[Column] Erik Verlinde en zwaartekracht

[Kappetijn]

Op 1 april jl. schreef Martijn van Calmthout in De Volkskrant een artikel met de kop UvA-hoogleraar komt met eigen, alternatieve theorie zwaartekracht en op 4 april publiceerde George van Hal op de website van de Nederlandstalige NewScientist het artikel Vooruitblik: nieuwe theorie Erik Verlinde ontmaskert 95 procent van het heelal. De opgewondenheid die van de koppen van deze twee Nederlandse wetenschapsjournalisten spat, heeft te maken met het feit dat de hoogleraar theoretische fysica aan de Universiteit van Amsterdam, prof.dr.ir. Erik Verlinde heeft aangekondigd dat er een dezer dagen een wetenschappelijk artikel van hem zal worden gepubliceerd. In het artikel zal hij uitleggen wat hij op 6 januari 2010 precies bedoelde in het inleidende artikel On the Horizon of Gravity and the Laws of Newton met zijn baanbrekende inzicht dat de zwaartekracht geen fundamentele kracht is maar een emergente kracht. Ofwel dat zwaartekracht - de aantrekkingskracht tussen twee massas - een fenomeen is dat wij als kracht ervaren maar in werkelijkheid het gevolg is van een ander onderliggend proces. Zwaartekracht ontstaat volgens Verlinde door veranderingen in informatiedichtheid.
 
Terwijl ik deze column op mijn toetsenbord zit te tikken is het tweede helft mei en er is nog steeds niets vernomen van het aangekondigde artikel. De spanning loopt op, want in de wetenschappelijke wereld is er nogal verschillend - en soms bijna onwetenschappelijk fel  -gereageerd op de opzienbarende hypothese van Verlinde. De claims die Verlinde legt zijn ook niet misselijk. Hij stelt met zijn nieuwe kijk op de werkelijkheid niet alleen een verklaring te hebben voor de zwaartekracht, maar ook dat de geheimzinnige donkere materie die de totale zwaartekracht in het universum moet verklaren niet bestaat en dat de oerknal op de schop kan. Hij is van mening dat de vergelijkingen van Einstein onvoldoende rekening houden met de hoeveelheid informatie. In feite zet Verlinde de bestaande natuurkunde op zijn kop.
 
Het zal nog wel even duren voordat wij weten of Verlinde geniaal of gek is. Persoonlijk ben ik als geïnteresseerde leek enorm gecharmeerd van zijn hypothese. Bij Verlinde draait alles om informatie en entropie, een begrip uit de tweede hoofdwet van de thermodynamica. Entropie is een maat voor het aantal mogelijke toestanden van een fysisch systeem zoals de moleculen in een hoeveelheid gas. Verlinde merkt in het interview met George van Hal op dat natuurkundigen moeite hebben met het beantwoorden van de vraag hoe het kan dat in het universum de hoeveelheid informatie gelijk blijft en tegelijkertijd de entropie toeneemt. Verlinde beweert dat de entropie gelijk is aan de totale hoeveelheid informatie en dat informatie de basis van alles vormt. Hij concludeert dat energie de snelheid is waarmee informatie wordt verwerkt en dat temperatuur de energie per hoeveelheid informatie is.
 
De reden voor mijn intuïtieve sympathie voor en beheerste optimisme over de hypothese van Verlinde is tweeledig. Ten eerste bevindt de natuurkunde na het verwerken van de gevolgen van de algemene relativiteitstheorie en de kwantummechanica, zich al een tijdje in een onbehaaglijke positie. De natuurkunde en de astronomie worstelen met enkele noodgrepen zoals de hypothesen van donkere materie en donkere energie om aan waargenomen kosmologische fenomenen  te kunnen rekenen, zonder die te kunnen verklaren. Ten tweede rukt het begrip informatie op verschillende plaatsen op. Informatie is lang beschouwd als een niet-fysisch begrip. De Amerikaanse wiskundige en de grondlegger van de cybernetica Norbert Wiener (1894 - 1964) heeft eens gezegd: Information is information, not matter or energy.
 
Maar die zienswijze is aan het veranderen. Met name door het formuleren van het holografisch principe door de Nederlandse Nobelprijswinnaar Gerard t Hooft op basis van de ideeën van de vorig jaar overleden theoretisch natuurkundige Jacob Bekenstein en door de weddenschap tussen Stephen Hawking, Kip Thorne en John Preskill over het antwoord op de vraag of in zwarte gaten informatie verloren gaat, de informatieparadox. Het besef groeit dat de rol van informatie fundamenteler is dan slechts een middel om materie, energie, deeltjes, krachten en interacties te beschrijven. Ook de kwantummechanica met nog onverklaarbare verschijnselen als kwantumverstrengeling (het instantaan uitwisselen van informatie tussen twee deeltjes over grote afstanden) maakt duidelijk dat er in de werkelijkheid een onderliggende proces is waar informatie een hoofdrol speelt.
 
De Oostenrijkse kwantumnatuurkundige Anton Zeilinger heeft eens beweerd dat het operationeel onmogelijk is werkelijkheid en informatie te scheiden. Het idee groeit dat op de kleinst denkbare schaal, de Plancklengte van 1,6 10¯³⁵ m  de werkelijkheid binair is, te beschrijven met enen en nullen. Informatie dus. Zelfs ruimte en tijd zouden daaruit voortkomen. Misschien ligt het nakende artikel van Erik Verlinde straks een tipje op van deze uitdagende sluier.