5.2 Het vacuüm verder onderzocht

5.2 Een verder onderzoek naar het vacuüm.

 

Volgens H. Pagels ‘vindt de hele natuurkunde plaats in het vacuüm en door onze experimenten bepalen wij de structuur ervan’ [1]. Hij doelt hier op het ontstaan van tal van uiterst kortlevende deeltjes, waarover we met recht de vraag kunnen stellen, wat weten we daar precies van. Is er ook een verband met het vacuüm, en met name het vacuüm binnen het atoom, en zo ja kunnen we dan iets leren over de werking van dat vacuüm. Eerst echter zullen we de constante van Planck in het beeld brengen en onderzoeken in hoeverre ze ook als ’n constante actie invloed heeft op onze kijk betreffende het vacuüm en de zogenaamde kortlevende deeltjes. Over de constante van Planck wordt het volgende opgemerkt[2]: “De constante van Planck is niet zomaar een getal, nee het drukt actie uit door de eenheden waarin ze uitgedrukt wordt: ‘energie (erg) maal tijd (seconden). Een constante actie is absoluut constant en heeft voor alle waarnemers zowel in de ruimte als in de tijd dezelfde afmetingen, het is dus een vierdimensionale actie,” Hierin zitten twee opmerkelijke punten: ‘Een actie is vierdimensionaal’. Een energieontwikkeling is dus een ruimtelijk iets (?). Men kan er dus vanuit gaan  dat het een vaste betrouwbare natuurconstante is, een fundamentele waarde uitgedrukt in een getal. De constante van Planck kun je ook koppelen aan de speciale relativiteitstheorie. Daar is inderdaad sprake van actie en het behoud ervan is net zo belangrijk als de wet van het behoud van energie. In overeenstemming hiermee zullen waarnemers verschillen over de energie en de tijdscomponent van de actie. Net als bij ruimte en tijd een ruimtetijd interval voor alle waarnemers gelijk is, al verschillen de ruimte en de tijdscomponent voor iedere waarnemer, zo ook is de gemeten actie voor alle waarnemers gelijk al verschillen de componenten energie en tijd voor iedere waarnemer. Deze hangen af van het referentiekader waar iedere waarnemer zich in bevindt.

 

Een intermezzo.

 

Hier moeten we iets over de speciale relativiteitstheorie zeggen. Over het algemeen gaat deze over waarnemers die zich met verschillende snelheden door de ruimte bewegen. Ze zien voorwerpen dan op verschillende manieren, het geheel is dan ‘hetzelfde’ maar de onderdelen ruimte en tijd verschillen in waarde. Nu lijkt het mij zinvol om niet zozeer van de snelheid van waarnemers te spreken en afhankelijk daarvan hun visie van wat zij waarnemen te bespreken, dat lijkt mij nauwelijks fundamenteel om inzicht te verkrijgen hoe het heelal nu werkelijk in elkaar zit. Nee veeleer zullen we als we over referentiekaders spreken de toestand van ruimtetijd als uitgangspunt nemen, als we dan over waarnemers spreken dan zijn het waarnemers die zich als het ware in zo’n toestand bevinden[3]. Maar dat is slechts om het ons voor te kunnen stellen. De motivatie hiervoor is dat ruimtetijd niet altijd en overal hetzelfde is, ze kan bijvoorbeeld vlak zijn, maar ook gekromd, en dat laatste in verschillende gradaties. Het zal duidelijk zijn dat gewone materie een lichtere kromming vertegenwoordigt dan een witte dwerg of een neutronenster, of sterker nog een zwart gat. Misschien wordt er nu gezegd de relativiteitstheorie gaat toch over beweging, dat is zo maar dat zit al opgesloten in het voorgaande. Materie beweegt, maar het hoe of wat van die beweging hangt sterk af van de voornoemde omstandigheden. Als nu verschillende waarnemers verschillende snelheden hebben, en daardoor de componenten ruimte en tijd van een interval anders meten, dan zal het duidelijk zijn dat, dat komt door de omstandigheden waarin ze verkeren. Een waarnemer in de geheel vlakke ruimte zal heel anders bewegen dan een waarnemer die naar een zwart gat toevalt (in aanmerking genomen dat iedere kunstmatige beweging door ons veroorzaakt uitgeschakeld is). Het komt er dus op neer dat waarnemers in verschillende omstandigheden niet in staat zijn een ruimte tijd interval anders te meten dan in hun omstandigheden mogelijk is. We zien dus dat hoe een ruimtetijd interval eruit ziet afhankelijk is van de omstandigheden, en dat is dus fundamenteel, de waarnemers doen er niet zoveel toe, ze dienen hooguit als hulpmiddel om ons het een en ander te kunnen voorstellen. Dat betekent dat een ruimtetijd interval, dat als geheel in die verschillende toestanden hetzelfde is maar de componenten ruimte en tijd zullen dan zeer verschillend zijn. En dat soort gegevens geven de werkelijke toestand van de plaatselijke ruimtetijd aan. In de geheel vlakke ruimte, ‘daar waar geen materie is’ zal de ruimte groot zijn, dat wil zeggen niet gecomprimeerd tot materie. De tijd echter zal klein zijn, dat wil zeggen het verloop in de asymmetrische tijdpijl is nog zeer beperkt. In een zwart gat daar en tegen zal de ruimte klein zijn, dat wil zeggen materie is daar zo gecomprimeerd dat dezelfde hoeveelheid materie die op aarde een enorm volume heeft slechts een speldenprik vertegenwoordigt, heel weinig ruimte inneemt. De tijd daar en tegen moet dan heel groot zijn. De asymmetrische tijdpijl loopt in hoog tempo op zijn eind, men zegt dan dat tijd naar oneindig neigt in een zwart gat. Wat dit precies voor consequenties heeft bespreken we later, hier gaat het om de overeenkomst met de constante actie.

