Upgrade to Pro — share decks privately, control downloads, hide ads and more …

Emergente Gravitatie

Bart Buelens
November 22, 2018

Emergente Gravitatie

Presentatie voor de Werkgroep Algemene Sterrenkunde van Urania, Hove.

Bart Buelens

November 22, 2018
Tweet

More Decks by Bart Buelens

Other Decks in Science

Transcript

  1. Emergente Gravitatie
    volgens Erik Verlinde
    Bart Buelens, 22 november 2018
    Urania, Hove

    View full-size slide

  2. By Stefania.deluca - Own work, Public Domain,
    https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=34962949
    Oort, Zwicky e.a. jaren 1930

    View full-size slide

  3. Waarneming in conflict met theorie
    Waarneming fout
    Oplossing:
    Donkere materie
    WIMP

    View full-size slide

  4. Waarneming in conflict met theorie
    Waarneming fout
    Oplossing:
    Donkere materie
    WIMP
    Theorie fout
    Oplossing:
    Alternatieve theorie
    1. MOND
    2. Emergent gravity
    of

    View full-size slide

  5. 1. Emergente fenomenen
    en entropie

    View full-size slide

  6. Emergente fenomenen in de fysica
    P V = N R T
    hoeveelheid N, volume V,
    gasconstante R
    druk P
    temperatuur T gas

    View full-size slide

  7. Macroniveau versus microniveau
    gas als een verzameling moleculen

    View full-size slide

  8. By Own work by Daderot - transferred from the English language
    Wikipedia, CC BY-SA 3.0,
    https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=507663
    Ludwig Boltzmann

    View full-size slide

  9. Entropie van een gesloten systeem
    S = k log W
    S : entropie
    k : Boltzmann constante
    W : aantal micro-toestanden dat aanleiding
    kan geven tot de gegeven macro-toestand

    View full-size slide

  10. T, P, V, S
    gelijk voor elke
    configuratie
    entropie S
    slaat de brug
    tussen
    macro en micro

    View full-size slide

  11. Terzijde -- Thermodynamica
    studie van deeltjes op macro niveau in termen van
    temperatuur, energie en entropie
    Hoofdwetten
    Nulde : thermisch evenwicht
    Eerste: behoud van energie
    Tweede : entropie neemt altijd toe
    Derde : entropie constant bij absoluut nulpunt

    View full-size slide

  12. 2. Entropie als informatie

    View full-size slide

  13. A S(A)
    onbekend / vrij bekend / vast
    B S(B)
    S(A) > S(B) S(A) – S(B) = ?

    View full-size slide

  14. A S(A)
    onbekend / vrij bekend / vast
    B S(B)
    S(A) > S(B) S(A) – S(B) = Informatie

    View full-size slide

  15. A S(A)
    onbekend / vrij bekend / vast
    C S(C) = 0
    S(A) – S(C) = S(A) = I(A)

    View full-size slide

  16. A S(A)
    onbekend / vrij bekend / vast
    C S(C) = 0
    S(A) – S(C) = S(A) = I(A)

    View full-size slide

  17. Entropie is informatie
    entropie
    =
    de informatie die nodig is om het systeem
    op microscopisch niveau te beschrijven
    Shannon entropie (1940s)
    => Informatietheorie

    View full-size slide

  18. De eenheid van informatie is de bit
    een “bit” is 0 of 1
    abstractie van thermodynamische interpretatie
    entropie = informatie = log2
    (2N) = N bits

    View full-size slide

  19. 3. Quantummechanica

    View full-size slide

  20. Onzekerheidsprincipe van Heisenberg
    https://interhacker.wordpress.com/2015/03/29/modern-physics-chapter-6-the-heisenberg-uncertainty-principle/

    View full-size slide

  21. Standaardmodel der elementaire deeltjes
    Quantum entropie beschrijft
    wanorde ~ aantal mogelijke toestanden
    • Kan gezien worden als quantum informatie
    • Wordt uitgedrukt in eenheden van qubits
    • Quantum bit, of “qubit”: 0 ≤ q ≤ 1

    View full-size slide

  22. Verstrengeling

    View full-size slide

  23. Verstrengelingsentropie
    Twee systemen die 100% verstrengeld zijn:
    entropie gelijk aan dat van één van de twee
    Mate van verstrengeling ~ (entropie)-1

    View full-size slide

  24. 4. Gravitatie

    View full-size slide

  25. Zwarte gaten en thermodynamica
    Bekenstein en Hawking, 1970s
    Wheeler, 1970s – 1980s
    Wat is de entropie van een zwart gat?

