Hoe ziet dat er allemaal uit? De grafische weergave van het model voor de relatiefysica (afgebeeld aan het eind van dit hoofdstuk), kan helpen bij het vormen van een beeld. Nou, daar gaan we.

Neutraal veld
Het universum tussen sterren en planeten is niet leeg; ook niet tussen elementaire deeltjes. In een visie van samenhang is het hele universum met elkaar verbonden. We bespreken eerst de min of meer neutrale achtergrond.

In een situatie waarin alle punten in de ruimtetijd hun informatie ongehinderd en in gelijke mate kunnen delen en uitwisselen met al hun buren, heb je een neutraal veld. Met ongehinderd wordt bedoeld dat het onwaarschijnlijk is dat uitwisseling niet gebeurt. Doe je in dit neutrale veld een waarneming, dan zie je ‘niets’. Alles is namelijk hetzelfde. Dit is wat in de klassieke natuurkunde een vacuüm wordt genoemd. Het neutrale veld is drager van de ruimtetijd-informatie. Het is een superpositie van afstand- of ruimtetijd-verstrengelingen. In macroscopische termen is het een soort raster van afstand-informatie in superpositie. Het is de 0 (nul) waarbij elke gebeurtenis afsteekt als informatie. In de grafische weergave van het model van de relatiefysica staan de bouwstenen van het neutrale veld afgebeeld als ‘neutrale set’. Anders dan ‘deeltjes’ zoals elektronen of quarks die zichtbaar zijn door hun gedrag – hun effecten op de omgeving – zijn neutrale sets onzichtbaar doordat ze dit effect op de omgeving missen. Zij zorgen er overigens wel voor dat niet alles samenvalt en vormen het netwerk dat informatie doorgeeft.

Bedenk wel dat op het kwantumniveau niets volledig gelijkmatig is. Er zijn geen eenheden, geen discrete waarden, en er is ook geen volledig neutrale achtergrond. Wat wij hier een neutraal veld noemen wordt voortdurend doorkruist door allerlei golven van informatie die zich verspreiden over het veld. Bovendien wordt het veld voortdurend groter doordat informatie wordt toegevoegd, of kleiner wanneer informatie door andere kwantumsystemen wordt geabsorbeerd. Het is in beweging. Het is echter min of meer neutraal, omdat door voortdurende uitwisseling de informatie zeer gelijkmatig is verdeeld. Het neutrale veld is drager van ruimtetijd en tast door zijn gelijkmatigheid complexer verstrengelde informatie, de zogenaamde elementaire deeltjes, nauwelijks aan.

Het neutrale veld is geen regelmatig raster (plaatje links); eerder een ‘quantum foam’ (plaatje rechts).

Het foton
Wanneer een punt in een neutraal veld alle relaties ongehinderd deelt met zijn buren behalve één positie die extra informatie verstrengeld heeft, dan ontstaat er iets: een foton. Deze extra informatie is een tijdelijke en lokale (macroscopisch begrippen; wie kent betere termen?) verstoring of onregelmatigheid in, of gesuperponeerd op, het neutrale veld. Er ontstaat iets, want nu is niet meer alles hetzelfde. Van buitenaf is informatie ingebracht, een gebeurtenis die ook anders had kunnen zijn. Zie ook de figuren van relatiesets om het visueel te maken.

Bij een geïsoleerd foton – stel dat dit mogelijk zou zijn – op kwantumniveau is het onzinnig om te spreken over een verstrengeling op een x-, y- of z-as. Deze assen zijn immers uitwisselbaar. Maar in een samenhangend universum is de bron waarmee een foton verstrengeld is onderdeel van een groter geheel waarin de assen wel specifiek als x, y, of z te benoemen zijn. Dat betekent dat het foton door de verstrengeling met zijn bron een oriëntatie in zijn omgeving heeft. Op deze manier kunnen fotonen verschillend georiënteerd zijn. In een mix valt dat niet op. Pas in een magnetisch veld valt op dat fotonen verschillend kunnen zijn. Zie hiervoor ook paragraaf 6.5 over lading en elektromagnetische kracht.