 

Een constante actie is voor alle waarnemers gelijk, maar verschillend in zijn onderdelen tijd en energie.

 

Een constante actie is altijd constant en dus voor alle waarnemers, overeenkomend met de verschillende omstandigheden, gelijk. Echter ook hier zijn de componenten zeer verschillend. De gemeten actie is voor alle waarnemers gelijk, over de componenten energie en tijd zullen zij van mening verschillen. Omdat het een vierdimensionale actie is kunnen we dus zeggen, het is een energie proces dat zich in ruimte en tijd ontwikkelt. We zien dus een sterke overeenkomst, of op zijn minst een overlapping met het begrip ruimtetijd interval. Bedenken we echter dat ruimtetijd, zelfs in zijn vacuüm fase volop energie bevat, dan ligt het voor de hand dat we de constante van Planck als een vierdimensionale actie combineren met ruimtetijd. Omdat het een heel kleine constante is, ontstaat er in de combinatie met ruimtetijd een heel klein ruimtetijd interval, een interval dat in ruimte en tijd precies die omvang heeft dat er eenmaal de constante van Planck in past, of liever gezegd een interval dat in ruimte en tijd precies die constante actie vertegenwoordigt. Zo’n interval zouden we een ruimtetijd quantum kunnen noemen.

           

Een verband met ruimte-tijd.

 

Wat heeft dit alles nu met het vacuüm te maken? Daarvoor zijn een paar redenen. Het grootste deel van de ruimtetijd is vacuüm en dit gecombineerd met het interval dat precies die constante actie vertegenwoordigt en met het idee dat materie (deeltjes dus) voortgebracht wordt door ruimtetijd, dan leidt dat tot de conclusie dat materie en vacuüm onverbrekelijk met elkaar verbonden zijn. In wezen is er geen verschil tussen materie en vacuüm, omdat beide bestaan uit die ruimtetijd intervallen die ieder voor zich één constante actie vertegenwoordigen. De basis is dus hetzelfde, het verschil zit alleen maar in de mate van comprimatie van die ruimtetijd intervallen die in de geheel vlakke ruimte, ‘daar waar geen materie is’ in het geheel niet gecomprimeerd zijn, niet samenvallen. Terwijl naarmate de ruimtetijd meer en meer gekromd raakt, ruimtetijd meer en meer gecomprimeerd raakt, van gewone materie tot in een zwart gat met tussen stadia.

