Snaartheorie - een korte uitleg

De snaartheorie is beschouwd als de moeilijkste natuurkundige theorie ooit. Hij is opgesteld om twee natuurkundige theorieën die tegenstrijdig met elkaar zijn te combineren, namelijk de kwantummechanica en de algemene relativiteitstheorie.

Snaartheorie

De kwantummechanica beschrijft kleine deeltjes niet alleen in deeltjeseigenschappen maar ook in golfeigenschappen en zijn dus niet plat.

De algemene relativiteitstheorie

De algemene relativiteitstheorie beschrijft hoe zwaartekracht ontstaat en gaat ervan uit dat het heelal plat is
Deze twee theorieën lijken tegenstrijdig te zijn en daarom is men in 1984 begonnen met de snaartheorie die deze twee theorieën zou kunnen combineren. De snaartheorie maakt dit mogelijk door ervan uit te gaan dat er meer dan drie dimensies zijn waarvan ene ook tijd.

Snaren

De kwantummechanica gaat ervan uit dat deeltjes punten zijn en dus geen afmeting hebben. De snaartheoretici hebben hierop bedacht dat deeltjes de vorm van een snaar hebben en dus wel een afmeting hebben. De manier waarop deze snaar dan trilt bepaalt de eigenschappen.

Meerdere theorieën

Eerst dacht men dat er meerdere snaartheorieën waren, maar liefst vijf maar er is aangetoond dat deze theorieën allemaal verschillende kanten zijn van één theorie, zoals kop en munt twee verschillende onderdelen van toch dezelfde munt. Deze 5 snaartheorieën worden samengebracht tot één theorie: de M-theorie.

De relativiteitstheorie

In 1916 bedacht Albert Einstein de Relativiteitstheorie. De theorie stelde het beeld van de natuurkundige over het heelal drastisch bij. Het is een theorie waarmee je heel precies de bewegingen van de objecten in de ruimte kunt voorspellen maar ook terug kunt redeneren. De theorie zegt in het kort eigenlijk dat voorwerpen met een hele grote massa, dat die deeltjes naar zich toetrekken. Daarom hebben we op de aarde ook de zwaartekracht. En daarom hebben de planeten ook een baan om de zon.

De Kwantummechanica

De kwantummechanica wordt door veel mensen als een rare en niet voor te stellen theorie beschouwd, maar het is wel een zeer belangrijke theorie. Hiermee zijn de natuurkundigen een stuk verder gekomen met het begrijpen en voorspellen wat de piep kleine deeltjes doen. Ieder natuurverschijnsel behalve de zwaartekracht kan kwantummechanisch uitgelegd worden. Voor de meeste natuurverschijnselen is een kwantummechanische uitleg niet nodig, omdat ze ook met klassieke (gewone) mechanica uitgelegd kunnen worden en de uitleg met klassieke mechanica is altijd korter en makkelijker dan een kwantummechanische uitleg. Sommige zeer bijzondere natuurverschijnselen kunnen niet met klassieke mechanica uitgelegd worden. Deze natuurverschijnselen kunnen alleen met kwantummechanica uitgelegd worden. Kwantummechanische uitleg gaat altijd over hele kleine dingetjes en hele kleine hoeveelheden. Maar soms wel over héél veel hele kleine dingetjes of heel vaak hele kleine hoeveelheden. We gaan bewust hier niet verder op in anders zou het veel te lang duren en zou het ook veel te moeilijk worden. Het beste is om gewoon te onthouden dat de kwantummechanica zich bezig houdt met het bestuderen en voorspellen van het gedrag van de piepkleinste deeltjes op aarde en de invloed ervan op grotere voorwerpen. Deze piepkleine deeltjes zitten bijvoorbeeld in protonen en neutronen.

Snaartheorie

In 1984 komt er eindelijk een oplossing voor het conflict tussen de kwantummechanica en de zwaartekracht: De Snaartheorie. De snaartheorie is een hele complexe en moeilijk te begrijpen theorie. Volgens de snaartheorie zit de wereld heel eenvoudig in elkaar. De snaartheorie gaat ervan uit dat alles bestaat uit piepkleine, trillende snaartjes. Deze snaartjes zijn de allerkleinste fundamentele bouwstenen van het heelal. Alles komt uit deze snaartjes voort. Elk deeltje bestaat uit deze piepkleine snaartjes. Een snaar van een viool kan bijvoorbeeld verschillende tonen voortbrengen. Zo kan een snaartje van de snaartheorie ook heel veel verschillende deeltjes voortbrengen, afhankelijk van de manier waarop ze trillen.

