Wiskunde & natuurkunde

Welke natuurkundige vragen worden de komende 100 jaar misschien beantwoord?

Dankzij de natuurkunde weten we hoe deeltjes zich gedragen, hoe zwaartekracht werkt en hoe we energie kunnen opwekken. Het lijkt misschien soms alsof het werk van de natuurkundige er wel zo’n beetje op zit. Toch zijn er nog steeds grote, onbeantwoorde vragen. Dit zijn er een paar waarop we de komende eeuw misschien een antwoord vinden.

Groot en klein

Wat zit er in het universum? Het heelal is gevuld met energie en materie. Als je alle energie en massa op één hoop zou gooien, dan blijkt dat de gewone materie die wij kennen en met onze telescopen kunnen zien minder dan 5 procent van die hoop vormt. Ongeveer 68 procent van het heelal is donkere energie. Nog eens 27 procent bestaat uit donkere materie. Natuurkundigen weten dat deze dingen bestaan, maar ze weten nog niet wat donkere materie en energie nou eigenlijk zíjn.

Zonnestelsel — We snappen hoe zwaartekracht planeten in het gareel houdt, maar niet hoe hij werkt op kleine schaal. Beeld: NASA/JPL

Wat is zwaartekracht? Tja, het lijkt alsof we dit al weten. Zwaartekracht zorgt dat de aarde om de zon draait, en jij op de aarde blijft staan.

Toch is er iets geks aan de hand met de zwaartekracht. We kunnen goed beschrijven hoe de zwaartekracht werkt op grote schaal (die van planeten en mensen), maar niet op kleine schaal (die van de allerkleinste deeltjes). Op die schaal verklaart een heel andere theorie hoe alles werkt: de quantummechanica.

De vraag is hoe we de quantummechanica en de zwaartekracht aan elkaar vast moeten knopen. Daar zijn allerlei ideeën over - en misschien blijkt een van die ideeën wel juist.

Deeltjes en aliens

Welke deeltjes bestaan er? Natuurkundigen kennen een hele rits deeltjes met bijzondere namen: elektronen, quarks, neutrino’s… Met al die bouwblokjes kunnen ze verklaren hoe materie in elkaar steekt en wat er gebeurt als je deeltjes op elkaar botst in deeltjesversnellers. Maar deeltjesversnellers meten soms ook dingen die natuurkundigen níét kunnen verklaren. Dat wijst erop dat de deeltjespuzzel nog niet compleet is. (Of dat die metingen niet kloppen.)

En tot slot, een van de grote vragen van natuurkundigen, sterrenkundigen en ook biologen: is er buitenaards leven? We hebben steeds betere telescopen die tot in de atmosfeer van verre planeten kunnen kijken. Misschien kunnen we in de dampkring van zo’n verre planeet tekenen van leven ontdekken. Dat hoeft niet eens meer lang te duren…