 

Waar het om gaat is dus om afleidingen uit bestaande en nieuwe gegevens te maken waardoor het aannemelijk wordt dat er inderdaad zo’n cyclus is. Het idee is eenvoudig, ruimtetijd bestaat uit intervallen, ieder een constante actie vertegenwoordigend, ieder interval gekoppeld aan h de constante van Planck. Verder doorgeredeneerd is dus ieder deeltje (materie) een samenstel van meerdere van dergelijke intervallen. Gekoppeld dus aan meerdere eenheden van de constante van Planck. En naarmate een deeltje meer massa krijgt zijn het er steeds meer. Ook als een deeltje (materie) verder gekromd raakt, witte dwerg, neutronenster en uiteindelijk een zwartgat, meer gecomprimeerd dus, zullen er meer van dergelijke intervallen per volume eenheid zijn. Dat kan ook de reden van meer massa zijn. We denken bijvoorbeeld aan lichte en zware atomen, hun volume loopt niet dusdanig uiteen dat de grotere massa er geheel door verklaard wordt. De zware atomen zijn wellicht meer gekromd, meer gecomprimeerd dus. Voor het gemak zullen we deeltjes beschouwen als het resultaat van ’n constante actie, ook al zijn er meerdere eenheden van de constante van Planck mee verbonden. Zo leggen we dus een verband tussen ruimtetijd, die geheel vlak is ‘daar waar géén materie is’ en deeltjes die bestaan uit gekromde ruimtetijd (en de verdere kromming tot in een zwart gat). Om zo te komen tot een begrip van wat ruimtetijd nu eigenlijk is. In de eerste plaats hoe ruimtetijd zich ontwikkeld van geheel vlak tot geheel gekromd in een zwart gat. Ten tweede zullen we in latere delen proberen een scenario te schetsen, hoe ruimtetijd ontstaat.

 

Hebben deeltjes iets met de ‘constante actie’?

 

Al eerder schetsten we, hoe we ons voorstellen dat bijv. elektronen ontstaan uit tal van vacuümgolfjes ieder met eigen impuls. Als deze nu in ruimte en tijd gaan samenvallen dan komt het tot een zodanige comprimatie dat we van een deeltje kunnen spreken. Maar hoe zit het dan met zo’n constante actie? Van ieder golfje kun je van een afzonderlijke constante actie spreken, namelijk energie maal tijd. Dat wil zeggen dat als we ieder energiequantum van zo’n golfje als een foton opvatten, dan kunnen we spreken over ‘een foton kent geen tijd, vroeger en nu zijn gelijk’. Het begrip foton gebruik ik hier voor het gemak, dat wil niet zeggen dat ik zonder meer geloof dat fotonen voldoen aan het algemene begrip ervan, net zo min als ik het begrip virtuele fotonen ondersteun. Waar het mij echter omgaat is het begrip tijd. De tijd van een ‘foton’ is anders dan dat van een deeltje, hier een elektron dus. Hier komt de asymmetrische tijdpijl om de hoek kijken, voor een elektron geldt de asymmetrische tijdpijl, terwijl dat voor een foton niet zo is.[4] Hoewel we kunnen zeggen dat de energie van ieder vacuümgolfje klein is, kunnen we het begrip tijd maal energie niet zo toepassen als voor deeltjes. Ieder vacuümgolfje is energetisch zo miniem dat we de ‘constante van Planck’ er niet voor kunnen gebruiken. Echter als we spreken over het tot stand komen van een elektron, dan hebben we het niet over een vacuümgolfje maar over tal van golfjes ieder met eigen impuls, en des te meer naarmate een deeltje nauw begrensd is. Dat wil zeggen naarmate het deeltje des te scherper positie of plaats bepaald is. Al deze golfjes vormen tezamen een constante actie.

