Snaartheorie en metafysica

1. Inleiding

Naar mijn idee moeten filosofen hun blikveld wat verruimen. Het zou niet de eerste keer zijn, dat wetenschap meer bleek te kunnen zeggen over de wereld dan filosofie. Ik wil dan ook laten zien, dat een vergroting van het referentiekader een aantal traditionele problemen van de metafysica als schijnproblemen kan ontmaskeren. Een andere manier van kijken, die de wetenschap ons aan kan dragen, kan doen blijken dat de problemen die we dachten te hebben, er helemaal niet zijn. Zo bleek de mechanica die gebaseerd was op het wereldbeeld van Aristoteles niet te werken voor Galilei, omdat Aristoteles beweging zag als ontwikkeling. Hij vergeleek elke vorm van bewegen met het opgroeien van een mens of de ontwikkeling van een plant. Galilei keek naar beweging als een verplaatsing van objecten ten opzichte van elkaar, waardoor problemen in de mechanica van Aristoteles op den duur zelfs als raar werden ervaren. De problemen waren er niet meer, door een nieuwe manier van kijken.

Ik wil laten zien dat de snaartheorie ook zo’n andere manier van kijken kan zijn, ten aanzien van bepaalde metafysische problemen, zoals het ontstaan van het universum en het concept van kleinste deeltjes. Ik zal het niet hebben over of de snaartheorie goede wetenschap is, want dat is een verhaal apart. Velen denken van wel en dat is voor nu genoeg. Het gaat mij om de mogelijkheden die de snaartheorie biedt om anders tegen de wereld aan te kijken. Daartoe zal ik nu eerst de snaartheorie uitleggen voor zover nodig is voor dit doel. Daarna zal ik een paar voorbeelden geven van de metafysische problemen en traditionele oplossingen waar de snaartheorie een mogelijk alternatief voor biedt. Tenslotte zal ik deze mogelijke antwoorden van de snaartheorie formuleren.

2. Wat is snaartheorie?

De snaartheorie is ontstaan, omdat de relativiteitstheorie van Einstein en de quantummechanica niet met elkaar te verenigen waren. Einstein’s theorie kon hele goede voorspellingen doen over het domein van het hele grote, zoals planeten en sterren. De quantummechanica werkte erg goed voor hele kleine deeltjes. Maar als je de relativiteitstheorie toepaste op kleinste deeltjes, klopten de berekeningen niet, en als je de quantummechanica losliet op planeten en sterren, kwam er ook onzin uit. Dit lijkt in eerste instantie geen probleem. Waarom zou er niet één theorie voor het grote en één voor het kleine kunnen zijn? Dit leverde echter praktische problemen op, bijvoorbeeld bij zwarte gaten.

Sterren hebben een levensduur. Aan het einde van die levensduur, kan een ster heel klein en heel zwaar worden. Als dit gebeurt, trekt dit hele kleine maar toch zware object alles in zijn omgeving naar zich toe, vanwege de zwaartekracht. Het overblijfsel van de ster is zo zwaar, dat het zelfs het licht naar zich toe trekt. Alle materie en al het licht in de wijde omgeving van het overblijfsel van de ster worden naar het ene punt toe getrokken dat de ster nog is. Dit fenomeen heet een zwart gat. Het is zwart omdat het ook het licht naar zich toe trekt. Het is een gat omdat alles als in een gat naar het hele kleine middelpunt wordt getrokken. Aangezien het een zwaar object betreft, waarbij soms hele melkwegstelsels betrokken zijn, zou je zeggen dat je de relativiteitstheorie moet toepassen. Maar omdat het object in het midden van het zwarte gat heel erg klein is, zou je juist weer de quantummechanica moeten toepassen. De twee theorieën bieden echter ook hier, niet met elkaar te rijmen uitkomsten. Er waren nog meer voorbeelden van dergelijke problemen met de onverenigbaarheid van de twee theorieën. Daarom bleef men zoeken naar een andere theorie.

