In haar nieuwe boek, Knocking on Heaven's Door, onderzoekt theoreticus Lisa Randall van Harvard University hoe fysica ons begrip van de fundamentele aard van de wereld kan transformeren. Ze denkt dat er een extra dimensie kan bestaan in de buurt van onze vertrouwde realiteit, verborgen behalve een bizarre onderdrukking van de zwaartekracht zoals we die zien. Ze denkt ook na over de samenstelling van donkere materie, ongeziene deeltjes die de groei van de hele kosmos hebben gevormd. Deze ideeën, ooit de enige provincie van fictieschrijvers, worden echt getest in een nieuwe generatie experimenten. Gevoelige detectoren snuiven nu op voor donkere materie, terwijl de meest complexe wetenschappelijke machine die ooit is gemaakt, de Large Hadron Collider (LHC), onder de grens van Zwitserland en Frankrijk, subatomaire deeltjes in elkaar met bijna de snelheid van het licht in elkaar slaat.
Van dit verhaal
[×] SLUITEN
Natuurkundige Lisa Randall gelooft dat een extra dimensie dicht bij onze vertrouwde realiteit kan bestaan, verborgen behalve een bizarre onderdrukking van de zwaartekracht zoals we die zien. (Boston Globe via Getty Images) 
Fotogallerij
gerelateerde inhoud
- Lisa Randall's Guide to the Galaxy
- Op zoek naar Neutrinos, Nature's Ghost Particles
- Black Hole Rap
Wat waren je hoofddoelen voor je nieuwe boek?
Eén doel was om de wetenschap te beschrijven waarin ik vandaag geïnteresseerd ben: de fysica die op de LHC gebeurt en op zoek is naar donkere materie. Maar ik wilde ook de aard van de wetenschap verduidelijken: wat het betekent goed en fout te zijn, wat het betekent om metingen te verrichten en de rollen van onzekerheid, risico en creativiteit.
Heb je het gevoel dat de fysica-gemeenschap op het punt staat iets opmerkelijks te vinden?
Dat hoop ik zeker. We hebben een goede kans [met de LHC] om het Higgs-deeltje te zien, dat ons vertelt hoe elementaire deeltjes massa verwerven. Andere diepgaande kwesties zijn ruimtetijd-symmetrie en of er extra dimensies zijn. We hebben echt een kans om die onderwerpen te bereiken.
Er zijn veel bizarre ideeën hier, van snaartheorie tot een "brane" van extra dimensies naast onze eigen. Waarom zouden we deze ideeën als meer dan fantasievolle constructies beschouwen?
Ik vraag zeker niemand om een van de ideeën die ik presenteer, over te nemen. Dat is een deel van het punt van het boek: de wetenschap gaat verder en we eindigen systematisch met nieuwe ideeën en verklaringen, gaande van de menselijke weegschalen die we heel goed kennen tot weegschalen die zo afgelegen zijn dat het moeilijk is om intuïtie over hen te hebben. Wetenschap is ook een zelfcorrigerend proces, iets waarvan ik verwacht dat het zal gebeuren met de recente aankondiging van neutrino's die sneller kunnen bewegen dan de snelheid van het licht.
Kun je de essentie van je idee over extra dimensies beschrijven?
Het universum kan meer zijn dan de drie dimensies waarmee we vertrouwd zijn. Ze zijn op de een of andere manier voor ons verborgen, misschien omdat ze klein of krom zijn. Maar zelfs als ze onzichtbaar zijn, kunnen ze beïnvloeden wat we eigenlijk in het universum waarnemen. Er zijn veel dingen die we met het blote oog niet kunnen zien en die in werkelijkheid blijken te zijn gebaseerd.