 

Maar wat nu met de constante actie als het deeltje, een elektron een materiedeeltje is met een bepaalde massa, en het niet meer om vacuümgolfjes gaat? Het uitgangspunt was: ‘een constante actie is absoluut constant, alleen de onderdelen energie en tijd verschillen’. Als we nu twee waarnemers ten tonele voeren, een op het moment dat er alleen nog maar sprake is van ‘tal van interfererende golfjes’ en de ander op het moment dat ‘het deeltje, elektron, sterk positie bepaald is’, dan denken we dus dat in beide gevallen de constante actie absoluut constant moet zijn, dat betekent dat ze dezelfde waarde moeten hebben. Dat moeten we nuanceren, het gaat om dat deel van het golfpakket dat het uiteindelijke deeltje gaat worden. Dat deel gaat over van de imaginaire tijd in de reële tijd, het is ontstaan als een pakket vacuümgolfjes. De constante actie hiervan is gelijk aan de constante actie van het deeltje, als het een deeltje geworden is en niet aan het totale golfpakket, dat zich vanuit het vacuüm ontwikkeld. Een (groot?) deel daarvan bevindt zich in de imaginaire tijd. Dat deel komt overeen met de diagrammen van Feynmans padintegralen methode en wel die diagrammen wier bijdrage aan de totale krachtwerking hoe langer kleiner wordt naarmate ze steeds ingewikkelder worden. Met de totale krachtwerking wordt dan niet bedoeld de krachtwerking, de constante actie van het gehele golfpakket, dat wil zeggen het imaginaire deel ervan en het reële deel dat daaruit voortkomt. Nee met de totale krachtwerking wordt dat deel bedoeld, dat dus leidt tot een reëel deeltje, datgene wat we in onze experimenten meten. De rest van de diagrammen geven dan het deel weer dat in het vacuüm blijft, maar wel de basis geeft van het deeltje dat wij in onze experimenten meten. Deze hele methode wordt slechts als een wiskundig formalisme beschouwt. Door dat te doen en dergelijke methoden niet als een weerspiegeling van fysische processen te aanvaarden blijven we met onbeantwoorde vragen zitten en mondt soms uit in paradoxen. Maar goed het deeltje is dus materie geworden, positie bepaald. De constante actie ziet er dus in zijn onderdelen tijd en energie anders uit. Zijn energie is groot, het is de energie van de tal van interfererende golfjes die zijn samengevallen, gecomprimeerd. De tijd is klein, dat wil zeggen deeltjes verbruiken weinig tijd, omdat ze aan het begin van hun asymmetrische tijdpijl staan.

           

Virtuele deeltjes en de ‘constante van Planck’.

 

Voor we verder gaan wil ik terugkomen op het begrip ‘virtuele fotonen’, Feynman noemde ze ‘spook-deeltjes’, deze werden ten tonele gevoerd omdat berekeningen met elektronen op, wat men meende, onaangename oneindigheden uitliepen. De verklaring was dat er een oneindig aantal emissies en absorpties van zogenaamde virtuele fotonen plaatsvonden. Sindsdien spreekt men erover alsof een elektron altijd door een ‘wolk van virtuele fotonen’ vergezelt gaat. Afhankelijk van de instelling neemt men ze min of meer serieus, Feynman echter maakte er korte metten mee, hij voerde ze in als ‘spookdeeltjes’ en ‘gooide’ ze als het ware weer weg. Wat voor hem telde was dat de uitkomsten van experiment en theorie overeenstemde tot op negen cijfers achter de komma. Voorwaar een fantastisch resultaat en voor de dagelijkse praktijk ruimschoots voldoende. En het moet gezegd worden, al zouden we deze virtuele fotonen serieus nemen, ze toch nog nooit gedetecteerd zijn. Dat komt omdat hun tijd maal energie, de constante actie dus, kleiner is dan de constante van Planck. Zijn ze er nu wel of niet? Welbeschouwd als we dergelijke wegen moeten bewandelen om tot zogenaamde exacte resultaten te komen, dan is het raar dat we dergelijke wegen niet opvatten als verwijzend naar iets dat wat betekent in ons beeld van wat een elektron bijvoorbeeld is. Is het niet wat makkelijk om te zeggen als we op oneindigheden stuiten, dan betekent dat ‘er iets ernstig mis is met onze theorieën’. Dat kun je wel zeggen, maar wat is er mis? Is het niet veeleer het negeren van gegevens die we wel degelijk nodig hebben?

 

Virtuele fotonen als beeldspraak voor achterliggende processen.

