Emergente zwaartekracht
! 3 grote problemen met zwaartekracht ! Zwaartekracht op subatomair niveau
! Versnelde uitdijing heelal
! Zwaartekracht moet uitdijing afremmen
! Er moet dus donkere energie zijn
! Te hoge rotatie sterren in stelsels
! Donkere materie
Emergente zwaartekracht
! Rond zwarte gaten verschijnselen met thermodynamica beschrijven ! Thermodynamica: macroscopische verschijnselen (temp,druk) die
oorsprong hebben in microscopische natuurkunde (trillen moleculen)
! Zijn dus emergent
! Zo ook voor zwaartekracht
! Benadering zwaartekracht vanuit thermodynamica impliceert dat zwaartekracht op kleinste schaal niet bestaat
! Is dus emergent, komt alleen op grotere schaal tevoorschijn
! DISCREPANTIE ZWAARTEKRACHT-KWANTUMMECHICA IN 1X OPGELOST!!!!!!
! Op kwantummechanische schaal bestaat zwaartekracht dus niet
Emergente zwaartekracht
! om de thermodynamische eigenschappen van een bad te begrijpen, hoeven we niet te weten hoe de atomen in water precies gerangschikt zijn en hoe de atomen zijn opgebouwd etc.
! Veel belangrijker is het totale aantal moleculen, of de vraag welke bewegingsvrijheden die moleculen hebben.
! We zijn geïnteresseerd in de informatie die de moleculen met zich meedragen.
! Voor de zwaartekracht is de situatie hetzelfde: we kunnen de informatie zélf zien als de fundamentele bouwsteen.
! In quantummechanica kan informatie echter ook gedeeld worden door verschillende deeltjes (di verstrengeling)
! Quantuminformatie is niet gelokaliseerd, maar kan in een gescheiden deeltjespaar zitten!
! Het huidige beeld is dat ruimte en tijd op quantumniveau volledig ontstaan uit niet-lokale informatie.
Emergente zwaartekracht
! De ruimte is verbonden doordat bits op quantumniveau verstrengeld zijn. ! Wij ervaren ruimte als een continu geheel: je kunt door de
ruimte lopen, of zweven, zonder plekken tegen te komen waar 'geen ruimte is'.
! De verstrengelingis de lijm die de quantumbouwstenen van de ruimte bij elkaar houdt.
! Deze lijm zorgt er uiteindelijk voor dat lege ruimte op macroscopische schaal verbonden is.
! hoeveelheid informatie gerelateerd is aan het oppervlakte dat 2 delen van de ruimte scheidt ! Dit blijkt een essentiële eigenschap van Einsteins
zwaartekrachtstheorie en is zelfs noodzakelijk is om de zwaartekrachtswetten van Einstein te kunnen afleiden.
! Omgekeerd zou een correctie op deze relatie dus noodzakelijkerwijs moeten leiden tot een aanpassing van de zwaartekrachtswetten. Waar zou een dergelijke correctie vandaan kunnen komen?
Emergente zwaartekracht
! De ruimte kan op twee manieren gekromd zijn
! Negatieve kromming ! Zadel
• Anti de Sitter ruimte • Leidt in theorie tot grootschalige extra aantrekkingskracht. • In ons heelal is echter het omgekeerde aan de hand: uitdijing • Theoretisch goed begrepen
! Positieve kromming
! Bol
• De sitter ruimte • Bevat ruimte-energie (De donkere energie) • de donkere energie leidt tot een positieve kromming, die zorgt voor
de afstotende kracht en dus versnellende uitdijing van de ruimte ! Verlinde
! welke gevolgen hebben de extra energie en de extra kromming voor de verdeling van de informatie in de ruimtetijd?
! ,wat betekenen die gevolgen voor de zwaartekracht?
Emergente zwaartekracht
! In de De Sitter ruimte is er volgens Verlinde nog steeds een relatie tussen informatie en oppervlak maar is er naast de oppervlaktecomponent nóg een bijdrage aan de entropie.
! Deze extra informatie, geassocieerd is met de donkere energie, is in Verlindes model verspreid over de hele ruimte.
! Daarom hangt deze bijdrage aan de hoeveelheid informatie af van het volume van een stuk ruimte, en niet van de oppervlakte ervan.
! de volumebijdrage aan de entropie meestal heel veel kleiner zal zijn dan de oppervlaktebijdrage ! De volumebijdrage zorgt ervoor dat juist op de schaal van sterrenstelsels
de zwaartekrachtswetten van Newton en Einstein niet meer exact gelden.