Extra dimensies kunnen relevant zijn voor een van de vragen die we proberen te beantwoorden bij de LHC: hoe deeltjes hun massa krijgen, en waarom ze de massa hebben die ze hebben, die veel kleiner zijn dan fysici zouden verwachten. Dus ons idee is dat er een extra dimensie is die zo vervormd is dat de massa op de ene plaats groot is en op de andere klein. Met andere woorden, de zwaartekracht kan op de ene plaats zwakker zijn en op een andere sterker. Als dat zo is, zou het een natuurlijke verklaring kunnen zijn voor zowel waarom deeltjesmassa's zijn wat ze zijn, als waarom zwaartekracht zoveel zwakker is dan de andere elementaire krachten die we waarnemen.
Deze extra dimensie zou van de onze kunnen worden gescheiden door een miljoen triljoen triljoenste centimeter. Is dit een parallel maar ontoegankelijk universum?
Het heeft alleen via zwaartekracht interactie met onze dimensies. En de zwaartekracht is extreem zwak. Een elementair deeltje met gewone energieën oefent een verwaarloosbare zwaartekracht uit. Maar bij de LHC, als dit idee juist is, zouden we bewijs van deze extra dimensie zien. Deeltjes kunnen momentum in de extra dimensie brengen, en dat kan zelfs waarneembaar zijn.
Maar het is niet iets waar je aan denkt als een "parallel universum?"
Technisch gezien, ja, het zou parallel met ons universum kunnen bestaan. Maar het is niet alleen een kopie van ons universum, waar veel mensen aan denken als ze die zin horen.
Als natuurkundigen degelijk bewijs van extra dimensies vinden, hoe zou dat dan onze kijk op het universum en onze plaats daarin beïnvloeden?
Je kunt heel exotische onderliggende fenomenen hebben, maar ze zouden nog steeds consistent zijn met de gewone regels die we kennen. Op een bepaald niveau verandert er niets. Het betekent echter dat er op een diep onderliggend niveau een veel rijker universum is. Het is gewoon geweldig om te weten waar ons universum van is gemaakt.
Je beschrijft de LHC als een "verbazingwekkende prestatie."
Technologisch gezien is het een krachttoer. Het feit dat dit ding werkt is verbazingwekkend. We zijn op zoek naar zeer zeldzame gebeurtenissen, dus je hebt een zeer precieze, zeer goed begrepen machine nodig om ze te maken en detectoren om te begrijpen wat je ziet. Je hebt een extreme hoeveelheid energie nodig die is gericht in een heel klein gebied om deze botsingen te laten gebeuren, waardoor de subcomponenten van protonen - quarks en gluonen - direct kunnen botsen. En als ze dat doen, kunnen ze nieuwe vormen van zwaardere materie maken.
Veel mensen vreesden dat de LHC een planeetverslindend zwart gat zou produceren.
Wetenschappers namen het zeer serieus en ze sloten deze mogelijkheid niet alleen theoretisch uit, maar ook door te kijken naar botsingen van kosmische stralen die hetzelfde soort energie creëren. We leven in een wereld met veel risico's, en het wordt de hoogste tijd dat we serieus nemen over welke risico's we ons zorgen moeten maken. Natuurkundigen hebben laten zien dat dit geen risico is.
U biedt een duidelijke discussie over religie en de verenigbaarheid ervan met wetenschap. Waarom besloot je dat onderwerp aan de orde te stellen?
Ik moest bijna in een boek met de titel Knocking on Heaven's Door . Maar er is echte verwarring over wat het betekent om goed en fout te zijn - het verschil tussen wat spirituele overtuigingen zijn en wat wetenschap is. Ik voelde dat als ik de wetenschap ging verklaren, het belangrijk was om die verschillen te verklaren. Ik wilde de verschillende opvattingen van het universum die mensen hebben serieus nemen, maar zeggen dat er echt verschillen zijn.
Je schreef: "Het religieuze deel van je hersenen kan niet tegelijkertijd met het wetenschappelijke handelen. Ze zijn gewoon onverenigbaar."