 

Oom over virtuele fotonen te spreken komt wellicht door ons overdreven gevoel dat deeltjes een soort veredelde quantum biljartballetjes zijn. Terwijl het toch over quantumvelden gaat valt het mij op dat deeltjestaal dikwijls de overhand heeft. Over deeltjes kun je echter alleen maar spreken als ze gedetecteerd zijn, voorafgaand daaraan ‘weten’ we volgens de ‘Kopenhaagse interpretatie’ eigenlijk niets. Dus als we het over virtuele fotonen hebben dan weten we pas dat het over deeltjes gaat op het moment van detectie. Omdat we ze niet kunnen detecteren, is het zinvol om na te gaan of er sprake is van een wiskundige detectie, daar bedoel ik mee, is er in het wiskundig formalisme iets betreffende deze zogenaamde fotonen dat op een deeltje wijst? Of wijst de hele berekening niet veeleer op de verschillende vacuümgolfjes wier energie op een bepaald moment een vaste hoeveelheid vertegenwoordigt? Dat bepaalde moment zou dan de periode zijn dat het vacuümgolfje een overgang maakt van golfje naar deeltje en dan niet als virtueel foton maar deel uitmakend van het tot deeltje gewordend elektron. Omdat het elektron verbonden is met oneindigheden, zijn er tal van vacuümgolfjes, die ieder voor zich aan deze beschrijving voldoen, maar over zulke korte tijdsperioden dat wij geneigd zijn hun energie op zo’n moment als virtuele fotonen bezien, door ons ‘deeltjes gevoel’. Eveneens door die verbinding van het elektron als deeltje met oneindigheden kunnen wij niet exact bepalen hoeveel van die vacuümgolfjes op een bepaald moment hét elektron vormen, de zogenaamde ‘wolk van virtuele fotonen’. Het elektron is dus als het ware uitgebreid, het is een min of meer gecomprimeerd gebied van vacuümgolfjes, afhankelijk van hoe nauwkeurig positie bepaald het is, overgaand in minder gecomprimeerde vacuümgolfjes, verder overgaand in oneindigheden.

 

Het ‘onzekerheidsbeginsel’ een pragmatische of een fysische verklaring.

 

Hier hangt het ‘onzekerheidsbeginsel’ mee samen. Als we detecteren, of de positie nauwkeurig willen bepalen, dan is dat ‘slechts’ een moment in een hele cyclus. We houden dan geen rekening met die hele cyclus die voortdurend wisselt in de comprimatie van al die vacuümgolfjes. Dat wil zeggen ieder golfje zit verder of minder ver in een ontwikkeling van oneindigheid naar quantificatie, naar dat moment dat zo’n golfje onderhevig wordt aan de constante van Planck, in die zin dat wij met behulp van quantummechanica er mee kunnen rekenen. Het is vrij logisch dat als we de positie bepalen we de impuls niet kunnen bepalen, impuls is massa maal snelheid. Hoewel we bij detectie de massa kunnen bepalen, ligt het voor de hand dat deze massa op een moment door ons vastgepind wordt, waardoor we even de beweging, de snelheid, uitschakelen.

 

Willen we de impuls bepalen, dan ligt het voor de hand dat we de positie niet kunnen bepalen, want zoals gezegd positie is een móment dat even later al weer anders is. Terwijl impuls dat met beweging te maken heeft, een tijdsproces is. Er zit in deze hele kwestie dus eigenlijk niets ‘onzekers’, en al helemaal niets mysterieus. Het is veeleer ons gevoel dat we ten allen tijde met een deeltje te maken hebben, een veredelt quantum biljartballetje. Deze opvatting versluiert onze fysische kijk op wat er nu eigenlijk gebeurt. We staan voor nog een consequentie in verband met het begrip impuls. Dat begrip is eigenlijk een klassiek begrip en de vraag rijst of we dat wel kunnen blijven toepassen. Waarom stellen we dat, wel als impuls massa maal snelheid is dan spreken we hier toch weer over een precieze massa[5] die met een bepaalde snelheid beweegt. En dat idee is klassiek, we houden dan vast aan een precies bepaald bolletje (biljartballetje) dat met een bepaalde snelheid beweegt. Niet direct quantummechanisch.