    View full-size slide

  26. Zwarte gaten en thermodynamica
    massa toevoegen => entropie neemt toe
    Hawking straling
    verstrengelde qubits,
    quantumentropie
    => informatie neemt toe

    View full-size slide

  27. Zwarte gaten en thermodynamica
    Entropie
    ~ oppervlak van
    waarnemingshorizon
    ~ massa
    ~ gravitatie
    ~ informatie
    Informatie is bouwsteen

    View full-size slide

  28. Gravitatie is thermodynamisch
    Jacobson 1995
    Afleiding vergelijkingen algemene relativiteit
    in termen van entropie
    (in nabijheid van zwart gat)
    verband gravitatie – entropie

    View full-size slide

  29. Snaartheorie
    Quantummechanische beschrijving
    van gravitatie, vanaf 1970s
    Jaren 1990: snaartheorie beschrijft
    microscopische toestand van zwarte gaten
    ZONDER gravitatie nodig te hebben.
    Gravitatie is een macroscopische fenomeen,
    emergent.

    View full-size slide

  30. Holografisch principe
    (G. „t Hooft e.a. 1990s)
    alle informatie in heelal te beschrijven op
    een denkbeeldige schil (2D) er om heen
    voor een Anti-de-Sitter ruimte
    (negatief gekromde ruimtetijd,
    negatieve kosmologische constante,
    geen donkere energie) – niet ons heelal

    View full-size slide

  31. Basis voor theorie Eric Verlinde (UvA)
    Thermodynamische beschrijving
    algemene relativiteit en gravitatie
    Emergente gravitatie
    volgens snaartheorie
    Holografisch principe over
    hoeveelheid informatie in heelal

    View full-size slide

  32. Eric Verlinde‟s theorie (vanaf 2009)
    1. Gravitatie is een emergente kracht,
    veroorzaakt door entropie
    2. Deze entropie is een maat voor de
    hoeveelheid quantuminformatie
    3. Quantuminformatie is overal in het heelal
    en is groter in nabijheid van massa

    View full-size slide

  33. Nog volgens Verlinde
    Voor de-Sitter-ruimte: donkere energie
    is toename van entropie proportioneel
    aan volume van heelal
    (verschil met holografisch principe)
    Volumebijdrage

    View full-size slide

  34. Verlinde‟s emergente gravitatie
    I. Alternatief voor donkere materie
    (verklaart rotatiecurves sterrenstelsels)
    II. Verzoent gravitatie met quantumtheorie
    III. Betrekt donkere energie in de theorie

    View full-size slide

  35. 5. Verlinde in de praktijk

    View full-size slide

  36. Belangrijkste waarneembare effecten
    Op grote afstanden begint gravitatie
    lineair af te nemen in plaats van kwadratisch.
    Dit effect was kleiner in het vroege heelal,
    want de volumebijdrage was kleiner

    View full-size slide

  37. Rotatiecurven van sterrenstelsels
    Verlinde:
    Rotatiesnelheden beginnen af te wijken
    bij gravitatie <= c H0
    .
    Dit had Milgrom al empirisch vastgesteld in 1983!
    … en is de basis voor MOND

    View full-size slide

  38. Gravitatie lenzen
    artikel …
    + rotatiecurves
    + standaardmodel
    + dark energy

    View full-size slide

  39. - abs
    Kan Verlinde dit verklaren? Lijkt mogelijk…

    View full-size slide

  40. Nog een donkere materie vraag
    Waarom komt DM alleen voor in de buurt
    van gewone materie?
    Verlinde: het is in de buurt van gewone materie
    dat de quantuminformatie gravitatie veroorzaakt
    en elders natuurlijk niet

    View full-size slide

  41. 6. Ja maar …

    View full-size slide

  42. Patroon acoustische oscillaties in CMB
    - zou verklaard worden door donkere materie
    - (nog) niet door emergente gravitatie

    View full-size slide

  43. Bullet cluster: “botsende” clusters
    - zou verklaard worden door donkere materie
    - (nog) niet door emergente gravitatie

    View full-size slide

  44. “Veranderingen in perihelia van planeten
    7 ordegroottes fout met theorie van Verlinde”

    View full-size slide

  45. Reactie van Verlinde
    Theorie is tot nu toe alleen ontwikkeld
    voor systemen die
    bolvormig, geïsoleerd en statisch zijn
    Huidige stand van theorie kan niet werken
    in deze “probleemgevallen”

    View full-size slide

  46. 7. Conclusie

    View full-size slide

  47. Wordt vervolgd…
    Verlinde’s theorie: verder te ontwikkelen
    Houdt theorie stand?
    Falsificatie?
    Ontdekking van WIMPs of andere DM particles?

    View full-size slide