Steun zwaartekrachttheorie Verlinde, geen bewijs

Theoretische Natuurkunde Het alternatief dat Erik Verlinde bedacht voor de zwaartekrachttheorie van Einstein strookt met nieuwe metingen aan verre sterren.

Foto Hubble Space Telescope/ESA

De verdeling van de zwaartekracht rond verre sterrenstelsels voldoet aan de voorspellingen van de recent gepresenteerde zwaartekrachttheorie van theoretisch natuurkundige Erik Verlinde. Tot die conclusie komt een internationaal team van astronomen, onder leiding van Margot Brouwer van de Sterrewacht Leiden.

De astronomen hebben gekeken naar de manier waarop een selectie van meer dan 33.000 sterrenstelsels het licht van verre achtergrondobjecten enigszins afbuigt. Volgens het meest gangbare model wordt deze afbuiging grotendeels veroorzaakt door zogeheten donkere materie, een raadselachtige substantie die geen licht of andere soorten straling uitzendt, maar wel een aantrekkende kracht uitoefent op zijn omgeving. Om de waargenomen lichtafbuiging te kunnen verklaren, zouden sterrenstelsels voor maar liefst 95 procent uit donkere materie moeten bestaan.

Critici beschouwen de donkere materie als een ad-hoc-oplossing – een manier om de bestaande inzichten omtrent de zwaartekracht te redden. Tot nu toe is het niet gelukt om de hypothetische deeltjes waaruit deze materie zou bestaan op te sporen. Voor wetenschappers als Verlinde is dit zó onbevredigend dat zij hardop twijfelen aan de juistheid van de zwaartekrachttheorie van Einstein. Verlinde denkt dat er een betere zwaartekrachttheorie is te bedenken: één die begint op de schalen van het allerkleinste en waarin de verdeling van ‘quantuminformatie’ cruciaal is voor de aantrekkingskracht tussen materie. Volgens Verlinde zou dat de ‘hulphypothese’ van donkere materie overbodig maken. Ook zou de buiging van de ruimtetijd (de zwaartekracht volgens Albert Einstein) een secondair effect zijn van dit primaire quantumproces.

Brouwer en haar collega’s hebben nu onderzocht in hoeverre Verlindes voorspelling van de zwaartekracht van sterrenstelsels, die alleen is gebaseerd op hun waarneembare massa, voldoet aan de waarnemingen. Daartoe is deze voorspelling vergeleken met de verdeling van de zwaartekracht zoals die volgt uit de manier waarop de stelsels licht afbuigen.

Hun conclusie is dat Verlindes voorspelling in overeenstemming is met de waargenomen zwaartekrachtsverdeling. Zij voegen daar onmiddellijk aan toe dat de extra zwaartekracht even goed voor rekening kan komen van donkere materie.

Een gelijkspel dus, maar volgens Brouwer heeft Verlindes theorie toch een streepje vóór. Dit heeft te maken met de onzichtbaarheid van de donkere materie. „Omdat we tevoren niet kunnen bepalen hoeveel donkere materie er aanwezig is, wordt de massa van de wolk donkere materie rond elk sterrenstelsel zó aangepast dat het model overeenkomt met de waarneming”, legt Brouwer uit. In jargon heet het dan dat de totale massa van de donkere materie in een sterrenstelsel een ‘vrije parameter’ is – simpel gezegd: een knop waaraan je kunt draaien totdat de uitkomst van het model overeenstemt met wat je ziet.

In dit specifieke geval heeft de theorie van Verlinde geen knop nodig: de voorspelling stemt al meteen overeen met de waarnemingen. „En als er twee modellen zijn die hetzelfde voorspellen, waarvan het ene minder vrije parameters heeft dan het andere, dan wint het model zonder vrije parameters”, aldus Brouwer. „Maar het zal voor Verlindes theorie zeer moeilijk zijn om álle waarnemingen te beschrijven die nu met donkere materie worden verklaard. Pas als dát het geval is, is de strijd beslecht.”

De onderzoeksresultaten van Brouwer c.s. verschijnen in het Britse tijdschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society en zijn nu al te lezen op de preprintserver Arxiv.

Lees ook Worstelen met het ruimtetijdtapijt, over de ideeën van fysicus Erik Verlinde