele horizon uitgesmeerd, zodat een waarnemer er eigenlijk niet veel mee kan. Hawking vergelijkt het in zijn artikeltje met een vorm van turbulentie, zoals in de atmosfeer van de planeet aarde. Dat is een vorm van chaos, die maakt dat het weer over meer dan een paar dagen onvoorspelbaar wordt. Op dezelfde manier lekt informatie wel uit een zwart gat weg, maar niemand heeft er nog iets aan. Ciritici waren er de afgelopen week als de kippen bij om dat als een goedkope uitvlucht te zien. ‘Ik weet niet eens zeker of hij niet gewoon toch hetzelfde bedoelt als een firewall’, zei San Braunstein van de York University tegen het weekblad New Scientist. Verlinde denkt vooral dat Hawking die vergelijking met het weer niet zou moeten maken. ‘Dat klinkt allemaal nog veel te klassiek. In feite sluit hij prachtig aan bij ons idee van entropische zwaartekracht. Maar kennelijk is dat voor hem toch nog even een brug te ver.’ Wat vooral klinkt als een discussie die nog steeds niet klaar is. En misschien wel terug bij af.
© Copyright 2024 ExpyDoc