Het foton kan zijn informatie ongehinderd delen in alle richtingen (ruimte of tijd), behalve die ene. Die is door een extra verstrengeling verbonden met zijn bron, bijvoorbeeld een elektron, proton, atoom of molecuul. De kans dat deze verstrengelde informatie gedeeld wordt is relatief zo onwaarschijnlijk dat ze in veel gevallen verwaarloosd kan worden. Het foton is dus enigszins stabiel. Maar het herverdelen van die verstrengeling is niet onmogelijk. Bij een geschikte kandidaat zal het foton de gedeelde informatie met zijn bron loslaten en een nieuwe relatie maken met die kandidaat. Dit is de zogenaamde collaps.

Fotonen kunnen dragers zijn van een elektromagnetisch veld. Dat werkt als volgt. In een omgeving met een mix van verschillend georiënteerde fotonen is geen macroscopisch effect van oriëntatie merkbaar. Wanneer bij fotonen (specifieke fotonen die een perfecte match vormen voor elektronen) één soort oriëntatie overheerst, is er sprake van een magnetisch veld. Dit magnetische veld – de overmaat aan één soort georiënteerde fotonen – heeft effecten op deeltjes in dat veld. Het kan bijvoorbeeld ‘spin’ zichtbaar maken (Stern-Gerlach experiment) en ‘lading’ c.q. een elektromagnetische kracht veroorzaken. Deeltjes met een constructie die hen een eigenschap geeft die wij ‘lading’ noemen, gaan zich anders oriënteren en anders gedragen in deze omgeving. Zie het onderwerp lading en elektromagnetische kracht (paragraaf 6.5).

Omdat het foton slechts één relatie heeft die moet matchen om tot een collaps te kunnen komen, is het extreem flexibel. Het is een alleskunner die relatief gemakkelijk zijn informatie aan andere deeltjes overdraagt.

Fotonen verspreiden zich in een neutraal veld met de lichtsnelheid via alle denkbare routes behalve die ene waarmee het verstrengeld is, zowel in de ruimte als in de tijd, totdat een collaps optreedt. Ze zijn alom actief in het universum als elektromagnetische straling. Zo verspreiden ze informatie.

Een foton heeft een neutrale kwantumspin. Een foton kan bij collaps in één sprong/pixel elke andere oriëntatie bereiken. Het heeft een spin 1 eigenschap (paragraaf 6.4). Bij andere ‘deeltjes’ kan dit anders zijn.

Neutrale set
Het genoemde neutrale veld is als een driedimensionaal raster (macroscopische term) van relatiesets die onderling ongehinderd informatie delen. Ze zijn als geheel in superpositie en vormen als het ware één kwantumsysteem. Dit neutrale veld heeft zijn grenzen bij de overgang naar complexe systemen. Het is dus een raster waarbinnen informatie vrij in alle richtingen gedeeld kan worden behalve op de overgangen naar complexere systemen waar ze extra verstrengelingen hebben. Dit gaat over afstand in ruimte en tijd.

Een visie van samenhang kijkt, anders dan de klassieke natuurkunde, naar relaties. Ruimtetijd is dan niet abstract, maar informatie die net zo fysiek is als materie. Het standaardmodel van de deeltjesfysica kent geen ‘deeltje’ als vertegenwoordiger voor ruimtetijd of afstanden. Toch telt ook deze informatie natuurlijk gewoon mee. Hoe meer afstand-informatie op dezelfde dimensie met elkaar verstrengeld is, in serie geschakeld is, hoe groter de afstand. Met afstand wordt zowel afstand in ruimte als afstand in tijd bedoeld. In het model van de relatiefysica hebben we deze set met afstand-informatie een neutrale set genoemd.

