Reageerbuis: De staart van de leeuw

Einstein zei ooit: "De natuur laat ons alleen de staart van de leeuw zien. Maar ik twijfel er niet aan dat er een leeuw aan vastzit, ook al is de leeuw te groot om in één keer onthuld te worden". Dankzij een belangwekkende theorie lijken we die leeuw eindelijk op het spoor te zijn.

Die belangwekkende theorie heet M-theorie. Niemand weet waar die M voor staat en maar weinig mensen begrijpen de theorie ten volle. Maar als het zijn belofte waarmaakt, zijn we eindelijk op het spoor van de leeuw en kunnen we een diep inzicht verwerven hoe de werkelijkheid in elkaar zit.

Wie op een wolkenloze avond naar de sterren tuurt, vraagt het zich wel eens af. "Wie zijn wij? Waar zijn we? Waarom zijn we? Wat is er in godsnaam aan de hand?" We zien de staart, maar hebben geen benul van de leeuw. We gaan naar binnen, vergeten onze gedachten en gaan door met ons leven.

Gelukkig zijn er mensen die het hun beroep gemaakt hebben om deze prangende levenskwesties voor ons op te lossen: de theoretisch natuurkundigen. Zij kijken verder dan onze neus lang is.

Dankzij deze knappe koppen leren we inmiddels op scholen dat alles is opgebouwd uit moleculen, moleculen zijn opgebouwd uit atomen en voor wie het vak natuurkunde nog niet had laten vallen weet dat atomen zijn opgebouwd uit protonen, neutronen en elektronen. Voor wie nog verder doorleert, weet dat ook protonen, neutronen en elektronen zijn opgebouwd uit nog kleinere deeltjes, de quarks. Hier stopte onze kennis.

Onze speurtocht zorgde ervoor dat we met een boel deeltjes opgezadeld werden, elk met weer andere eigenschappen. De deeltjes werden netjes gegroepeerd, zoals een postzegelverzamelaar zijn zegeltjes netjes ordent. We ontdekten dat de deeltjes gemakkelijk in groepen in te delen vielen, maar dat er ook nog lege plekken waren in onze aangebrachte systematiek. Sommige van deze lege plekken werden later ingevuld door nieuw ontdekte deeltjes, wat een sterke aanwijzing was dat onze systematiek juist was.

Maar nog steeds kriebelden we slechts aan de staart van de leeuw. Het waarom van deze deeltjes bleef nog steeds een groot raadsel.

Toen kwam de stringtheorie. Deze theorie breekt met onze neiging om in deeltjes te denken en is in staat te verklaren waaróm deeltjes zijn zoals ze zijn. Volgens de stringtheorie zijn de kleinste deeltjes geen deeltjes (ronde knikkertjes) maar snaartjes oftewel strings. Deze snaartjes of strings zijn zo klein, dat wij ze als oneindig kleine deeltjes beschouwden. We hebben eenvoudigweg de instrumenten niet om genoeg op een deeltje te kunnen inzoomen om te kunnen zien dat het in werkelijkheid een snaartje is. Net als de snaar van een gitaar of viool kunnen deze strings vibreren. Dat levert bij een gitaar een muzieknoot op. Maar als een string op één manier vibreert, zien wij een elektron, vibreert zo'n string op weer een andere manier, dan zien wij dat bijvoorbeeld als een lichtdeeltje of neutrino, enzovoort enzovoort. Alles bestaat uiteindelijk dus niet uit deeltjes, maar uit kleine trillende snaartjes, die als een muziekorkest samenwerken om datgene wat wij om ons heen zien te creëren.
De trilling van deze strings is wat gecompliceerder dan een gewone gitaarsnaar. Trilt een gitaarsnaar in drie dimensies (hoogte, breedte, lengte), een string kan in meer dimensies trillen. Uit berekeningen volgt het bestaan van maar liefst tien dimensies.

Maar nog steeds kriebelen we slechts aan de staart van de leeuw.

Deze stringtheorie, later uitgebreid tot superstringtheorie, heeft veel aanhangers, maar ook veel tegenstanders. Een groot nadeel aan de stringtheorie is dat er maar liefst vijf verschillende stringtheorieën bestaan, die elk op geheel eigen wijze kloppende uitspraken doen. Dat maakte het idee van kleine trillende snaartjes nou niet bepaald geloofwaardig, en bevestigde het wantrouwen van velen, omdat stringtheorie vaak gewijzigd is om te kloppen met waarnemingen.

Toen kwam de M-theorie. M-theorie voegde nog één dimensie toe en met in totaal elf dimensies bleken de vijf verschillende stringtheorieën plotseling verenigd te kunnen worden in alomvattend raamwerk.

Volgens M-theorie zijn strings één-dimensionale structuren, maar zijn er ook andere structuren, membranen, met meer dimensies, die zweven in een elf-dimenionale ruimte. Ons universum is daarin een drie-dimensionaal membraan dat ook rondzweeft. De oerknal was mogelijk een botsing tussen ons membraan en een ander membraan. Wij leven op dit membraan en kunnen niet buiten het membraan kijken omdat alle materie en licht vastzit aan het membraan. Alleen zwaartekracht kan weglekken naar hogere dimensies.

Het bestaan van elf dimensies kan je al duizelig maken, maar Cumrun Vafa van de Harvard universiteit doet er nog een schepje bovenop en poneert een twaalfde dimensie (aangeduid als F-theorie waarbij F voor Father staat). In deze hoge dimensie zou tijd twee-dimensionaal zijn. Hoeveel dimensies zijn er in godsnaam? Sommige onderzoekers denken dat het aantal in principe oneindig is maar dat dit aantal verder niet zo relevant hoeft te zijn om toch een allesverklarende theorie op te kunnen stellen.

De contouren van de leeuw worden langzaam zichtbaar. Wie weet kunnen we hem binnenkort horen brullen.