Maar hoe groot zijn deze snaartjes nou precies?

Om je een idee te geven hoe groot (of eigenlijk hoe klein) deze snaartjes zijn geven we je het volgende voorbeeld. Als je een zandkorreltje zou opblazen tot de grootte van het heelal, dan zou een snaartje waaruit een zandkorrelatoom is opgebouwd nog kleiner zijn dan een mensenhaar! Er zijn vele onderzoeken bezig naar deze snaartjes, maar tot heden is er nog nooit een gevonden omdat ze gewoon veel te klein zijn.

De snaartheorie gaat dus uit dat alles is opgebouwd uit piepkleine snaartjes. Maar het bijzondere aan de snaartheorie is dat de zwaartekracht er meteen bij inbegrepen is. Deze combinatie van bestaande theorieën die ook nog zou kunnen kloppen sloeg destijds dus in als een bom. Maar om deze snaartheorie te laten kloppen wordt het voor jullie nog veel ingewikkelder. Want voor deze theorie waarbij de kwantummechanica en de zwaartekracht zijn gecombineerd zijn er namelijk 10 dimensies nodig! Het is natuurlijk heel moeilijk voor te stellen wat deze dimensies zijn. De extra dimensies moeten héél klein zijn, want we kunnen ze niet zien.

Hier volgt een voorbeeld om je er iets meer bij te kunnen voorstellen

Een acrobaat en een vlo op een strak gespannen touw. De acrobaat kan alleen vooruit of achteruit, maar de vlo kan ook opzij. Als de vlo dwars rond het touw gaat lopen komt hij weer op hetzelfde punt uit. Je kunt dus zeggen: de acrobaat heeft één dimensie, en de vlo twee, maar één hiervan is wel klein, en een gesloten lus. De acrobaat kan de tweede dimensie van het touw niet ontdekken. Zo kunnen wij de wereld alleen waarnemen in drie dimensies, ook al zijn er misschien veel meer. Dit kun je je onmogelijk voorstellen, want we zien alleen iets in drie dimensies! Deze drie dimensies zijn lengte, breedte en hoogte om een plaats aan te geven. Dit zijn meteen ook de enige dimensies die wij kunnen zien. Maar de 4e dimensie is de tijd om een tijdstip aan te geven. Tot voor de snaartheorie waren deze vier dimensies genoeg.

Maar wat zijn die andere zes dimensies dan? Het antwoord is dat deze dimensies zo klein zijn dat we ze niet kunnen zien. De extra dimensies zien er dan ook heel anders uit dan de vertrouwde dimensies lengte, hoogte en breedte. De deze drie zijn oneindig uitgestrekt: je kunt eindeloos lang naar links, naar rechts, naar boven of naar beneden gaan. Het heelal houdt nergens op. De nieuwe dimensies van de snaartheorie daarentegen strekken zich niet eindeloos uit, maar zijn compact, begrensd en piepklein.

Maar is deze snaartheorie nu echt de ware theorie? Wetenschappers hopen er snel achter te komen door experimenten met deeltjesversnellers. Het eerste dat wetenschappers verwachten is dat ze nieuwe deeltjes vinden, deeltjes die veel zwaarder zijn dan de deeltjes die ze tot nu toe gevonden hebben. De snaartheorie voorspelt het bestaan van dit soort deeltjes, die supersymmetrische deeltjes heten. Ook kan het zijn dat natuurkundigen bij hun experimenten op het spoor komen van deeltjes die ontsnappen naar één van de extra dimensies die de snaartheorie voorspelt. Een dergelijk ontsnappend deeltje zou het graviton kunnen zijn, het deeltje dat verantwoordelijk is voor de zwaartekracht. Als het graviton inderdaad naar een andere dimensie ontsnapt, moeten natuurkundigen dat kunnen zien in de restanten die er van de deeltjesbotsingen overblijven: er moet dan iets ontbreken. Snaartheorie of niet, wetenschappers zijn al heel blij met de resultaten tot nu toe. De zwaartekracht is gecombineerd met andere theorieën en dit zou ooit in de toekomst het ontstaan van het heelal kunnen verklaren.