13 Over de markante mogelijkheden van de M

De kosmische symfonie
Terwijl het laatste boek van Hawking in de boekhandels op stapels te koop ligt tussen
de meest recente bestsellers van Donna Tartt en Nicci French, moet je al veel geluk hebben
om een exemplaar te vinden van De kosmische symfonie van Brian Greene. Nochtans moet dit
populariserend werk over de grondslagen van de natuurkunde absoluut niet onderdoen voor
dat van Hawking, integendeel.
Op een uiterst gestructureerde manier behandelt Greene het onstaan de snaartheorie,
de eigenschappen en de gevolgen ervan, en de aanspraak die de snaartheorie
– en het uitgebreidere raamwerk van de M-theorie - maakt als mogelijke zogenaamde theorie
van alles. Greene staat zelf in de frontlinie van het snaartheoretisch onderzoek en dat is te
merken aan de stijl van het boek: vol enthousiasme vertelt hij over zijn eigen onderzoek, op
een manier die een beetje doet denken aan Alan Guth in The inflationary universe. Het is
duidelijk dat voor Greene de snaartheorie de waarheid in pacht heeft. Zolang je als lezer blijft
beseffen dat er voor de theorie nagenoeg nog geen enkel experimenteel bewijs is geleverd,
stoort de geestdrift van Greene echter niet, maar maakt dit het boek des te aangenamer om
lezen. Het 15 hoofdstukken tellende boek is ook doorspekt met uitvoerige analogieën ter
verduidelijking van bepaalde ideeën. Daarbij wordt vaak gewezen op inherente beperkingen
van de gebruikte analogieën, iets wat in veel populariserende werken ten onrechte wordt
vergeten.
In het eerste deel van het boek, dat de eerste vijf hoofdstukken omvat, wordt de
snaartheorie geïntroduceerd als de ultieme oplossing voor het probleem van de
onverenigbaarheid van de algemene relativiteitstheorie en de quantummechanica. Greene zet
er meteen vaart in: na 10 bladzijden in het inleidend hoofdstuk staat reeds het standaardmodel
van de elementaire deeltjes beschreven. Hij verliest zich niet in eindeloze historische
uitwijdingen over de geschiedenis van de natuurkunde, maar zorgt wel voor een helder en
logisch overzicht van de stand van zaken in het fundamenteel natuurkundig onderzoek tot
voor de ontwikkeling van de snaartheorie. De beschrijving van de speciale en algemene
relativiteitsleer is aardig geslaagd, die van de quantummechanica is iets te summier, waarbij
hij enkel die aspecten beschrijft die hoogst noodzakelijk zijn voor het verdere vervolg van het
boek. Het eerste deel wordt afgesloten met een beschrijving van het kernprobleem van de
moderne theoretische fysica, namelijk dat de algemene relativiteitstheorie faalt op schalen
waar de onzekerheidsrelaties van de quantummechanica zich laten gelden.
De volgende 4 hoofdstukken, die een tweede deel van het boek vormen, beschrijven de
basisbegrippen van de snaartheorie. Na een kort historisch overzichtje van het ontstaan van de
theorie, laat Greene zien hoe de snaar, als unificerend, fundamenteel bestanddeel van de
kosmos, een verklaring kan bieden voor het standaardmodel van elementaire deeltjes en er
onmiddellijk de zwaartekracht in mee opneemt. Vervolgens schetst hij hoe de snaartheorie het
hoger beschreven conflict kan oplossen. Het aardige is dat Greene dit twee keer doet, een keer
op wat hij noemt de ‘grove’ manier, en een keer op een ‘nauwkeurige’ manier. Vanaf dan
duikt het boek echt in de markante maar boeiende aspecten van de snaartheorie: bijvoorbeeld,
wil de theorie logisch samenhangen, dan moet de kosmos 9 ruimtelijke dimensies hebben. Dit
klinkt bizar, maar zoals Greene zelf zegt ‘soms zijn onnozel klinkende suggesties gewoon
onnozel; soms doen ze de natuurkunde op haar grondvesten wankelen’. Voor zijn beschrijving
van het hogerdimensionele heelal gaat Greene trouwens uitgebreid te leen bij Edwin Abbotts
klassieker Flatland.
Eind jaren tachtig bleken er vijf varianten van de snaartheorie te bestaan, die
weliswaar veel gemeenschappelijke eigenschappen hebben, maar toch op belangrijke
bijzonderheden verschillen. In het laatste deel van het boek beschrijft Greene hoe onderzoek
in het afgelopen decennium heeft aangetoond dat deze verschillende theorieën eigenlijk
kaderen in een nog ruimer raamwerk, dat door Edward Witten M-theorie werd gedoopt. De
oorspronkelijke snaartheorieën moeten gezien als benaderende versies van de M-theorie, die
niet alleen nog een extra tiende ruimtelijke dimensie omvat, maar bovendien naast trillende
snaren ook trillende membranen, of algemener p-dimensionale branen. De laatste twee
hoofdstukken behandelen meer sterrenkundige aspecten: hoe de M-theorie het verband legt
tussen zwarte gaten en elementaire deeltjes, de voorspelling door de snaartheorie van de
entropie van zwarte gaten, en tenslotte wat de implicaties zijn van de snaartheorie voor het
standaardmodel van de kosmologie.
Vooral het laatste deel is speculatief, maar eigenlijk is dat een rode draad door heel het
boek: als weerlegbare theorie staat de snaartheorie nog in haar kinderschoenen. Enerzijds zijn
de berekeningen van de snaartheorie nog niet nauwkeurig genoeg om toetsbare voorspellingen
te doen, anderzijds hebben veel voorspellingen betrekking op zo’n hoge energieniveaus dat
die technisch nog niet haalbaar zijn. Greene geeft dit ook uitgebreid toe, maar gaat jammer
genoeg helemaal niet in op de mogelijkheid dat de snaartheorie toch een doodlopend
onderzoeksspoor is. Desalniettemin verdient het boek alleszins een plaats bij het selecte clubje
van de betere populariserende werken. Dat het bovendien prachtig uitgegeven is in een zeer
degelijke vertaling – voor een keer is de Nederlandstalige titel zelfs beter dan de
oorspronkelijke – maakt het lezen enkel nog aangenamer.
Brian Greene, De kosmische symfonie – Supersnaren, verborgen dimensies & de zoektocht
naar de Theorie van Alles, De Arbeiderspers, 2001, ISBN 90 295 2199 6, 476 bladzijden,
gebonden met stofomslag, 31.30 euro.