De snaartheorie is een poging om de twee pijlers van de natuurkunde van de 20e eeuw - de kwantummechanica en de relativiteitstheorie van Albert Einstein - te verenigen met een overkoepelend raamwerk dat de hele fysieke realiteit kan verklaren. Het probeert dit te doen door te stellen dat deeltjes eigenlijk eendimensionale, stringachtige entiteiten zijn waarvan de trillingen de eigenschappen van de deeltjes bepalen, zoals hun massa en lading.
Dit contra-intuïtieve idee werd voor het eerst ontwikkeld in de jaren zestig en zeventig, toen snaren werden gebruikt om gegevens te modelleren die afkomstig zijn van subatomaire botsingen in Europa, volgens een website over snaartheorie gemaakt door de Universiteit van Oxford en de British Royal Society. Snaren vormden een elegante wiskundige manier om de sterke kracht te beschrijven, een van de vier fundamentele krachten in het heelal, die atoomkernen bij elkaar houdt.
Het onderwerp bleef jarenlang marginaal, tot de 'snaartheorierevolutie' in 1984, toen theoretici Michael Green en John Schwarz vergelijkingen maakten die lieten zien hoe strings bepaalde inconsistenties vermeden die modellen plaagden die deeltjes beschreven als puntachtige objecten, volgens de Universiteit van Cambridge.
Maar deze eerste bloeiende onderzoekers lieten vijf verschillende theorieën achter die uitleggen hoe eendimensionale snaren in een 10-dimensionale realiteit oscilleerden. Een tweede revolutie kwam tot stand in 1995, toen natuurkundigen aantoonden dat deze verschillende ideeën allemaal gerelateerd waren en gecombineerd konden worden met een andere theorie, superzwaartekracht genaamd, die in 11 dimensies werkte. Die aanpak genereerde de huidige incarnatie van de snaartheorie.
Mysteries ontrafelen
Snaartheorie is een van de voorgestelde methoden om een theorie van alles te produceren, een model dat alle bekende deeltjes en krachten beschrijft en dat het standaardmodel van de fysica zou vervangen, dat alles behalve zwaartekracht kan verklaren. Veel wetenschappers geloven in snaartheorie vanwege de wiskundige schoonheid ervan. De vergelijkingen van de snaartheorie worden beschreven als elegant en de beschrijvingen van de fysieke wereld worden als zeer bevredigend beschouwd.
De theorie verklaart de zwaartekracht via een bepaalde trillende snaar waarvan de eigenschappen overeenkomen met die van het hypothetische graviton, een kwantummechanisch deeltje dat de zwaartekracht zou dragen. Dat de theorie op bizarre wijze 11 dimensies vereist om te werken - in plaats van de drie van de ruimte en een van de tijd die we normaal ervaren - heeft de natuurkundigen die haar verdedigen er niet van weerhouden. Ze hebben simpelweg beschreven hoe de extra afmetingen allemaal opgerold zijn in een extreem kleine ruimte, in de orde van 10 ^ -33 centimeter, wat klein genoeg is dat we ze normaal niet kunnen detecteren, volgens NASA.
Onderzoekers hebben snaartheorie gebruikt om te proberen fundamentele vragen over het universum te beantwoorden, zoals wat zich in een zwart gat afspeelt, of om kosmische processen zoals de oerknal te simuleren. Sommige wetenschappers hebben zelfs geprobeerd de snaartheorie te gebruiken om grip te krijgen op donkere energie, de mysterieuze kracht die de expansie van ruimte en tijd versnelt.
Een onophoudelijke achtervolging
Maar de snaartheorie heeft de laatste tijd meer aandacht gekregen. De meeste van zijn voorspellingen zijn niet te testen met de huidige technologie en veel onderzoekers hebben zich afgevraagd of ze door een oneindig konijnenhol gaan. In 2011 kwamen natuurkundigen bijeen in het American Museum of Natural History voor het 11e jaarlijkse Isaac Asimov Memorial Debate, om te bespreken of het zinvol was om de snaartheorie als een haalbare beschrijving van de werkelijkheid te gebruiken.
'Achtervolg je een geest of is de verzameling van jou gewoon te dom om dit uit te zoeken?' plaagde Neil deGrasse Tyson, directeur van het Hayden Planetarium van het museum, die erop wees dat de vooruitgang op het gebied van snaartheorie de afgelopen jaren fragmentarisch was.
De meest recente uitdagingen voor de snaartheorie zijn afkomstig van het raamwerk zelf, dat het bestaan voorspelt van een potentieel enorm aantal unieke universums, maar liefst 10 ^ 500 (dat is het nummer 1 gevolgd door 500 nullen). Dit multiversumlandschap leek voldoende mogelijkheden te bieden dat, als onderzoekers ze zouden verkennen, ze er een zouden tegenkomen die overeenkwam met onze eigen versie van de werkelijkheid. Maar in 2018 suggereerde een invloedrijk artikel dat geen enkele van deze talloze hypothetische universums op onze kosmos leek; in het bijzonder ontbrak elk een beschrijving van donkere energie zoals we die momenteel begrijpen.
"Snaartheoretici stellen een schijnbaar eindeloze hoeveelheid wiskundige constructies voor die geen bekende relatie hebben met waarneming", vertelde Sabine Hossenfelder, een natuurkundige aan het Frankfurt Institute for Advanced Studies in Duitsland, die kritisch was over de snaartheorie, eerder aan WordsSideKick.com.
Andere onderzoekers beweren dat snaartheorie op een dag resultaten zal opleveren. In het tijdschrift Physics Today suggereerde natuurkundige Gordon Kane van de Universiteit van Michigan dat de Large Hadron Collider met upgrades die momenteel worden uitgevoerd, in de nabije toekomst bewijs van snaartheorie kan opleveren. Maar het uiteindelijke lot van de theorie is nog niet bekend.