 

We bekijken het probleem impuls en een systeem van vacuümgolfjes. Hoewel ik het begrip impuls niet direct overboord wil zetten zal het duidelijk zijn dat in de bovenstaande visie van vacuümgolfjes geen plaats is voor de beweging van een bolletje, waarvan we de impuls kunnen beschrijven. Impuls is dan hooguit bruikbaar om de beweging van het hele systeem van vacuümgolfjes te beschrijven, het komt er dan eigenlijk op neer dat we de ontwikkeling in de tijd ervan trachten te beschrijven. We komen dan uit bij de golffunctie, is deze toereikend of moet ze misschien uitgebreid worden? Dat betekent dat we de golffunctie een grotere realiteitswaarde toekennen dan over het algemeen gedaan wordt. Het is interessant dat, dat ook door R. Penrose gedaan wordt, hij geeft aan dat er een ‘realistischer visie’ mogelijk is voor de golffunctie dan aanvaardbaar is voor de meeste quantumtheoretici. Penrose huldigt het standpunt dat deeltjes ‘ruimtelijk gespreid in plaats van geconcentreerd in één punt’ kunnen bezien, dat is vooral het geval zegt hij in de impulstoestand. Hij stelt zich verder op het standpunt dat we moeten leren leven met het idee dat een deeltje over de ruimte verspreid is en dat blijft tot we een meting verrichten, en zelfs daarna al weer begint uit te spreiden, aldus Penrose.[6] We zien hier een toestand geschetst die sterk overeenkomt met het door mij naar voren gebrachte scenario, met dat verschil dat ik het ‘realiteitsgehalte’ nog verder doortrek. Zoals beredeneert is dat ook noodzakelijk willen we geen ‘fysische’ mogelijkheden over het hoofd zien, of erger nog onder mat schuiven. Een verder verschil met Penrose is natuurlijk dat ik van het overtrokken ‘deeltjes’ idee afstap, dus als we spreken over dat het noodzakelijk is dat we afzonderlijke deeltjes als ruimtelijk uitgespreid dienen te beschouwen, dan geef ik er de voorkeur aan om van een configuratie van vacuümgolfjes te spreken die tot een positiebepaald elektron leidt. Dat leidt tot een omvattender beeld, omdat er ook het imaginaire deel, als realiteit, bij betrokken wordt. Dat kan tot inzicht leiden hoe quantificatie ontstaat, hoe een continu toestand overgaat in een discontinu toestand, dat wil zeggen hoe een niet te ‘meten’ toestand overgaat in een met Planckmaten te bepalen ‘realiteit’, datgene wat wij doorgaans realiteit noemen.

           

Bepalen wij door onze experimenten het vacuüm?

 

U zult zich de aanhef herinneren over ‘kortlevende’ deeltjes en Pagels opmerking ‘Door onze experimenten bepalen wij het vacuüm’. Dat is nogal een makkelijke bewering, die het leuk doet in een boek. Helaas moet gezegd worden dat men nog steeds met deeltjes experimenten bezig is, niet dat ze niet gedaan moeten worden, maar tot nu toe hebben ze nauwelijks bijgedragen aan een groter begrip van dat vacuüm. Niettemin kunnen we ons afvragen is het mogelijk om iets te leren over het vacuüm met behulp van de gegevens die uit die experimenten beschikbaar zijn. Deze kortlevende deeltjes worden over het algemeen niet als virtueel beschouwd maar als werkelijk. We moeten echter in aanmerking nemen dat de omstandigheden waaronder deze deeltjes tot bestaan komen uiterst kunstmatig zijn, in normale omstandigheden zullen ze in de natuur dan ook niet voorkomen. Levert een onderzoek naar kortlevende deeltjes iets op? 

 

