Als je wilt weten hoe de wereld in elkaar zit, is vertrouwen op je zintuigen niet genoeg. Neem elektromagnetische straling. Sommige vormen zie je, en die noemen we licht. Maar wordt de frequentie te hoog of te laag, dan ontgaan de stralen je volledig. Toch gebruik je zulke straling dagelijks, voor je wifi-, radio-, en bluetoothverbindingen, om maar iets te noemen. Dus je kunt niet ontkennen dat die onzichtbare straling echt bestaat. 

Straling gedraagt zich als een stroom deeltjes. En als golven. Maar dat kan toch zeker niet tegelijk waar zijn? En wat golft er dan eigenlijk? Pas als je je van dat soort vragen niets aantrekt, en gewoon gaat rekenen, kom je verder in de natuurkunde. Alles mag, zolang je rekenwerk maar voorspellingen oplevert die in de echte wereld getoetst kunnen worden. Met waarnemingen, door mensen. Die daar meestal machines voor nodig zullen hebben om hun eigen schamele zintuigen aan te vullen.

Voor een mens blijft het onvoorstelbaar, maar wiskundig gezien lukt het inmiddels prima om het deeltjes- en het golfkarakter van straling te laten samengaan: in de kwantummechanica (het mag ook met een q), de leer die de bewegingen van het onzichtbaar kleine beschrijft. 

De fundamenten van de kwantummechanica zijn al meer dan honderd jaar oud, en sindsdien is er veel gebeurd in de natuurkunde. Dat heeft in de tweede helft van de vorige eeuw geleid tot het optuigen van het standaardmodel van de deeltjesfysica, waarin de deeltjes en krachten worden beschreven waaruit het heelal bestaat - behalve de zwaartekracht. Die elementaire deeltjes zouden dan de kleinste bouwstenen zijn.

Het standaardmodel is een enorm succes gebleken, want het heeft veel experimentele uitkomsten met bijvoorbeeld deeltjesversnellers goed voorspeld. Maar het omvat een hele dierentuin van verschillende deeltjes, dat is eigenlijk onbevredigend. En dan is er nog het probleem van die zwaartekracht, plus een paar andere onverklaarde observaties. Het is duidelijk dat de theorie niet compleet is. Zou er niet nog een dieper niveau zijn, een onderliggend stelsel dat kan verklaren waarom die deeltjes en krachten zijn zoals ze zijn?

De jacht op een alternatief model, een theorie van alles, is al een tijd gaande, en dat heeft allerlei verschillende kandidaat-theorieën opgeleverd, de ene nog exotischer dan de andere. Maar allemaal barsten ze van de wiskunde. De snaartheorie gaat er bijvoorbeeld van uit dat er meer dimensies in de ruimtetijd zijn dan de drie ruimtedimensies en de tijd die wij kunnen waarnemen. Menselijk gezien niet echt voor te stellen, wiskundig geen enkel probleem.

Miranda Cheng, een onafhankelijke geest die verrassende verbindingen weet te leggen tussen abstracte wiskunde en de natuurkunde van de fysieke wereld, draait haar hand niet om voor een variant van de snaartheorie met 26 dimensies. Want dat is het aantal waarmee ze twee gebieden van de wiskunde met elkaar kan verbinden die ogenschijnlijk niets met elkaar te maken hebben.

Dat klinkt enorm abstract, en dat is het ook. Wie een poging wil wagen er meer van te begrijpen, kan om te beginnen natuurlijk kijken naar aflevering 4 van Grote vragen. Maar we moeten eerlijk zijn: voor echt inzicht zul je dieper moeten graven. Je zou bijvoorbeeld dit pittige artikel in Quanta Magazine kunnen lezen, waarin werk van Miranda Cheng in perspectief wordt geplaatst.