Halverwege de twintigste eeuw bedacht men de snaartheorie. Deze theorie bleek de twee conflicterende theorieën te kunnen verenigen door middel van snaren: basisdeeltjes die nog veel kleiner waren dan de tot dan toe bekende kleinste deeltjes uit de quantummechanica. Snaren zijn de kleinste deeltjes waaruit het universum is opgebouwd. Deze deeltjes zijn echter geen fysieke deeltjes, maar ze bestaan uit pure energie. Deze snaarvormige stukjes energie kunnen trillen, net zoals een gewone snaar. Alleen brengt een echte snaar een hoorbare toon voort en brengt een snaar in de snaartheorie door te trillen een fysiek deeltje voort. Doordat snaren verschillende “tonen” kunnen genereren, kunnen ze verschillende deeltjes voortbrengen. Dit is nodig, omdat ons universum uit veel afzonderlijke deeltjes bestaat. Zo’n deeltje is een subatomair deeltje, dat een bouwsteen vormt van ofwel een proton, een neutron of een electron. Deze drie vormen samen atomen. Afhankelijk van de hoeveelheid van de drie onderdelen, ontstaan er verschillende atomen. De atomen vormen op hun beurt weer moleculen waar onze wereld uit is opgebouwd.

De meest geavanceerde snaartheorieën, maken gebruik van elf dimensies. Deze elf zijn nodig om de berekeningen binnen de snaartheorie goed te doen. In ons dagelijks leven ervaren wij echter slechts vier dimensies. Lengte, breedte, hoogte en tijd. De andere zeven worden als volgt verklaard. Zes van die dimensies, zijn heel klein en in een soort kleine crikel naar zichzelf teruggekoppeld. Vergelijk het met een tuinslang, waar een mier overheen loopt. Als wij de tuinslang van een afstand zien, zien we slechts één dimensie, de slang lijkt een lijn te zijn. Maar voor de mier zijn er twee dimensies aan de slang. Hij kan over de lange lengte lopen, maar ook in een klein rondje, rondom de slang. Zo is het ook met die andere zes dimensies in de snaartheorie. Ze zijn kleine, op zichzelf teruggekoppelde cirkelvormige dimensies, die wij niet kunnen waarnemen. De elfde dimensie, ligt juist buiten onze tijd-ruimte. In die dimensie zweven verschillende tien-dimensionale universa rond als een soort platen die vlak bij elkaar liggen. Ons tien-dimensionale universum zou dus vlak “naast” een ander universum kunnen liggen, vergelijkbaar met verschillende sneeën in een brood . Dit is een voorbeeld van een theorie die niet aan onze dagelijkse ervaring voldoet, zoals Kant wel eist. Maar áls de theorie wel de juiste uitkomsten biedt voor de verklaring van zowel het universum als geheel als de wereld van de kleinste deeltjes, dan kunnen we ons afvragen waar we nu op af moeten gaan. Onze gewaarwording, die zich ontwikkeld heeft voor het overleven in de voor ons waarneembare wereld, of de theorie die alles kan verklaren, inclusief wat we niet direct gewaarworden. Tot zover eerst de snaartheorie.

3. Metafysica

Ik zal twee metafysische problemen bespreken: het ontstaan van het universum en de kleinste deeltjes. Een klassiek probleem betreffende het ontstaan van het universum is, of het universum nu eeuwig is, of dat het ooit ontstaan is. Als het ontstaan is, wat ging er dan aan vooraf? Als het eeuwig is, hoe kan dat dan tot stand gekomen zijn? Loopt het temporeel gezien misschien voortdurend rond in een cirkel? Wat is er buiten het universum?

Als het universum ooit begonnen is, vragen wij ons af waardoor het ontstaan is. Eén van de traditionele antwoorden is uiteraard, God. Maar dan vragen we ons nog af waar God was voordat het universum er was. Zeggen dat het universum eeuwig is, leek een betere oplossing voor sommigen. Aristoteles sprak van een onbewogen beweger, een vorm van liefde, waar het hele universum naar streeft, waardoor het universum in beweging is. Dit is een eeuwig proces en staat garant voor het eeuwig duren van het universum, zonder dat daar een God voor nodig is die het universum gemaakt heeft. Maar al deze ideeën over eeuwigheid en God stroken niet met ons wetenschappelijk wereldbeeld. Dit zegt dat er een Big Bang was, waarmee ons universum begonnen is. Een puntmassa, vergelijkbaar met een zwart gat, explodeerde en daaruit kwamen de deeltjes voort die uiteindelijk ons hele universum uit zouden gaan maken. De deeltjes klonterden samen tot planeten en sterren, en onder invloed van de explosie beweegt ons universum zich steeds verder van het middelpunt van die explosie af. Maar wat was er dan voor die Big Bang? Daarover zometeen meer.

Hoe zit het met de kleinste deeltjes? Zeno formuleerde in de oudheid een paradox over deze deeltjes. Als ieder deeltje oneindig deelbaar is, zou je door oneindig te delen, oneindig veel deeltjes hebben, die toch nog een zekere massa hebben. Dat zou betekenen dat het universum helemaal vol met massa zou moeten zitten, namelijk de optelling van die oneindige hoeveelheid kleinste deeltjes. Dit blijft een probleem, als je als kleinste deeltje een fysiek object aanneemt. Een fysiek object moet immers deelbaar zijn. Hier had ook de quantummechanica, de beste theorie over het kleine, geen goed antwoord op.