Is er nu iets te leren uit deze hele kortlevende deeltjesmenagerie in verband met het vacuüm? Zoals Pagels schreef: “Door onze experimenten bepalen wij het vacuüm”. Als dat zo is dan zou er kennis opgeslagen moeten liggen in ieder kortlevend deeltje over ruimtetijd, want ieder deeltje is een bepaalde ruimtetijd entiteit, een constante actie tijd maal energie. Maar ook het vacuüm is ruimtetijd, dus deeltjes die zich in vacuüm bevinden zouden we als voortkomend uit dat vacuüm kunnen beschouwen, althans in de natuurlijke omstandigheid van ruimtetijd in een atoom. We kunnen ons afvragen of onze experimenten niet al te kunstmatig zijn, want losgekoppeld van de natuurlijke omstandigheden in een atoom. In hoeverre kunnen we iets leren uit die experimenten over de werkelijkheid, de materie die uit atomen bestaat? Of bestaat die werkelijkheid ‘slechts’ in de samenhang van de ruimtetijd in het atoom, zodat we slechts over de ‘werkelijkheid’ van elektronen, protonen, neutronen en quarks kunnen spreken in de context van een natuurlijk atoom. Ja zelfs in de context van meerdere atomen, zeg maar materie, omdat atomen en deeltjes elkaar beïnvloeden zelfs over de ‘grens’ van atomen heen. Zijn atomen of deeltjes uit deze context getrokken wel zo fundamenteel, zodat de resultaten van experimenten afgeleiden zijn van fundamentele begrippen?

 

Als we dus uit willen gaan van experimenten dan is het besef van kunstmatigheid ten zeerste op zijn plaats. Krauss heeft het over ‘speciaal geprepareerde omstandigheden’. Er zijn verschillende oorzaken die maken dat deze omstandigheden ‘speciaal geprepareerd’ zijn. We hadden het al over deeltjes die uit hun context worden gehaald, maar er is meer. De deeltjes worden in enorme versnellerbuizen opgejaagd en botsen vervolgens tegen soortgenoten, antisoortgenoten of tegen metalen plaatjes, wat eigenlijk op hetzelfde neerkomt. Tegenwoordig geeft men de voorkeur aan bundels deeltjes die tegen bundels deeltjes botsen, dat heeft als voordeel een dubbele hoeveelheid botsingsenergie. En hier komt een volgende kunstmatigheid om de hoek kijken, namelijk de zogenoemde kinetische, of bewegingsenergie. Uit de ‘relativiteitstheorie’ blijkt dat versnelling van materie leidt tot grotere massa, dát nu gebeurt in deze experimenten. Waardoor uit de botsing de ‘kortlevende deeltjes’ ontstaan, die dus in feite door ons gefabriceerd worden. We kunnen nu gemakshalve zeggen, dat is dan in overeenstemming met Einstein, het doet de speciale relativiteit geen geweld aan. Maar dat geeft nog geen zekerheid dat deze ‘speciaal geprepareerde’ omstandigheden overeenkomen met de ‘natuurlijke’. Behalve dat we met ‘brokstukken’ van bijvoorbeeld proton – proton botsingen te maken hebben, zitten we natuurlijk ook met bepaalde quantumvelden, in dit geval dus quantumvelden van protonen die botsen. Blijven die in stand, dat lijkt niet redelijk? Krauss heeft het over ordeparameters die eigenlijk de quantumvelden zelf zijn, en daarover zegt hij als ze zich in overigens lege ruimte vastleggen op een waarde ongelijk aan nul, dan zullen deeltjes die met deze velden in wisselwerking treden, zich anders gedragen dan deeltjes die dat niet doen. Dat zou volgens hem op een verbroken symmetrie kunnen duiden.

 

Het resultaat: ‘nieuwe deeltjes én quantumvelden’.

 

Als nu ieder deeltje een manifestatie is van zijn eigen quantumveld en deze botsingen allerhande soorten deeltjes voortbrengen, dan is de conclusie dat de oorspronkelijke protonquantumvelden ook in ‘stukken’ uiteengevallen zijn en wat vertegenwoordigen die ‘stukken’ dan? Dat kunnen niet anders dan de quantumvelden zijn die met die nieuwe deeltjes verbonden zijn[7]. Maar dat is nog niet alles, deze deeltjes en dus hun quantumvelden worden beschouwd als werkelijk. Gaan wij nu eens niet op de ‘toevalstoer’, is het dan niet redelijk dat deze nieuwe quantumvelden, informatie bevatten over het in ‘stukken’ uit elkaar gevallen proton? We gaan nog een stapje verder, protonen bestaan uit quarks. Geven deze quantumvelden (van die nieuwe deeltjes, die meestal uit quarks bestaan) wellicht informatie over de opbouw van een proton. Dat wil zeggen over de interacties van quarks in protonen en over hun ruimtetijdstatus? Misschien dat we op deze wijze meer te weten komen over quarks, dat zou de moeite waard zijn omdat het oude quarkbeeld wat al te eenvoudig lijkt.

