De bouwstenen van de schepping

Een zoektocht naar het allerkleinste

[p. 178]

19 Bedrieglijke volmaaktheid

Ziezo, op een paar kleine technische probleempjes na is de theoretische natuurkunde klaar. We hebben een model dat alles wat we willen weten in formule heeft gebracht. Wat willen we nog meer?

Welnu, het standaardmodel is mooi, maar niet perfect. Je zou allereerst kunnen gaan klagen over die 26 onberekenbare getallen. Maar als dat de enige klacht zou zijn dan was daar waarschijnlijk niet veel aan te doen. Er werden natuurlijk allerlei ideeën geopperd omtrent de herkomst van deze getallen, en theorieën over hoe we ze zouden kunnen voorspellen. Het probleem met al deze theorieën is dat de aangegeven argumenten nooit dwingend zijn. Waarom zou de natuur zich aan een of andere toverformule storen als er ook zonder die formule nergens echte tegenstrijdigheden zouden optreden? Wat we zouden willen hebben, is een fundamenteel nieuw principe, zoals de relativiteitstheorie, echter zonder alle reeds bekende principes overboord te gooien; die hebben ons immers zo prima geholpen om het standaardmodel te vinden! De beste plaats waar we zo'n nieuw principe zouden moeten zoeken, is daar waar ons model ook andere tekortkomingen vertoont. En die zijn er.

Een algemeen geldige regel in de deeltjesfysica is dat wanneer deeltjes met grotere energie tegen elkaar botsen, het resultaat van de botsing bepaald wordt door steeds kleinere structuren in ruimte en tijd. Stel dat we een deeltjesversneller hadden die duizenden malen meer bewegingsenergie aan de deeltjes meegeeft dan thans mogelijk is. De resultaten van de botsingen worden dan bepaald door veel kleinere details binnen in die deeltjes dan voorheen. Zegt het standaardmodel ook dan precies wat er zal gebeuren? Kortom, laten we nogmaals, als Gulliver, een reis gaan maken naar de wereld van de nog kleinere structuren.

[p. 179]

Het standaardmodel is een wiskundig bouwwerk. Het voorspelt inderdaad ondubbelzinnig hoe de wereld van het nog kleinere eruit zal gaan zien. Maar er zijn genoeg zaken die onze argwaan opwekken. We hebben onze denkbeeldige supermicroscoop op scherp gesteld en we zien hordes naakte fundamentele deeltjes rondlopen. Het standaardmodel dicteert hun bewegingen. Ook door de supermicroscoop gezien bevat het standaardmodel 26 natuurconstanten. Echter, deze moeten daar nu heel precies op elkaar afgestemd zijn. Zou je één of meer van die constanten ook maar een heel klein beetje anders kiezen, dan zouden de meeste van onze deeltjes massa's krijgen die vergelijkbaar worden met de superhoge energie van de versneller die hiermee correspondeert. Dat de deeltjes in werkelijkheid allemaal een massa hebben die bij een veel lagere energie hoort, wordt zo ineens heel onnatuurlijk.

Dit heet het fijnregelingsprobleem. Door de microscoop gezien zijn de natuurconstanten met onbegrijpelijke precisie op elkaar afgestemd. Er is hier iets heel ernstig mis. Het probleem is dat er wiskundig niets op is aan te merken. Maar de geloofwaardigheid van het standaardmodel wordt snel minder als je naar superkleine afstanden en tijdsintervallen kijkt, of, wat op hetzelfde neerkomt, als je wilt uitrekenen hoe deeltjes met superhoge energieën tegen elkaar zullen botsen. En waarom zou het model daar nog geldig zijn? Er zouden allerlei nog totaal onbekende superzware nieuwe deeltjes kunnen bestaan die alleen bij voorlopig onbereikbare energieën tot leven kunnen worden geroepen, en die de wereld welke onze Gulliver wil bezoeken totaal anders zouden maken dan we nu denken.

Kortom, als we van die ongeloofwaardige fijnregeling afwillen, hebben we een nieuw probleem geschapen: hoe kunnen we het standaardmodel zodanig wijzigen dat fijnregeling niet meer nodig is? Dat daar wijzigingen voor nodig zouden zijn, staat vast. Dit betekent dat er zeer waarschijnlijk wel degelijk een

[p. 180]

grens is waar de geldigheid van het ‘gewone’ standaardmodel ophoudt. Als je het zo bekijkt, is het standaardmodel niets anders dan een wiskundige benadering die we hebben kunnen creëren op een zodanige manier dat alle ons nu bekende natuurverschijnselen erin passen, maar iedere keer als een nieuwe machine met een groter energiebereik wordt aangezet, mag je verwachten dat het zal moeten worden bijgesteld.

Hoe hadden we ooit anders kunnen denken? Waar haalden we de ‘arrogantie’ vandaan te denken dat we misschien de ultieme theorie te pakken zouden hebben? Als je zo tegen de dingen aankijkt, is ons probleem misschien wel het tegenovergestelde van de vraag waar het standaardmodel ophoudt: hoe komt het dat het standaardmodel zo buitengewoon goed werkt, en dat we nog steeds niets hebben gemerkt van een volgende generatie van deeltjes en krachten die buiten het standaardmodel vallen?

De vraag ‘Wat komt er na het standaardmodel?’ houdt ons nu al jaren bezig. Tot op dit punt heb ik u met enig gezag kunnen vertellen over wat we weten. Vanaf nu ga ik speculeren over al datgene wat we niet weten. Natuurlijk kan het zijn dat de natuurkunde zoals wij die kennen een keer ophoudt en er iets heel anders voor in de plaats komt. Maar dat geloven we niet. Als de geschiedenis ons één ding geleerd heeft, is het dat de werkelijkheid altijd, achteraf gezien, heel logisch samenhangt met wat we al lang wisten.