Weerwoord Is de kritiek op snaartheorie terecht?

Door Michael Duff

Weerwoord op de kritiek

Snaartheoretici krijgen veel kritiek van andere fysici. Hun voornaamste bezwaar: de theorie is niet experimenteel toetsbaar. Sommigen noemen snaartheorie daarom zelfs geen wetenschap, maar religie. In het laatste deel van het drieluik over een theorie van alles reageert fysicus Michael Duff op de vraag: is deze kritiek terecht?

Theoretisch-fysici hebben een tweeledige taak: er wordt verwacht dat ze de ontdekkingen van hun experimentele collega’s kunnen verklaren en daarnaast moeten zij verschijnselen kunnen voorspellen die nog niet zijn waargenomen. De wetenschapsgeschiedenis laat zien dat beide methoden tot resultaten kunnen leiden. De quantumtheorie kwam bijvoorbeeld grotendeels voort uit empirische resultaten, terwijl Einsteins algemene relativiteitstheorie zuiver het product was van speculatie en gedachte-experimenten, plus natuurlijk van hogere wiskunde.

Speculatie is dus een essentieel onderdeel van het wetenschappelijk proces. Toen Paul Dirac een vergelijking neerpende die beschrijft hoe quantumdeeltjes zich gedragen als hun snelheid in de buurt komt van die van het licht, verklaarde hij daarmee niet alleen de eigenschappen van het elektron, een deeltje waarvan de eigenschappen allang experimenteel waren onderzocht. Zijn vergelijking voorspelde ook het bestaan van het positron, waarvan niemand ooit had durven dromen, en daarmee van het hele concept antimaterie.

Zulke speculatie is geen luchtfietserij. Altijd wordt die in toom gehouden door het harnas van de wiskundige consistentie en de noodzaak van verenigbaarheid met bestaande natuurwetten. Einsteins algemene relativiteitstheorie moest, nog voor die experimenteel werd getest, enkele theoretische tests doorstaan. Zo moest die in alle gevallen dezelfde resultaten geven als de speciale relativiteitstheorie en Newtons wetten van de mechanica. Daarnaast werd verlangd dat Einsteins theorie nieuwe verschijnselen kon voorspellen die deze bestaande theorieën niet hadden voorzien.

Beter dan religie

Het is een veelgemaakte denkfout dat de natuurkunde zich alleen bezighoudt met zaken die al ooit experimenteel zijn aangetoond. Het onderzoek naar kosmische snaren – hypothetische objecten die in het vroege universum ontstonden – wordt bijvoorbeeld ten onrechte weleens vergeleken met ufo’s en homeopathie, om de reden dat zulke snaren nooit zijn waargenomen. Ook wordt gezegd dat M-theorie, zolang er geen empirisch bewijs voor is, weinig meer is

dan een ‘geloof’. Snaren en M-theorie vinden hun rechtvaardiging echter in het feit dat ze in staat zijn de quantummechanica en de algemene relativiteit te incorporeren en op een wiskundig strenge manier met elkaar te verenigen. Verder bieden ze aanknopingspunten om de standaardmodellen van de deeltjesfysica en de kosmologie ook in te kunnen passen. Geen religie krijgt dat voor elkaar.

Om vergelijkbare redenen moest een aantal rivaliserende ideeën, waarvan beweerd werd dat ze als theorie van alles konden fungeren, worden verworpen nog voordat hun voorspellingen konden worden getest – niet omdat ze een vals geloof predikten, maar gewoon omdat ze wiskundig foutief waren. Theoretische speculatie onderscheidt zich van geloof doordat nieuw bewijs en nieuwe ontdekkingen aanleiding zijn om theorieën te wijzigen of te verwerpen.

De meest overtuigende manier waarop critici van M-theorie hun gelijk kunnen halen, zou zijn door met een superieur alternatief op de proppen te komen. Tot nu toe is dat niemand gelukt.

Critici van M-theorie zijn nog niet met een beter alternatief op de proppen gekomen

Theoretisch fysicus Michael Duff is een pionier op het gebied van superzwaartekracht. Hij bezet de Abdus Salam-leerstoel in theoretische fysica aan het Imperial College London.