een nieuwe kijk op de zwaartekracht
TRANSCRIPT
![Page 1: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/1.jpg)
Een nieuwe kijk op de zwaartekracht
Marcel VonkJWG Ouderenkamp, 6 augustus 2016
![Page 2: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/2.jpg)
2/65
Alweer???
Ja, maar er is nieuws! (Of eigenlijk: bijna…)
![Page 3: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/3.jpg)
3/65
Het plan…
1. Drie zwaartekrachtraadsels2. Emergente zwaartekracht3. Zwaartekracht uit informatie4. Entropie en oppervlakte5. Positief en negatief gekromde ruimte6. Donkere energie: entropie en volume7. Het ontstaan van materie
![Page 4: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/4.jpg)
1. Drie zwaartekrachtraadsels
![Page 5: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/5.jpg)
5/65
Drie zwaartekrachtraadselsZwaartekracht is de zwakste van de vier natuurkrachten…
…maar ook degene die we het minst goed begrijpen!
![Page 6: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/6.jpg)
6/65
Drie zwaartekrachtraadselsRaadsel 1: Hoe kunnen we de zwaarte-kracht verenigen met de quantum-mechanica?
![Page 7: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/7.jpg)
7/65
Drie zwaartekrachtraadselsToepassen van de “kansrekenening” van de quantummechanica levert oneindige, en dus foute uitkomsten…
![Page 8: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/8.jpg)
8/65
Drie zwaartekrachtraadselsSnaartheorie zou dit probleem kunnen oplossen, maar is nog verre van volledig ontwikkeld.
![Page 9: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/9.jpg)
9/65
Drie zwaartekrachtraadselsRaadsel 2: Wat is de mysterieuze donkere energie?
Versnelling, maar zwaartekracht trekt aan…
![Page 10: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/10.jpg)
10/65
Drie zwaartekrachtraadselsEinstein beschreef deze “donkere energie” al, maar kon die niet verklaren.
![Page 11: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/11.jpg)
11/65
Drie zwaartekrachtraadselsRaadsel 3: Wat is de mysterieuze donkere materie?
![Page 12: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/12.jpg)
12/65
Drie zwaartekrachtraadselsVeel natuur- en sterrenkundigen ver-wachten dat donkere materie gevormd wordt door een nog onbekend deeltje.
Maar is dat ook zo?
![Page 13: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/13.jpg)
2. Emergente zwaartekracht
![Page 14: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/14.jpg)
14/65
Emergente zwaartekrachtSommige natuurkundige grootheden zijn emergent: ze volgen op grote schaal uit andere, microscopische grootheden.
De thermodynamica bestudeert zulke grootheden.
![Page 15: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/15.jpg)
15/65
Emergente zwaartekrachtHoe weten we welke grootheden en verschijnselen fundamenteel zijn, en welke emergent?
Is bijvoorbeeld de zwaartekracht wel zo fundamenteel?
![Page 16: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/16.jpg)
16/65
Emergente zwaartekrachtIn de jaren ’70 ontdekten Stephen Hakwing en Jacob Bekenstein dat zwarte gaten heel goed beschreven kunnen worden als thermodynamische systemen.
![Page 17: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/17.jpg)
17/65
Emergente zwaartekrachtIs zwaartekracht een emergente kracht? Dat zou in elk geval het quantumraadsel oplossen!
Maar wat zijn de “atomen” van de zwaartekracht?
![Page 18: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/18.jpg)
3. Zwaartekracht uit informatie
![Page 19: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/19.jpg)
19/65
Zwaartekracht uit informatieDe stap van microscopisch (fundamenteel) naar macroscopisch (emergent) wordt gezet op het niveau van de informatie.
Verliezen van informatie = emergentie
![Page 20: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/20.jpg)
20/65
Een eenvoudig voorbeeld: verdeel acht gekleurde ballen over een bak.
Zwaartekracht uit informatie
![Page 21: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/21.jpg)
21/65
Welke configuratie is waarschijnlijker?
Zwaartekracht uit informatie
(1) (2)
![Page 22: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/22.jpg)
22/65
Antwoord 1: beide configuraties zijn even waarschijnlijk!
