Emergente Gravitatie

Presentatie voor de Werkgroep Algemene Sterrenkunde van Urania, Hove.

Transcript

1. Emergente Gravitatie volgens Erik Verlinde Bart Buelens, 22 november 2018 Urania, Hove
2. By Stefania.deluca - Own work, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=34962949 Oort, Zwicky e.a. jaren 1930
3. Waarneming in conflict met theorie Waarneming fout Oplossing: Donkere materie WIMP
4. Waarneming in conflict met theorie Waarneming fout Oplossing: Donkere materie WIMP Theorie fout Oplossing: Alternatieve theorie 1. MOND 2. Emergent gravity of
5. 1. Emergente fenomenen en entropie
7. Emergente fenomenen in de fysica P V = N R T hoeveelheid N, volume V, gasconstante R druk P temperatuur T gas
8. Macroniveau versus microniveau gas als een verzameling moleculen
9. 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
10. 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
11. T, P, V, S gelijk voor elke configuratie entropie S slaat de brug tussen macro en micro
12. 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
13. 2. Entropie als informatie
14. A S(A) onbekend / vrij bekend / vast B S(B) S(A) > S(B) S(A) – S(B) = ?
15. A S(A) onbekend / vrij bekend / vast B S(B) S(A) > S(B) S(A) – S(B) = Informatie
16. A S(A) onbekend / vrij bekend / vast C S(C) = 0 S(A) – S(C) = S(A) = I(A)
17. A S(A) onbekend / vrij bekend / vast C S(C) = 0 S(A) – S(C) = S(A) = I(A)
18. Entropie is informatie entropie = de informatie die nodig is om het systeem op microscopisch niveau te beschrijven Shannon entropie (1940s) => Informatietheorie
19. De eenheid van informatie is de bit een “bit” is 0 of 1 abstractie van thermodynamische interpretatie entropie = informatie = log2 (2N) = N bits
20. 3. Quantummechanica
21. Onzekerheidsprincipe van Heisenberg https://interhacker.wordpress.com/2015/03/29/modern-physics-chapter-6-the-heisenberg-uncertainty-principle/
22. 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
23. Verstrengeling
24. Verstrengelingsentropie Twee systemen die 100% verstrengeld zijn: entropie gelijk aan dat van één van de twee Mate van verstrengeling ~ (entropie)-1
25. 4. Gravitatie
26. Zwarte gaten en thermodynamica Bekenstein en Hawking, 1970s Wheeler, 1970s – 1980s Wat is de entropie van een zwart gat?
27. Zwarte gaten en thermodynamica massa toevoegen => entropie neemt toe Hawking straling verstrengelde qubits, quantumentropie => informatie neemt toe
28. Zwarte gaten en thermodynamica Entropie ~ oppervlak van waarnemingshorizon ~ massa ~ gravitatie ~ informatie Informatie is bouwsteen
29. Gravitatie is thermodynamisch Jacobson 1995 Afleiding vergelijkingen algemene relativiteit in termen van entropie (in nabijheid van zwart gat) verband gravitatie – entropie
30. 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.
31. 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
32. Basis voor theorie Eric Verlinde (UvA) Thermodynamische beschrijving algemene relativiteit en gravitatie Emergente gravitatie volgens snaartheorie Holografisch principe over hoeveelheid informatie in heelal
33. 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
34. Nog volgens Verlinde Voor de-Sitter-ruimte: donkere energie is toename van entropie proportioneel aan volume van heelal (verschil met holografisch principe) Volumebijdrage
35. Verlinde‟s emergente gravitatie I. Alternatief voor donkere materie (verklaart rotatiecurves sterrenstelsels) II. Verzoent gravitatie met quantumtheorie III. Betrekt donkere energie in de theorie
36. 5. Verlinde in de praktijk
37. 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
38. 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
39. Gravitatie lenzen artikel … + rotatiecurves + standaardmodel + dark energy
40. - abs Kan Verlinde dit verklaren? Lijkt mogelijk…
42. 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
43. 6. Ja maar …
44. Patroon acoustische oscillaties in CMB - zou verklaard worden door donkere materie - (nog) niet door emergente gravitatie
45. Bullet cluster: “botsende” clusters - zou verklaard worden door donkere materie - (nog) niet door emergente gravitatie
46. “Veranderingen in perihelia van planeten 7 ordegroottes fout met theorie van Verlinde”
47. 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”
48. 7. Conclusie
49. Wordt vervolgd… Verlinde’s theorie: verder te ontwikkelen Houdt theorie stand? Falsificatie? Ontdekking van WIMPs of andere DM particles?