Als ik zeg dat ze onverenigbaar zijn, bedoel ik iets heel specifieks: een spiritueel geloof op basis van iets dat niet is gebaseerd op feitelijk materiaal of oorzaak en gevolg - de manieren waarop we wetenschappelijk begrijpen - is gewoon anders dan wetenschap. Het is een heel specifieke uitspraak.
Wanneer je met een publiek spreekt, welke opvallende misvatting over natuurkunde valt je het meest op?
Je probeert me in de problemen te brengen! Het is waarschijnlijk de overtoepassing van kwantummechanica. Mensen denken dat het dingen verklaart die het niet kan. Er zijn veel mysteries over kwantummechanica, maar ze ontstaan meestal in zeer gedetailleerde metingen in gecontroleerde instellingen.
Je beschrijft de gigantische detectoren van de LHC als kunstwerken. Is het onderzoeken van de aard van het universum evenzeer een esthetische onderneming als een wetenschappelijke?
Kunst en wetenschap spreken een aantal van dezelfde creatieve instincten aan. Er is een waardering voor iets dat groter is dan onszelf, waarvan ik denk dat zowel kunst als wetenschap het aanpakken. Je kunt echter een mooi idee hebben in de wetenschap en het kan gewoon verkeerd zijn - niet omdat het wiskundig inconsistent is, maar omdat het niet in de wereld wordt gerealiseerd.
U schreef de tekst voor een opera, "Hypermusic Prologue: A Projective Opera in Seven Planes", die in 2009 in première ging in het Centre Pompidou in Parijs. Hoe is dat ontstaan?
De componist [Hector Parra] schreef me om te vragen of ik wilde meedoen. Het was een interessante gelegenheid om een kruising tussen kunst en wetenschap op een nieuwe manier te verkennen. Kunst reflecteert vaak op de ideeën van die tijd. Dus ik vond het heel leuk om met kunstenaars te werken die dat waarderen en die wetenschap in iets nieuws integreren - maar niet alleen op een manier die het kopieert. Er waren grote creatieve uitdagingen, zoals hoe je hogere dimensies op een podium vertegenwoordigt.
De opera had een cast voor twee personen, een minimalistisch podiumontwerp met abstracte projecties en een score die op sommige plaatsen digitaal werd gewijzigd. Zittend in het publiek moet een hele ervaring voor je zijn geweest.
Ik werk op potlood en papier of op een computer, dus eigenlijk hadden fantastische zangers mijn woorden zingen, begeleid door muzikanten en een prachtige set, gewoon iets om te zien. De delen die heen en weer gingen tussen de extra-dimensionale wereld en onze wereld waren echt geweldig. Hector dacht dat [mijn onderzoek] hem inzichten zou geven in manieren om verschillende soorten muziek te maken, en dat deed hij inderdaad. Ik denk dat mij werd gevraagd om meer fysica in te brengen dan ik idealiter zou hebben, en uiteindelijk was de muziek erg abstract. Het was echter geweldige muziek en er waren momenten die echt mooi waren.
Je maakt speelse muzikale verwijzingen in de titel en tekst van je boek, van de politie en Suzanne Vega tot de Beatles en Bob Dylan. Ben je een grote populaire muziekfan?
Ik heb dit griezelige vermogen waarbij woorden in mijn hoofd blijven hangen, dus ik hoor een liedje en vaak gebeurt het gewoon automatisch dat ik de teksten later gebruik. Het is misschien niet de oorspronkelijke bedoeling van de woorden, maar ze passen soms goed bij wat ik probeer te zeggen.
Wat is de volgende stap in de wetenschap?
Ik heb ideeën onderzocht die donkere materie relateren aan gewone materie. Er is dit verbazingwekkende feit dat de energie die door donkere materie in het universum wordt gedragen ongeveer zes keer de energie is die door gewone materie wordt gedragen. De vraag is, waarom is dat? [De verhouding] had heel anders kunnen zijn. Dus ik ben op zoek naar manieren waarop de twee soorten materie verband kunnen houden, wat het toeval zou kunnen verklaren.
