Een Amsterdamse top van snaar-profeten

Honderden natuurkundigen zijn de komende week in Amsterdam bijeen voor een conferentie over de supersnaartheorie, de beste kandidaat voor een Theorie van Alles....

MARTIJN VAN CALMTHOUT

ED WITTEN, hoogleraar aan het prestigieuze Institute for Advanced Studies in Princeton, New Jersey, klinkt aan de telefoon als een timide man. Professioneel zelfvertrouwen heeft hij echter als geen ander. 'De snaartheorie is een 21ste-eeuwse natuurkunde die per ongeluk in de twintigste eeuw terecht is gekomen', stelt hij graag met zijn gejaagde, hoge fluisterstem.

Witten kan het weten. Hij, geniaal natuurkundige, ooit kortstondig politiek redacteur, voor Amerikaanse doen boomlang en voor menselijke begrippen met een imposant groot hoofd, is degene die eigenhandig voor dat transport in de tijd heeft gezorgd.

Komende week is Witten in Nederland voor wat onder natuurkundigen inmiddels de échte top van Amsterdam heet: de jaarlijkse conferentie van de supersnaargemeenschap, die voor het eerst buiten de VS wordt gehouden. De Eurotop is er maar een regionaal gebeuren bij, grapt men dezer dagen, al hoeft voor Strings '97 geen putdeksel te worden dichtgesoldeerd en geen straat afgezet.

'Onze conferenties zijn altijd buitengewoon informeel, ze hebben iets rebels, aan de dinner table kunnen nieuwe doorbraken ontstaan', zegt prof. dr. Herman Verlinde van de Universiteit van Amsterdam, tot voor kort in Princeton een naaste collega van de meester. Hij is mede-organisator van de conferentie.

Amsterdam wordt een bevrijding voor Witten, vermoedt Verlinde. De Amerikaan was het afgelopen jaar ondergedompeld in het organiseren van een hogere school voor superstring-wiskunde in Princeton. Deze week komt hij eindelijk weer eens voluit aan zijn geesteskind toe: de theorie die stelt dat alles in het universum een manifestatie is van trillende snaren in tien of elf dimensies. Verschillende deeltjes kunnen verschillende trillingen zijn van eenzelfde snaar.

Maar afgeleid te worden door alledaagse dingen, dat zegt bij Witten niets, stelt Verlinde's tweelingbroer Erik, ook ex-Princeton, nu hoogleraar theoretische fysica in Utrecht en eveneens betrokken bij de organisatie. 'Hij kan zo ongelofelijk snel en veelomvattend denken. Wie weet waar hij zo vlak voor de conferentie nog op komt. Ed is altijd spannend.'

Het was op een soortgelijke conferentie twee jaar geleden in Los Angeles dat Witten de neuzen in de theoretische fysica in één klap in dezelfde richting zette. Supersnaren, stelde hij daar, hebben het in zich een echte Theorie van Alles te worden, een unieke en samenhangende beschrijving van zowel quantumtheorie als zwaartekracht.

Sinds het midden van de jaren tachtig, toen er een kortstondige string hype ontstond omdat bleek dat snaartheorie niet alleen quantumtheorie omvatte maar zelfs het bestaan van gravitatie voorspelde, hadden de meeste theoretici dat alweer uit hun hoofd gezet. Supersnaren bleken vergeven van duivelse wiskunde.

Met moeizaam geploeter waren er maar liefst vijf serieuze tiendimensionale versies ontstaan die onmogelijk allemaal waar konden zijn. En tegelijk leek het in elk van die theorieën ondoenlijk om er échte natuurkunde in de gewone vier dimensies van ruimte en tijd mee te begrijpen.

Leek. Witten stelde in maart 1995 in Los Angeles met een even elegant wiskundige als onontkoombare redenering vast dat de vijf kandidaten feitelijk allemaal uiteinden zijn van eenzelfde, veelomvattende theorie. Dualiteiten, noemen fysici dat. Deze zogeheten M-theorie laat niet alleen snaren toe, maar ook abstracte meerdimensionale membranen. Zelfs een elfdimensionaal buitenbeentje bleek in de theorie te passen.

En nog mooier: als een berekening in de ene beschrijving vastloopt, blijkt het probleem veelal te vertalen naar een andere beschrijving waar de berekening wel kan worden uitgevoerd. Eind vorig jaar was daarvan de eerste demonstratie een feit. Twee Amerikaanse theoretici gaven met behulp van supersnaartheorie een quantummechanische beschrijving van een zwart gat, een zo sterk zwaartekrachtveld dat zelfs licht er niet uit kan ontsnappen.