Neutrale sets brengen scheidingen aan tussen complexere kwantumsystemen. Ze zorgen ervoor dat niet alles samenvalt. Bovendien is het neutrale veld drager van de informatie die herverdeeld kan worden. Neutrale sets zijn op de overgangen naar andere kwantumsystemen complexer verstrengeld dan fotonen. Door deze weliswaar nog steeds geringe complexiteit ervaren neutrale sets op die overgangen toch enig ongemak bij herverdeling van informatie. Mogelijk hebben ze daardoor zelfs massa. Zie ook wat we schrijven over dark matter (paragraaf 6.23).

Het concept neutrale set is nodig om een stelsel van relatiefysica kloppend te krijgen. Zou de neutrale set in termen van deeltjesfysica een boson genoemd moeten worden? Bosonen kunnen – in tegenstelling tot fermionen – met andere bosonen dezelfde kwantumtoestand bezetten. In de relatie interpretatie zijn neutrale sets gezamenlijk in superpositie en vormen ze samen het neutrale veld. Fotonen zijn op hun beurt gesuperponeerd op het neutrale veld. Dit lijkt dus op het gedrag van bosonen die dezelfde kwantumtoestand delen. We delen de neutrale set voorlopig in bij de bosonen.

Het neutrino
Wanneer een punt (‘deeltje’) in een neutraal veld al zijn informatie ongehinderd deelt behalve twee posities in verschillende ‘dimensies’ die een extra relatie hebben, heb je iets anders: een neutrino. Omdat het twee verstrengelingen heeft met andere ‘deeltjes’ op verschillende dimensies is dit ‘deeltje’ complexer dan een foton. En omdat ontwikkelingen op macroniveau één richting volgen, kan een neutrino niet in één sprong elke andere oriëntatie bereiken. Daar zijn twee stappen, twee kanscycli, voor nodig. Een neutrino heeft een spin ½. Zie paragraaf 6.4 over kwantumspin.

Het neutrino is door zijn extra verstrengeling weliswaar trager dan een foton, maar nog steeds extreem flexibel. Door zijn grote vrijheid beweegt het neutrino met een snelheid die slechts een fractie lager is dan de lichtsnelheid. In klassieke termen is de ‘massa’ heel klein. Bedenk nogmaals dat in termen van relatiefysica massa geen intrinsiek kenmerk van een deeltje is, maar een gevolg van interactie met de omgeving. Het is een vorm van gedrag. Zie ook paragraaf 6.19 ‘De paradoxen van neutrino’s’.

Het gluon
Een gluon heeft ook twee extra relaties op twee dimensies, maar hier is iets anders aan de hand. Het betreft gecombineerde dimensies; een tussenvorm. Je zou het ook superposities van twee dimensies kunnen noemen. Zo’n tussenvorm past bij de aanname dat dimensies op het meest basale niveau nog primitief zijn. Pas bij samenhang in een groter geheel – door emergentie – krijgen dimensies hun discrete vorm.

Gluonen komen alleen in samenstellingen voor; nooit als individueel ‘deeltje’. In die samenstellingen delen ze de gecombineerde dimensies met deeltjes die soortgelijke tussenvormen hebben. Dat kunnen andere gluonen zijn, of quarks. Gluonen binden bijvoorbeeld quarks tot protonen en neutronen. Die samengestelde structuren zijn extreem stabiel. Deze bijzondere stabiliteit wordt in de deeltjesfysica beschreven als strong force of ‘sterke kernkracht’. In de relatiefysica is het echter geen kracht, maar gewoon de onwaarschijnlijkheid dat de bijzondere verstrengelingen tussen gluonen en quarks collaberen en hun informatie herverdelen, omdat daar slechts zelden geschikte kandidaten voor beschikbaar zijn. Binnen een neutron of proton met meer gecombineerde dimensies natuurlijk wel. Daar springen ze voortdurend over en weer. Zo zijn ze ook te beschouwen als een wat groter stabiel kwantumsysteem (proton of neutron) in superpositie.

