Basisstructuur van de kosmos/Het alternatief: kwantumzwaartekrachttheorie en luskwantumzwaartekracht

De theorie van de luskwantumzwaartekracht werd aan het eind van van de 20e eeuw door middel van allerlei wiskundige berekeningen uitgewerkt, waarbij rechtstreeks werd voortgeborduurd op Einsteins algemene relativiteitstheorie. Het was daarmee de meest serieuze concurrent van de snaartheorie, waarin dit aspect (nog) niet is opgenomen.

Overeenkomsten en verschillen met de snaartheorie

Wat beide theorieën vooral gemeen hebben is het feit dat de geometrie van de ruimtetijd op een schaal om en nabij de Planck-lengte als iets discreets wordt beschouwd, d.w.z. als iets met een ondeelbare structuur, i.p.v. dat het een continuüm is zoals we dat in het dagelijks leven ervaren. Volgens de snaartheorie zijn deze afzonderlijke basiselementen - zoals in het vorige hoofdstuk uitgelegd - snaren. Volgens de luskwantumzwaartekrachttheorie zijn deze meest fundamentele bouwstenen daarentegen een soort van veldlijnen die op heel veel manieren kunnen worden geordend en verbonden, waardoor ze aan de ruimtetijd steeds een andere structuur geven. Kenmerkend is hierbij alleen dat de lijnen elkaar nooit snijden, waardoor het dus in feite echte "zwaartekrachtlussen" zijn, een soort korrels op het niveau van de Planck-lengte. Anders dan de snaartheorie ging de luskwantumzwaartekrachttheorie dus verder niet uit van het bestaan van meer dan drie ruimtelijke dimensies

Geschiedenis

De eerste fundamenten voor de luskwantumzwaartekrachttheorie werden gelegd door onder andere Kenneth Wilson en Alexander Polyakov, die de kwantumchromodynamica geheel herformuleerde. Dit deed hij door de ruimtetijd op het niveau van de Planck-schaal voor te stellen als een rooster, waarin lijnen en lussen de meest fundamentele entiteiten vormden. De nieuwe theorie was toen echter nog niet achtergrondonafhankelijk. Dit wil zeggen dat ze net zoals de Newtoniaanse natuurkunde (en de snaartheorie in haar huidige vorm) uitging van een onveranderlijke ruimte en tijd, en zodoende op gespannen voet stond met Einsteins algemene relativiteitstheorie.

Later werd de luskwantumzwaartekrachttheorie verder uitgewerkt, eerst door Lee Smolin en Louis Crane. Er bleef nadat ze klaar waren echter één probleem over: zowel de lussen als de velden die om de lussen heen stroomden bleven als de meeste fundamentele basisvariabelen over, waardoor de theorie nog steeds niet achtergrondonafhankelijk was. De jonge Italiaan Carlo Rovelli corrigeerde de vergelijkingen vervolgens zodanig dat de lussen als enige basisvariabele overbleven. Hiermee was de luswkantumzwaartekrachttheorie volledig achtergrondonafhankelijk geworden en daarmee was ze de eerste (en tot nu toe enige) echte kwantumversie van Einsteins zwaartekrachttheorie en tevens rechtstreeks gebaseerd op de algemene relativiteitstheorie.

Tegenwoordig

De luskwantumzwaartekracht is in 2011 goeddeels achterhaald gebleken, nadat metingen van zowel energierijke als energiearme gammastraling die miljarden jaren onderweg was geweest hadden uitgewezen dat er geen verschil was in de mate waarin de straling was verstrooid. Als de luskwantumzwaartekrachttheorie het bij het rechte eind had gehad, had de energierijke straling daarentegen als gevolg van de aanwezigheid van actievere "ruimtetijdkorrels" sterker verstrooid moeten worden.