Zwaartekracht uit informatie
(1) (2)
![Page 23: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/23.jpg)
23/65
De microscopische toestand
…is even waarschijnlijk als de micro-scopische toestand
Zwaartekracht uit informatie
![Page 24: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/24.jpg)
24/65
Antwoord 2: configuratie (2) is veel waarschijnlijker!
Zwaartekracht uit informatie
…
![Page 25: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/25.jpg)
25/65
De macroscopische toestand
…is veel waarschijnlijker dan de macro-scopische toestand
Zwaartekracht uit informatie
2 : 2
4 : 0
![Page 26: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/26.jpg)
26/65
Het aantal microscopische toestanden dat hoort bij één macroscopische toestand noemen we de entropie van de toestand.(Nou ja, eigenlijk de logaritme van dat aantal…)
Zwaartekracht uit informatie
4 : 0
![Page 27: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/27.jpg)
27/65
Het aantal microscopische toestanden dat hoort bij één macroscopische toestand noemen we de entropie van de toestand.
Zwaartekracht uit informatie
2 : 2
…
![Page 28: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/28.jpg)
28/65
Bij de macrotoestand 3:1 horen bijvoorbeeld 16 microtoestanden:
…en bij 2:2 horen er 36.
Zwaartekracht uit informatie
![Page 29: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/29.jpg)
29/65
Verlies van informatie = emergentie van nieuwe natuurkunde!
Zwaartekracht uit informatie
![Page 30: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/30.jpg)
30/65
Verlies van informatie = emergentie van nieuwe natuurkunde!
Zwaartekracht uit informatie
meest waarschijnlijke uitkomst
![Page 31: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/31.jpg)
31/65
Verlies van informatie = emergentie van nieuwe natuurkunde
Zwaartekracht uit informatie
meest waarschijnlijke uitkomst
![Page 32: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/32.jpg)
32/65
Systemen zoeken de meest waarschijnlijke macrotoestand op:
Zwaartekracht uit informatie
![Page 33: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/33.jpg)
33/65
Systemen zoeken de meest waarschijnlijke macrotoestand op:
Zwaartekracht uit informatie
![Page 34: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/34.jpg)
34/65
Systemen zoeken de meest waarschijnlijke macrotoestand op:
Emergentie van gasdruk!
Zwaartekracht uit informatie
![Page 35: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/35.jpg)
35/65
Zwaartekracht uit informatieBelangrijke observatie: de eigenschappen van de ballen spelen geen enkele rol!
De vraag “wat zijn de atomen van de zwaartekracht” is dus misschien wel niet de juiste…
![Page 36: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/36.jpg)
36/65
Zwaartekracht uit informatieWel belangrijk: om wat voor soort informatie gaat het? Op quantumschaal kan informatie verstrengeld zijn!
![Page 37: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/37.jpg)
37/65
Zwaartekracht uit informatieKan de zwaartekracht voortkomen uit verstrengelde quantuminformatie?
![Page 38: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/38.jpg)
4. Entropie en oppervlakte
![Page 39: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/39.jpg)
39/65
Entropie en oppervlakteEinstein: zwaartekracht is een meetkundige eigenschap van de ruimte.
(Eigenlijk: de ruimtetijd.)
![Page 40: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/40.jpg)
40/65
Entropie en oppervlakteIn 2010 bedacht Mark van Raamsdonk dat juist die meetkunde wel eens het gevolg kan zijn van verstrengelde informatie.
Sterk verstrengelde bits zitten dichter bij elkaar!
![Page 41: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/41.jpg)
41/65
Entropie en oppervlakteDit kwam mooi overeen met een formule die Bekenstein en Hawking al afleidden:
Gedeelde entropie hangt af van de oppervlakte die twee delen van de ruimte scheidt.
![Page 42: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/42.jpg)
42/65
Entropie en oppervlakteMisschien moeten we ook dit andersom lezen: oppervlakte ontstaat doordat twee systemen informatie delen!
![Page 43: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/43.jpg)
43/65
Entropie en oppervlakteJacobson liet zien dat uit dit idee inderdaad de wetten van Einstein afgeleid kunnen worden. Verlinde werkte dit idee van “entropische zwaartekracht” verder uit.
![Page 44: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/44.jpg)
44/65
Entropie en oppervlakteMaar… waar komen nu die donkere energie en donkere materie vandaan?