De theorie van de quantum chromodynamics (QCD) beschrijft regels voor de ‘sterke kernkracht’ die passen in de deeltjesfysica. QCD gebruikt daarbij macroscopische voorstellingen van verspringende deeltjes. Je kunt het echter ook zien als verspringende relaties of een superpositie van relaties. In QCD moet de optelsom van kleuren neutraal zijn. Dat is te vergelijken met de som van de zes lineaire vrijheidsgraden die samen neutraal zijn. Zie paragraaf 6.17 over strong force en QCD.

Het elektron
Wanneer een punt (‘deeltje’) in een neutraal veld drie posities, waarvan twee op dezelfde dimensie, met een extra verstrengeling heeft, heb je weer iets anders: een elektron. Een elektron kan informatie ongehinderd delen naar twee richtingen binnen één dimensie en naar één richting van een andere dimensie. Het bevindt zich in een (half) tweedimensionaal vlak. Dat kan ook een (halve) tweedimensionale schil zijn, zoals bij een schil rond een atoomkern.  Omdat dimensies op kwantumniveau primitief en plastisch zijn, kunnen vlakken tot schillen getrokken worden.

Een elektron is een constructie drie van verstrengelingen. Dit is ook op te vatten als een combinatie van drie fotonen waarvan twee op eenzelfde en één op een andere dimensie.

Een vrij elektron kan in een magnetisch veld gemakkelijk bewegen. Dat gaat als volgt. Omdat in een magnetisch veld de fotonen allemaal op dezelfde wijze georiënteerd zijn, is de kans zeer groot dat het elektron bij uitwisseling met deze fotonen in dezelfde oriëntatie terecht komt. Gewoon, omdat het elektron twee verstrengelingen op eenzelfde dimensie heeft, maakt dat de waarschijnlijkheid het grootst dat het elektron de oriëntatie van de fotonen gaat overnemen. En zodra het deze oriëntatie heeft blijft het daarin, omdat dat opnieuw het meest waarschijnlijk is bij uitwisseling. De derde verstrengeling van het elektron blijft onberoerd, omdat daar te weinig uitwisselingsopties voor zijn. Zodra het elektron en de fotonen dezelfde oriëntatie hebben kunnen ze met de hoogst mogelijke snelheid uitwisselen. Het elektron kan zich nu bij gunstige omgevingscondities snel verplaatsen.

In een veld met willekeurig georiënteerde fotonen bewegen vrije elektronen van elkaar af door competitie op de fotonen waarmee ze uitwisselen.

Binnen een atoom vormen elektronen ideale partners voor protonen, omdat ze complementair zijn in hun voorkeur voor de oriëntatie van fotonen die hen omgeven. In macroscopische termen heet dat ‘lading’. In termen van relatiefysica gaat het gewoon om de meest waarschijnlijke opties. Vrije deeltjes met complementaire voorkeuren voor fotonen bewegen naar elkaar toe. Zie verderop.

Een elektron dat gebonden is aan een atoomkern heeft een bepaalde afstand tot die kern. Wanneer deze afstandsverstrengeling een foton, dus extra informatie, absorbeert springt het elektron naar een hogere baan. Bij emissie/creatie van een foton gebeurt het omgekeerde.

De up quark en down quark
De grotere ‘massa’ die we – in klassieke termen – van de quarks kennen past bij een grotere complexiteit van samenhangende informatie. Een ander kenmerk van quarks is dat ze nooit als individuele, geïsoleerde deeltjes voorkomen. Ze zijn alleen bekend in samenstellingen met gluonen en/of andere quarks. Daar zal wel een bijzondere reden voor zijn. Mogelijk is dat de aanwezigheid van gecombineerde dimensies; een tussenvorm van dimensies. Quarks vormen bijvoorbeeld samen met gluonen de zeer stabiele protonen en neutronen. Die grote stabiliteit zou wel eens een gevolg van de unieke onderlinge verstrengeling doormiddel van de gecombineerde dimensies kunnen zijn. Unieke verstrengelingen bieden weinig opties voor verandering. Een kleinere kans op verandering betekent een grotere stabiliteit. Deze grote stabiliteit heet in klassieke termen strong nuclear force, of strong force (paragraaf 6.17).