Extreme gravitatie was samengebracht met quantumtheorie. En de resultaten leken als twee druppels water op wat geleerden als Stephen Hawking en Gerard 't Hooft langs andere weg berekenden.

Sinds Los Angeles is er al twee jaar sprake van hernieuwde koortsachtige activiteit onder stringtheoretici, die niet alleen hun gelederen snel zien groeien maar die ook een vloedgolf van nieuwe resultaten produceren. Op die golf drijft ook de conferentie van komende week, waar driehonderd theoretici zullen verschijnen, zegt Ed Witten vanuit Princeton.

WITTEN: 'De ontwikkelingen in dit vak komen altijd voort uit concrete open kwesties in bestaande theorie. De ontwikkelingen van de laatste twee jaar hebben uitzonderlijk veel van zulke aangrijpingspunten aan het licht gebracht. Er is in Amsterdam veel nieuws om van op de hoogte te raken.'

Volgens Witten moet de enorme stap voorwaarts in de theorie van de afgelopen tijd, niet worden verward met het definitieve eindpunt van de fysica. 'Er is een stap voorwaarts gezet, maar dat betekent vooral dat er heel veel veranderd is en het stof is nog lang niet gaan liggen. Als er één ding nu duidelijk is, is dat we een goed gevoel hebben bij een theorie waarvan we nog maar heel weinig echt begrijpen.'

Snaartheorie, zegt Witten, is in alle opzichten een uitzonderlijke theorie. Gewone natuurkundige theorieën begin je doorgaans met een aantal fundamentele formules, waarvan vervolgens alle mogelijke consequenties worden verkend. Zo niet bij supersnaren. In de jaren zestig al, werd een aantal formules uit de theorie min of meer geraden. 'Maar we zijn nog steeds bezig terug te redeneren naar de basisformulering', aldus Witten.

Verreweg het belangrijkste onderwerp van de komende conferentie is volgens hem de exacte formulering van zijn fameuze M-theorie. 'Dat klinkt wel heel afgerond, maar eigenlijk verschilt men sterk van mening hoe de zaak moet worden gepresenteerd. Vorig jaar in Santa Barbara schoot het idee wortel om daarvoor matrices (een soort tiendimensionale afstandstabellen) te gebruiken. De M van magic werd de M van matrix. Ik voel daar veel voor. Maar of dat standhoudt, kunnen we slechts proberen te doorgronden.'

Verwacht, benadrukt Witten, in Amsterdam geen witte rook. Theoretische natuurkunde is een proces, waarbij doorgaans pas bij terugblik de doorbraak duidelijk is te zien. En het is bovendien niet triviaal om nog eens in één klap zes theorieën in één groter geheel te vangen, zoals destijds in Los Angeles. Dat doe je geen tweemaal.

Witten: 'Ikzelf heb ditmaal in elk geval geen wit konijn in mijn hoge hoed. Was het maar waar. Voor mij is het nu belangrijk me weer helemaal in het werk onder te dompelen. Ik moet me concentreren om te begrijpen wat we eigenlijk gecreëerd hebben. Snaartheorie is de eerste theorie waarmee menselijke wezens tegelijk zwaartekracht en quanta kunnen beschrijven, maar ze begrijpen er nog maar bitter weinig van. Dat geldt ook voor mij. Júist voor mij.'

En dat terwijl voormalige sceptici als Stephen Hawking (Cambrigde) of Gerard 't Hooft (Utrecht) nu juist prominent aanwezig zullen zijn in Amsterdam. Zij vonden tot voor kort vooral dat er te weinig aansluiting was van snaarmodellen bij echte, tastbare natuurkunde. Zijn zij om?

Mede-organisator prof. dr. Robbert Dijkgraaf van de Universiteit van Amsterdam hecht juist grote waarde aan zulke tegenstellingen. 'Om, dat is het woord niet. Het is meer een kwestie van stijl. Hawking en 't Hooft beginnen graag met een fysische notie, iets dat ze kennen en begrijpen, en slaan dan aan het uitbouwen. Stringtheorie moet je daarentegen eerst helemaal omarmen, bijna als een soort geloof, en pas dan kun je proberen verder te komen.

Dijkgraaf: 'Nu ook wij echt dingen kunnen uitrekenen, zoals de toestanden van een zwarte gat, begint dat weer dichter naar elkaar toe te trekken. Misschien waren we daar zonder het scherpe commentaar van sceptici zelfs niet zo snel toe gekomen.'

Martijn van Calmthout

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2022 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden