Kwantumschuim bestaat!

Kwantumschuim bestaat.

Jazeker, dat de boeiende ‘harde’ SF-roman met die naam bestaat, dat wist u waarschijnlijk wel (of niet? Dan nu…). Maar dat ook de digitale wereld op bizar kleine schaal, waarin hij speelt, écht bestaat? Dat is misschien wél een verrassing.

Om van de roman te genieten, hoef je overigens daarover hélemaal níets te weten. Dus ook niet wat hieronder staat. Ga voor het boek maar een van links hieronder en geniet ervan!

Info: https://www.wettum.org/kwantumschuim .

Naar het ebook: https://www.kobo.com/nl/nl/ebook/kwantumschuim .

Paperback bij de auteur: https://www.wettum.org/bestellen .

Als je het wél boeiend vindt er meer over te weten, dan kun je hieronder verder lezen. Het is een eenvoudige inleiding, met aan het einde een paar links om verder te lezen, voor als je dat zou willen. Lees mee, en verbaas je met mij over onze werkelijkheid op de kleinste schaal.

Digitale wereld

De moderne theoretische natuurkunde vermoedt (en heeft inmiddels voorzichtige bevestigingen daarvan gevonden) dat op de allerkleinste schaal onze werkelijkheid korrelig is.

In onze huidige, bewezen natuurkundige modellen (zoals Einsteins algemene relativiteitstheorie) die vanuit onze macro-omgeving zijn opgesteld, is de ruimte analoog. Dat wil zeggen: het heelal is als een glad, oneindig deelbaar laken. Dat is fijn voor die theorieën, want bij berekeningen hoef je geen rekening te houden met allerlei rare effecten die horen bij korreligheid.

Het probleem: ze gelden niet meer op de allerkleinste schaal – en daar treden er juist wél die rare effecten op. In de ‘gewone’ modellen ontstaan op heel kleine schaal fouten. Verkeerde uitkomsten, die niet meer passen bij de waarnemingen. We hebben geen keus: als we in de heel erg kleine afstanden terecht komen, moeten we gaan werken met de vreemde theorieën van de kwantummechanica.

De allerpiepkleinste afstand waarover we kunnen denken, is de Planck-schaal: ongeveer 10^-35 meter. Dat is eerst 34 nullen achter de komma en dan pas de 1. Kleiner kan iets in onze werkelijkheid niet zijn.

LKZ

Op die allerpiepkleinste schaal denken natuurkundigen aan een ‘digitale’ of discrete structuur van de ruimte. De twee voornaamste benaderingen zijn dan de LKZ en de HP.

De SF-roman ‘Kwantumschuim’ gebruikt het idee van Loop-Kwantum-Zwaartekracht (LKZ). Deze theorie veronderstelt dat de ruimte is opgebouwd uit ondeelbare kwanta, ‘pixels’. Net zoals een digitaal beeldscherm van dichtbij uit pixels bestaat. Iets dat kleiner is dan zo’n pixel kan simpelweg niet bestaan.

De kwantumtheorie voorspelt dat op de kleinste schaal deeltjes en hun bijbehorende anti-deeltjes constant worden gecreëerd en vernietigd. Het is ook mogelijk dat er (daarnaast?) nog onbekende Planckdeeltjes bestaan, en/of minuscule zwarte gaten. Het borrelende geheel is veel te klein om rechtstreeks waar te nemen en zal dat ook altijd blijven. De eigenschappen moet je dus afleiden uit effecten die ze hebben op grotere schaal.

Ook een beetje HP?

In ‘Kwantumschuim’ wordt nog een aanvullende aanname gedaan, namelijk dat het schuim programmeerbaar is. Dat er 1-en en 0-en in te vinden zijn. Dat is géén ongewoon idee, al past het wat meer bij de Holografische benadering van kwantummechanica (die oa wordt gebruikt bij snaar-theorieën -zie voor meer daarover de PS1 onderaan dit artikel).

Toegepast op Loop-ZwaarteKracht zou een idee hiervoor kunnen zijn dat een bezette energiepositie een ‘0’ oplevert en een onbezette positie een ‘1’. Een ‘1’ is dan een soort roosterpositie, waar een deeltje had kunnen zitten, maar waar het uit is weggeslagen door bijvoorbeeld het opvangen van een beetje energie. Het gevolg is een ‘deeltjespaar’, bestaande uit het uitgestoten deeltje en de lege plek. Ze blijven bestaan tot ze worden gerecombineerd: het deeltje valt terug in de lege plek.

