In de fascinerende wereld van de kwantumfysica zijn er maar weinig verschijnselen zo uniek als verstrengeling. Dit kwantummechanisme kent geen tegenhanger in de klassieke natuurkunde: twee of meer kwantumsystemen delen exact dezelfde toestand, wat betekent dat ze – hoe ver ze ook van elkaar verwijderd zijn – één en hetzelfde systeem vormen. Afstand speelt dus nauwelijks een rol.
Wanneer twee deeltjes door verstrengeling met elkaar verbonden zijn, beïnvloedt een meting aan het ene deeltje direct de eigenschappen van het andere – zelfs als dit zich aan de andere kant van het Melkwegstelsel bevindt. Klinkt als sciencefiction? In werkelijkheid is dit effect keer op keer experimenteel bevestigd. Niet voor niets is het, samen met het principe van superpositie, een essentiële pijler van kwantumcomputing.
Suggestie uit Leiden: zwaartekracht als gevolg van kwantuminformatie
De zoektocht naar een kwantumtheorie van de zwaartekracht draait om het verenigen van Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie en de wetten van de kwantummechanica – twee ogenschijnlijk onverenigbare giganten. Tot nu toe werkt zwaartekracht, zoals Einstein hem ooit beschreef, vooral op de schaal van sterren en planeten: het zichtbare, tastbare universum.
Al tientallen jaren breken natuurkundigen hun hoofd over de relatie tussen zwaartekracht en kwantumprincipes. In dit onderzoeksveld brengt elk nieuw idee ons dichterbij, en de bijdrage van dr. Florian Neukart – hoogleraar aan de Universiteit Leiden, hier in Nederland, en voormalig TU Delft-student – springt er de laatste jaren uit. Wie zijn artikel in Annals of Physics leest, begrijpt direct waarom.
Neukart oppert namelijk dat zwaartekracht niet per se een fundamentele kracht hoeft te zijn, maar mogelijk voortkomt uit de manier waarop kwantuminformatie zich ordent in het universum. Verstrengeling, het fenomeen dat we hierboven beschreven, zou direct de geometrie – of beter: de kromming – van ruimte-tijd kunnen beïnvloeden. Zwaartekracht zou dus niet alleen ontstaan door massa en energie, maar óók door kwantumverstrengeling.
Om tot dit idee te komen heeft Neukart de beroemde veldvergelijkingen van Einstein aangevuld met een variabele die kwantuminformatie representeert. De effecten die daaruit volgen zijn minuscuul – voor huidige experimenten praktisch onzichtbaar – maar als deze theorie bevestigd wordt, kan ze verklaren wat er gebeurt in extreme omgevingen zoals het binnenste van zwarte gaten.
Bovendien suggereert Neukart dat verstrengeling een verklaring biedt voor de mysterieuze kosmologische constante. Niet iedereen kent deze, maar in Jip-en-Janneke-taal: zie het als een kracht die het universum gelijkmatig uit elkaar duwt. Toch kent Neukarts theorie ook grenzen.
Zo zijn de beoogde effecten vermoedelijk merkbaar pas op de zogeheten Planck-schaal – ver buiten dagelijkse experimenten. Daarnaast is het geen definitieve oplossing voor kwantumzwaartekracht. Maar één ding is zeker: het idee dat ruimte-tijd zelf een verschijningsvorm is van de kwantuminformatie in het universum opent compleet nieuwe denkrichtingen. Dit zou wel eens het startschot kunnen zijn voor de volgende golf aan ontdekkingen in de natuurkunde – en wie weet, misschien komt de volgende Nobelprijs wél uit Leiden.