An e-mail to Stockholm

Wat doe je als je denkt dat je een veelbelovende hypothese bedacht hebt, door twee bestaande theorieën in de blender te gooien? Precies, dan stuur je een e-mail naar Stockholm en wacht de uitnodiging voor het Nobelprijsfeestje af.

Theorie 1
De eerste theorie heet de vele-werelden-theorie of multiversum en kwam tot stand om een gek verschijnsel in de kwantumfysica te verklaren. In de kwantumfysica wordt alles namelijk in waarschijnlijkheden beschreven. Als het bij waarschijnlijkheden bleef zou er nooit iets concreets kunnen bestaan of gebeuren, zoals het op zes vallen van een dobbelsteen. Dus bedacht men dat de golffunctie die de waarschijnlijkheid beschrijft bij een waarneming "ineenstort" en een concreet feit uit alle mogelijkheden kiest en zo de dobbelsteen op zes laat vallen. Leuk, maar waarom zou een golffunctie ineenstorten en waarom zou de dobbelsteen op zes vallen en niet op een, twee, drie, vier of vijf? Daarom bedachten anderen de vele-werelden-theorie die zegt dat de golf nooit ineenstort en dat alle mogelijkheden ook daadwerkelijk gebeuren, maar in verschillende naast elkaar bestaande werkelijkheden: parallele universa. Als wij een dobbelsteen gooien, splitst ons universum in zes universa die elk een uitkomst van de dobbelsteen representeren. Natuurlijk gebeurt dat niet alleen met dobbelstenen, maar met elk proces dat verschillende uitkomsten kan opleveren.

Theorie 2
De andere theorie heet M-theorie en kwam tot stand om de uiteenlopende stringtheorieën met elkaar te verenigen. Stringtheorie zegt dat alle deeltjes draadjes zijn: één-dimensionale dingetjes. Ook alle krachten worden overgebracht door deeltjes die eigenlijk draadjes zijn. M-theorie zegt nu dat er veel meer dimensies zijn dan we kunnen zien en dat ons universum als een soort membraan rondzweeft in een veel-meer-dimensionale ruimte. De draadjes in ons universum kunnen dit universum / membraan niet verlaten, op één soort draadje na: het draadje dat zwaartekracht overbrengt - graviton genaamd. Dit draadje kan wel weglekken omdat beide uiteinden van het draadje aan elkaar vast zitten. Juist een los uiteinde zorgt ervoor dat het vastplakt aan ons membraan. Zwaartekracht lekt dus een beetje weg uit ons universum. Dat zou kunnen verklaren waarom zwaartekracht in vergelijking met andere natuurkrachten zeer zwak is. M-theorie zegt verder dat er misschien wel meer membranen rondzweven, en dat elk membraan een eigen universum is.

De mix
Met behulp van deze twee theorieën bedacht ik een nieuwe hypothese, door beide theorieën in de blender te gooien. Ik doop hem "M-stack theorie" (het stapelen van membranen). Wat houdt die theorie in?

Alle mogelijke worpen van de dobbelsteen worden inderdaad elk gerepresenteerd door een eigen universum, zoals theorie 1 zegt. Al deze universa zijn membranen, zoals theorie 2 beweert. Maar deze membranen zweven niet zomaar rond. In plaats daarvan zijn ze gestapeld, als een pak kaarten of als bladzijden in een boek. Elke bladzijde lijkt erg op de andere, maar is nét even anders.

Stel je een spiraalstelsel voor in het heelal, bestaande uit miljarden sterren. In een parallel universum, een membraan vlak naast het onze, is er precies zo'n spiraalstelsel, maar nét even anders. Misschien hangt dat stelsel iets hoger of iets lager, iets meer naar links of iets meer naar rechts. Zouden we alle membranen tegelijk kunnen zien, alsof de bladzijden van het boek transparant zijn, dan zou je rond het spiraalstelsel in ons membraan een diffuse halo kunnen zien van alle mogelijke toestanden in de andere membranen (deze halo zou de vorm hebben van de waarschijnlijkheidsgolf waarmee het spiraalstelsel in kwantumfysiche termen beschreven kan worden).

Omdat zwaartekracht kan weglekken van het ene in het andere membraan, zouden we het bestaan van deze membranen kunnen opmerken als we mysterieuze zwaartekracht aantreffen op plaatsen waar -in ons membraan- geen materie is. Dat gebeurt inderdaad: dit verschijnsel noemen we donkere materie. Donkere materie houdt zich op rond sterrenstelsels, vaak als een halo. Mogelijk komt de distributie van donkere materie rond een stelsel overeen met de waarschijnlijkheidsgolf van dat stelsel en dus met de variaties van dat stelsel in vele gestapelde membranen.

Toetsbaar!
Een theorie dient toetsbaar te zijn om wetenschappelijk aanvaardbaar te zijn. Misschien kan deze theorie op zijn juistheid beoordeeld worden, als volgt.

Als de optelsom van membranen voor een donkere materie halo rond sterrenstelsels zorgt, zal deze donkere materie de vorm hebben van de kwantumfysische waarschijnlijkheidsgolf waarmee dat sterrenstelsel beschreven kan worden. Mogelijk creëert de optelsom niet alleen een ruimtelijke halo maar ook een tijdhalo, die vooral rond kortstondige gebeurtenissen gemeten kan worden. Een gebeurtenis in ons universum zal namelijk nét even later of nét even eerder plaatsvinden in aangrenzende membranen. Nu wordt er druk gesleuteld aan zwaartekrachtsdetectoren. Deze detectoren kunnen zwaartekrachtsgolven registreren. Zwaartekrachtsgolven zijn moeilijk waarneembaar maar bij extreme gebeurtenissen, zoals het ontploffen van een ster (supernova) of het botsen van twee zwarte gaten, kan de golf krachtig genoeg zijn om opgemerkt te worden. De theorie voorspelt dat, vanwege de tijdhalo, zo'n golf al opgemerkt moet kunnen worden nog voordat de gebeurtenis zelf plaatsvindt (of preciezer: voordat het licht ons bereikt heeft).

Wie weet wordt dit verschijnsel binnenkort opgemerkt. Als dat gebeurt, wordt het handjes schudden in Stockholm. Ik kan niet wachten!