4. Antwoorden van de snaartheorie

De snaartheorie kan bovenstaande metafysische problemen ontmaskeren als schijnproblemen. Zoals gezegd, zijn de kleinste deeltjes bij snaartheorie niet fysiek, maar stukjes pure energie. De manier waarop deze snaren van energie trillen genereert een fysiek deeltje. Hiermee ben je af van het probleem van deelbaarheid. Deelbaarheid ontstaat namelijk pas, als je een fysieke entiteit aanneemt. Pure energie is een continue stroom in de tijd, waarop deelbaarheid op een moment niet van toepassing is, zoals dat bij fysieke deeltjes wel altijd het geval is. Zo is dit probleem ontmaskerd als schijnprobleem. Zoek het niet in oneindige deelbaarheid van een fysiek object, maar kijk op een andere manier naar het probleem, waardoor het er niet is.

Zo is het ook met het ontstaan van het universum. Ik had het over de elfde dimensie, waarin de universa als platen langs elkaar bewegen. Een idee binnen de snaartheorie is dat het botsen van twee van dergelijke platen de Big Bang heeft veroorzaakt, waarmee ons universum begon. Tijd kan echter gezien worden als niet meer dan één van de tien dimensies in ons universum. Een dimensie waarvoor wij ons waarnemingsapparaat hebben ontwikkeld. Doordat wij ons hebben ontwikkeld om tijd waar te nemen en in tijd te denken, concluderen we ook dat het ene voor het andere moet komen en dat er een oorzaak en een gevolg moeten zijn. Maar ook in dit geval zou kunnen gelden dat hoe wij ons ontwikkeld hebben, niet per se weerspiegelt hoe de werkelijkheid in elkaar zit. Als tijd slechts één van de tien dimensies van ons universum is, hoeven opeenvolging en causaliteit in die elfde dimensie helemaal geen rol te spelen. Zo blijkt het probleem van wat er “voor” het ontstaan van ons universum was, ook een schijnprobleem te zijn.

5. Conclusie

Wat ik in dit essay aan heb willen geven, is dat er andere manieren zijn, om te kijken naar traditionele metafysische problemen, waardoor je deze problemen helemaal niet hebt. Snaartheorie biedt hier een mogelijkheid voor. Deze theorie is nog niet perfect en dat zal ook geen snaartheoreticus beweren. Alleen kan de wetenschap ons soms helpen ons blikveld te verruimen, waardoor we de schijnproblemen in ons denken van de echte problemen kunnen onderscheiden. Als alle berekeningen kloppen, zou de snaartheorie de theorie van alles kunnen zijn. We kunnen wolkenkrabbers bouwen, poëzie schrijven en het internet uitvinden. Waarom zouden we niet interessantere ideeën over het universum kunnen ontwikkelen dan dat het drijft op een schildpad?

 

Bronnen:

McMaster, J. (Producer & Director). (2003). The elegant universe [Mini series]. Boston, MA: WGBH.
String Theory. (n.d.). Retrieved March 19, 2005, from http://en.wikipedia.org/wiki/String_theory
M-theory. (n.d.). Retrieved March 19, 2005, from http://en.wikipedia.org/wiki/M-theory
Quantum Mechanics. (n.d.). Retrieved March 19, 2005, from http://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_mechanics
Albert Einstein. (n.d.). Retrieved March 19, 2005, from http://en.wikipedia.org/wiki/Einstein
Aristotle. (n.d.). Retrieved March 19, 2005, from http://en.wikipedia.org/wiki/Aristotle
Black Hole. (n.d.). Retrieved March 19, 2005, from http://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole
Snaren: Op zoek naar een alomvattende theorie. (2002). Retrieved March 19, 2005, from http://noorderlicht.vpro.nl/wetenschap/webdocs/index.shtml?3626936+3823365+5612977
Atkinson, D. (2005). A new metaphysics, finding a niche for string theory.
Kuipers, T.A.F. (2005). Kepler, Newton, Einstein and the string theory, reply to David Atkinson.
Kant, I. (1999). Prolegomena, vert. door J. Veenbaas en W. Visser. Amsterdam: Boom.
De Vries, G. (1995). De ontwikkeling van wetenschap, Een inleiding in de wetenschapsfilosofie (3e ed.). Groningen: Wolters-Noordhoff.