De aanpak past qua gedachte bij de kwantumtheorie voor vacuüm (als je daarover meer wilt weten: zie de link hieronder).

Is de achtergrond van ‘Kwantumschuim’ volledig hypothetisch? Tja. Lees de artikelen en je ziet: het basisidee pas wel bij de modellen, maar de uitwerking niet. Ja, absoluut: het is verzonnen. Bedacht. Fictie.

Is het theoretisch fout? Ja, ongetwijfeld. Het correcte verhaal is veel ingewikkelder. Volledig wiskundig. Voor niet-ingewijden zoals u en ik totaal onbegrijpelijk. Maar toch: áls het zo zou zijn… Het is zeker boeiend!

Anoka

Wanneer het zou kunnen, dan is het volkomen logisch dat de AI Anoka de mogelijkheid om het schuim te programmeren ook inderdaad gebruikt. Dat opent mogelijkheden! Wat er vervolgens gebeurt, is onontkoombaar. Zij en haar menselijke partners gaan aan de slag om … Nee, ik stop. Om te weten wat er gebeurt op het moment dat het kwantumschuim gebruikt kan worden, moet u het boek lezen.

Roderick Leeuwenhart schrijft in zijn bespreking in het kwartaalblad Fantastische Vertellingen: ‘Het is een boek met heerlijke ideeën – en die kunnen een SF-roman prima dragen. Ik ben blij dat we een schrijver als Charles van Wettum hebben die zijn boeiende verhaalwereld met zichtbaar elan uitwerkt en blijft uitbreiden.’

Info over de SF-roman ‘Kwantumschuim’ (met meer meningen van lezers) vind je op: https://www.wettum.org/kwantumschuim

Bestellen paperback (2e druk) kan bij de auteur: https://www.wettum.org/bestellen

Het Ebook is te vinden op alle platforms, oa bij kobo : https://www.kobo.com/nl/nl/ebook/kwantumschuim

Extra informatie

PS1: HP

HP staat voor de alternatieve theorie het ‘Holografisch Principe’. Geïnspireerd door de theoretische natuurkunde van zwarte gaten, stelt HP dat onze driedimensionale realiteit een projectie kan zijn van binaire informatie (bits) die gecodeerd staat op een verafgelegen tweedimensionale grens. We leven volgens dit model in het binnenste van een zwart gat. Alles wat we zien en meemaken is een soort projectie, die door ons brein wordt waargenomen en vertaald in onze realiteit. In deze benadering is informatie — de structuur 0-en en 1-en op de binnenzijde van de schil — de meest fundamentele bouwsteen van het universum. Nog fundamenteler dan materie of energie.

PS2: Waarom is de zoektocht naar het schuim zo moeilijk?

De Planck-schaal van 10^-35 meter is onvoorstelbaar klein. Als we een Planck-deeltje zouden willen meten, hebben we ongeveer een miljard maal een miljard meer energie nodig dan onze huidige deeltjesversnellers behalen. Dit lijkt ook in de toekomst onbereikbaar. Maar misschien kan er een ander experiment worden bedacht om kwantumschuim te meten.

De Fermilab Holometer (zie de link hieronder) was ontworpen om het HP te testen. Het zocht naar kwantumruis en was in staat om positieveranderingen te detecteren die kleiner waren dan 10^-18 meter. Er werd geen effect gemeten, maar 10^-18 is natuurlijk nog lang geen 10^-34.

Daartegenover heeft Jakob Bekenstein gepubliceerd dat hij het verschijnsel wél heeft aangetoond – al ligt het bij hem op de grens van meetbaarheid (zie de link hieronder). De interpretatie van de resultaten van de onderzoeken is onderwerp van zéér heftige discussie.

PS3: Kwantumvacuüm

Het pure kwantumvacuüm is geen lege ruimte, maar de absolute grondtoestand (de laagste energietoestand) van alle kwantumvelden. Wanneer je energie toevoegt aan dit vacuüm, breng je een kwantumveld in een aangeslagen toestand. Dit uit zich direct in de creatie van fysieke deeltjes (zoals fotonen of elektronen), die dus om het zo eens te formuleren ‘een lege plek achterlaten in het rooster van grondtoestanden’. De lege plek wordt pas weer gevuld bij recombinatie van de ontstane deeltjes.