 

We zitten natuurlijk wel met die hoge energie vanwege de botsingen waardoor er kinetische energie in massa wordt omgezet. In massa van allerlei soms nogal exotische deeltjes. Het mooiste zou zijn als we aan de hand van die nieuw gevormde deeltjes gegevens konden verkrijgen die meer inzicht geven in wat protonen werkelijk zijn (en over andere deeltjes in andere botsings-experimenten) Misschien dat, dat te berekenen valt en dus te corrigeren naar het lage energieniveau van protonen in natuurlijke atomen.

 

Draagt het vacuüm bij aan de golffunctie van die nieuwe deeltjes?

 

Mogen we daarnaast nog aannemen dat het vacuüm bijdraagt aan de golffunctie van die nieuwe deeltjes. Dat lijkt een vreemde gedachte, maar in de context van dit boek zal het misschien al duidelijk zijn dat ik de golffunctie als een reële weergave beschouw van de ontwikkeling van een deeltje uit een golfachtige configuratie, en die op zijn beurt bestaat weer uit ruimtetijd en daarover beredeneerden we dat een ruimtetijd interval overeenkwam met een constante actie. Als zo’n deeltje uit die experimenten óók met een golffunctie beschreven kan worden, dan moeten we, zoals we gezien hebben, daarvan de consequenties nemen, namelijk die golffunctie beschouwen als iets reëels fysisch. En dus met een reëel deel, het gedetecteerde deeltje, en een imaginair deel, het deel in het vacuüm. Maar dan komt het probleem, behalve dat het vacuüm van een versnellerbuis iets kunstmatigs is, is het ook nog eens vele malen groter in volume dan het vacuüm binnen het atoom.

 

Hoe bezien we dan een ruimtetijd interval vertegenwoordigt door zo’n deeltje in een versnellerbuis? We zitten dan met zowel vlakke als gekromde ruimtetijd, maar dat op zich is normaal. We zullen ervan uitgaan dat het vacuüm, de ruimtetijd, in de versnellerbuizen vlak is, dat wil zeggen vrij van materie. En de deeltjes als gekromde ruimtetijd. Het lijkt er echter op dat in deze ‘speciaal geprepareerde omstandigheden’ het verband tussen ‘vlakke ruimte’, het vacuüm in de buis, en de ‘gekromde ruimtetijd’, de deeltjes in de buis zéér zwak is. Misschien kunnen we zelfs zeggen, er is helemaal géén verband, het vacuüm in de buis is er alleen maar om de deeltjes van het experiment te scheiden van de rest van de materie? Hoe dan ook, ook het vacuüm in onze versnellerbuizen is kunstmatig en dat is heel wat anders dan in het natuurlijk atoom. Als we alle gegevens hier voorafgaand juist interpreteren, dan is het vacuüm, in het natuurlijke atoom, de voortbrenger van de quantumvelden die leiden tot de vorming op ‘een bepaalde plaats en tijdstip’ van deeltjes. In ieder geval zit er wat in Pagels idee: “in het vacuüm ligt de hele natuurkunde besloten”.[8] Willen we echter ‘door onze experimenten de structuur van het vacuüm bepalen’, dan zullen we heel wat andere experimenten moeten verzinnen.

 

Het hele idee dat ik tracht uit te werken is dat van een complete configuratie die tot deeltjes leidt. Dat is misschien op dit moment nog wat vaag, maar allengs zal het duidelijker worden dat de hele cyclus loopt van een oneindig continuüm via quantificatie in het vacuüm, en dat in eerste instantie leidt tot elektronen, door middel van quantumvelden en comprimatie.

 

Nieuwe spelers op het veld.

 

Het zal enige verbazing wekken dat ik deze cyclus beperk tot elektronen. Wat dan met de quarks? Wel in het volgende deel: ‘De invloed van zwaartekracht op atomen en deeltjes’ komen o.a. de quarks aan bod en zal duidelijk worden dat de genoemde cyclus die tot elektronen leidt een vervolg heeft, die uiteindelijk weer terugkeert in het genoemde oneindige continuüm.

---