Aan quarks wordt ‘lading’ toegeschreven. De lading van een quark kan echter alleen indirect afgeleid worden, omdat we geen geïsoleerde quarks kennen. Bij een relatie interpretatie kan voor quarks in samenstellingen, net als voor elektronen, beschreven worden hoe een constructie leidt tot een bepaald gedrag door (interactie met sets vanuit) de omgeving. Zie ook paragraaf 6.5 over lading en elektromagnetische kracht.

Bekijk in onderstaand model voor de relatiefysica de toenemende complexiteit beginnend bij het foton, via gluon, neutrino en elektron naar quarks en verder. Die toenemende complexiteit komt overeen met een toenemende massa in het standaardmodel van de deeltjesfysica. Bekijk ook de gecombineerde dimensies die unieke verstrengelingen tussen quarks en gluonen mogelijk maken.

Het W boson en Z boson
De nog weer grotere ‘massa’ die we kennen van W en Z bosonen past bij een nog weer grotere complexiteit in het model voor relatiefysica. Bovendien zijn bosonen antideeltjes van zichzelf. We zullen zien dat ze geen richting van tijd kennen. Aan ontwikkelingen van bosonen is geen richting te herkennen.

Het W en Z boson zijn bekend als zeer instabiele, vluchtige ‘deeltjes’. Ze veranderen gemakkelijk. Deze eigenschap maakt ze tot een tussenstadium in veranderprocessen van fermionen.

Het Higgs boson
Het Higgs boson is nog grotendeels een mysterie. Het is het ‘zwaarste’ deeltje dat we kennen. Daarom heeft het de grootste complexiteit gekregen in het model voor de relatiefysica. Ook hier gaat het om een boson dat een antideeltje is van zichzelf.

Model voor de relatiefysica

Grafische weergave van elementaire deeltjes als combinaties van verstrengelingen: sets

Toelichting bij de figuur:

• In de figuur staan relaties = verstrengelingen = superpositie = kansverdeling centraal
• De dunne lijnen staan voor een relatie/superpositie met het neutrale veld. Deze informatie is door voortdurende herverdeling zeer gelijkmatig verdeeld en daardoor ‘onzichtbaar’.
• De spoelvormige delen verbeelden de extra verstrengelde informatie (overlap) met de buren. Het zijn kansverdelingen. Deze extra informatie wordt herverdeeld bij een collaps; het ‘point of no return’.
• Het verschil tussen de dunne en de spoelvormige lijnen is niet absoluut. Het is het verschil tussen bijna ongehinderd delen van informatie en een veel kleinere kans op herverveling.
• De assen zijn bewust niet afgebeeld als x-, y- en z-assen die loodrecht op elkaar staan. Ze zijn slechts bedoeld om aan te geven dat het om verschillende vrijheidsgraden gaat.
• Het kruispunt van de lijnen moet ook weer gezien worden als een mix van informatie die zich in superpositie bevindt.
• Links staat materie, rechts antimaterie. De bosonen in het midden zijn hun eigen antideeltje.
• De neutrale set is nog niet opgenomen in dit model. Deze moet gepositioneerd worden tussen het gluton en het W boson.
• De complexiteit neemt toe van boven naar beneden. Bedenk dat dat ook geldt voor de massa van de deeltjes. En dat is niet toevallig. Zie paragraaf 6.1 over massa en zwaartekracht.
• Ook lading is af te leiden uit de figuur. Zie hiervoor de tekst over lading en EM-kracht (6.5).
• Het standaard model van de deeltjesfysica kent geen deeltje dat afstand in ruimtetijd beschrijft. In dit model voor de relatiefysica is wel een ‘neutrale set’, een informatiedrager voor ruimtetijd, opgenomen.
• De 2^e en 3^e generatie fermionen horen niet in dit model thuis. Dit wordt toegelicht in paragraaf 6.24.

Vraag aan de lezer: Wat vind je van de eenvoud van dit model in vergelijking tot het model van de deeltjesfysica?