![Page 45: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/45.jpg)
5. Positief en negatief gekromde ruimte
![Page 46: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/46.jpg)
46/65
Entropie en oppervlakteZoals Einstein al liet zien is ruimte niet altijd vlak. Kromming = zwaartekracht!
![Page 47: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/47.jpg)
47/65
Entropie en oppervlakteOok op de allergrootste schaal heeft het heelal een “gemiddelde kromming”.
Positieve kromming = versnelde uitdijingNegatieve kromming = vertraagde uitdijing
![Page 48: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/48.jpg)
48/65
Entropie en oppervlakteOns heelal heeft dus een positieve kromming. (“De Sitterheelal”)
![Page 49: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/49.jpg)
49/65
Entropie en oppervlakteMaar… Ryu en Takayanagi bewezen de formule van Bekenstein en Hawking voor een negatief gekromd heelal! (“Anti-de Sitterheelal”)
![Page 50: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/50.jpg)
50/65
Entropie en oppervlakteWe kunnen een De Sitterheelal zien als een Anti-de Sitterheelal gevuld met energie.
Verlinde vroeg zich af: welke gevolgen heeft dit voor entropie en zwaartekracht?
![Page 51: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/51.jpg)
6. Donkere energie: entropie en volume
![Page 52: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/52.jpg)
52/65
Entropie en volumeVerlinde: in een De Sitterheelal hangt de hoeveelheid informatie niet alleen af van het oppervlak, maar ook van het volume.
S = const ⨯ A + const ⨯ V
Volume krijgt op grote schaal de overhand!
![Page 53: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/53.jpg)
53/65
Entropie en volumeJacobsons afleiding van de wetten van Einstein klopt dus niet helemaal. Het verschil bepaalt precies de versnelde uitdijing die wij donkere energie noemen!
![Page 54: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/54.jpg)
54/65
Entropie en volumeDonkere energie zien we op de schaal van het heelal, waar de volumebijdrage verge-lijkbaar is met de oppervlaktebijdrage.
Op de schaal van sterrenstelsels is de volumebijdrage 100.000⨯ kleiner. Hoe verklaren we dan donkere materie?
![Page 55: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/55.jpg)
7. Het ontstaan van materie
![Page 56: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/56.jpg)
56/65
MaterieWe hebben het tot nu toe gehad over een “leeg” heelal, dat alleen energie bevat.
Maar ons heelal bevat ook materie!
![Page 57: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/57.jpg)
57/65
MaterieDe deeltjes waaruit materie bestaat zijn niets anders dan sterk gelocaliseerde hoeveelheden informatie.
![Page 58: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/58.jpg)
58/65
MaterieVerlindes idee: als materie ontstaat wordt deze informatie weggenomen uit de omliggende ruimte. Ontstaan van materie laat daarmee een “litteken” achter.
![Page 59: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/59.jpg)
59/65
MaterieJe kunt uitrekenen hoe groot dit litteken is, en op welke afstand de informatieverdeling dus anders wordt.
Op deze schaal gaat de zwaartekracht zich anders gedragen!
![Page 60: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/60.jpg)
60/65
MaterieVerlinde leidt hiermee precies de rotatiecurves van een groot aantal sterrenstelsels af.
Het idee lijkt te werken!
![Page 61: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/61.jpg)
61/65
Materie“Donkere materie” lijkt dus geen deeltje, maar een effect van de zwaartekracht zelf!
![Page 62: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/62.jpg)
Conclusie
![Page 63: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/63.jpg)
63/65
ConclusieSterke aanwijzingen dat zwaartekracht een emergente kracht is, die veroorzaakt wordt door de informatieverdeling in het heelal.
• Geen (directe) quantumkracht• Extra informatie (volumebijdrage)
verklaart donkere energie• “Littekens” achtergelaten door materie
verklaren donkere materie.
![Page 64: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/64.jpg)
64/65
ConclusieWaarschuwing: natuurkunde en sterrenkunde in ontwikkeling!
Lijkt mooi te werken, maar de toekomst zal uitwijzen of dit klopt. Veel rekenwerk en metingen te doen!
![Page 65: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/65.jpg)
65/65
OK 2017/18/19:
![Page 66: Een nieuwe kijk op de zwaartekracht](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062522/5877c7fc1a28ab39588b6031/html5/thumbnails/66.jpg)
www.quantumuniverse.nl
Meer weten?