Emergente zwaartekracht
! Gewone materie kan volgens Verlinde ontstaan doordat donkere energie uit het heelal wordt weggenomen en ergens wordt gelokaliseerd. ! De creatie van een massa, zoals de zon, laat echter een blijvend 'litteken' achter in een De
Sitterheelal.
! Het heelal herinnert zich als het ware dat er een massa gecreëerd is. ! Hierdoor kromt de ruimte, waardoor andere massa's, zoals de aarde, tot de materie worden
aangetrokken. • Die kromming beschreef Einstein al in zijn algemene relativiteitstheorie.
! Het ontstaan van een massa beïnvloedt ook de informatieverdeling die hoort bij de donkere energie. ! Deel van de informatie nu geassocieerd met de materie
! Het andere deel zich moet herschikken in de ruimte. ! Massa verplaatst dus informatie.
• Een actie leidt echter altijd tot een reactie: de informatie 'duwt' ook terug.
• Op de schaal van sterrenstelsels en clusters van sterrenstelsels wordt dusdanig veel materie weggenomen dat dit effect toch significant is.
• De resulterende extra kracht wordt dan ook op deze schaal al waargenomen: het is precies de kracht die wordt toegeschreven aan de donkere materie!
Emergente zwaartekracht
! Op plekken waar informatie is weggehaald ontstaat lege ruimte
! daarbuiten is de ruimte nog steeds gevuld is met informatie en energie. ! Vooral rond materie bevindt zich dus de meeste lege ruimte.
! Dit betekent dat er rond een massa op een bepaalde afstand een overgang is van lege naar gevulde ruimte.
Emergente zwaartekracht
! Het belangrijkste resultaat van Verlinde ! een algemene relatie tussen de daadwerkelijke hoeveelheid gewone materie
en de schijnbare hoeveelheid donkere materie.
! Volgens hem bestaat die donkere materie zoals gezegd niet, maar we kunnen de eraan toegeschreven effecten beschrijven aan de hand van een effectieve massa
! de massa die de donkere materie zou hebben gehad als die wél de verklaring was geweest voor de extra zwaartekracht.
! 'DONKERE MATERIE’ BLIJKT EEN REACTIEKRACHT DIE ONTSTAAT ALS INFORMATIE WORDT WEGGENOMEN OM GEWONE MATERIE TE VORMEN.
Emergente zwaartekracht
! Emergentie (het ontstaan van zwaartekracht op grote schaal uit informatieverdeling op kleine schaal) lost wellicht drie problemen tegelijkertijd op. 1. de zwaartekracht bestaat niet op de kleinste schaal.
! zwaartekrachtswetten op quantumschaal zijn overbodig. 2. De ruimte op quantumniveau bestaan uit informatiebits die met elkaar verstrengeld zijn.
! Als de microtoestand van alle bits een hoge energie heeft, is de ruimte op grote schaal gezien een De Sitterheelal.
! Dit verklaart de oorsprong van donkere energie. 3. Het creëren van een massa in een De Sitterheelal verplaatst de informatie die
geassocieerd is met de donkere energie. ! Deze verplaatsing van informatie heeft zijn weerslag op massa's aan de rand van een
sterrenstelsel. ! Deze reactiekracht komt overeen met de effecten die worden toegeschreven aan
donkere materie.
! DE THEORIE VAN VERLINDE ! LOST IN ÉÉN KEER DE DRIE PROBLEMEN VAN DE TRADITIONELE
ZWAARTEKRACHT OP, ! LEIDT OP KORTERE AFSTANDEN TOT EINSTEIN EN NEWTON EN ! VERKLAART OP QUANTUM-NIVEAU DE OVERBRENGING VAN DE ZWAARTEKRACHT
Emergente zwaartekracht
! Stof tot nadenken: ! Hiermee is de oerknal theorie niet meer noodzakelijk
! Inflatie benodigd om homogene verdeling materie te verklaren
! Alle materie gevormd tijdens afkoeling na oerknal
! Als materie voortkomt uit energie en informatie is homogene verdeling al geborgd omdat vacuüm-energie overal gelijk is
! Ook is er geen afkoeling meer nodig om atomen te vormen
! Wel is een nieuwe theorie benodigd om omzetting van donkere energie en informatie naar materie meer gedetailleerd te beschrijven
• Dit is analoog aan algemene relativiteitstheorie • Pas na deze theorie kwamen de theorieën over bv zwarte
gaten en oerknal