Jan V*n Meensel
28th November 2016, 20:31
Zat Einstein ernaast, toen hij beweerde dat de lichtsnelheid constant is? Sommige onderzoekers trekken de onveranderlijkheid van de lichtsnelheid al jaren in vraag, maar nu kan het ook getest worden.
De lichtsnelheid is zowat de meest fundamentele constante in de fysica. Tal van natuurkundige wetten zijn erop gebaseerd. Maar de veronderstelling dat de snelheid van het licht in een vacuüm altijd dezelfde is - 299.792.458 meter per seconde - staat op de helling.
Al in de negentiende eeuw werd de lichtsnelheid in een vacuüm gemeten door vele fysici, en bleek ze telkens dezelfde waarde te hebben. Einstein besloot rond de eeuwwisseling dat de lichtsnelheid wel constant móést zijn. Als iets sneller kan bewegen dan het licht, zo redeneerde hij, zouden er fundamentele natuurkundige wetten gebroken worden. In 1905 baseerde hij zijn speciale relativiteitstheorie op die veronderstelling.
Horizonprobleem
In de eeuw die daarop volgde, werd aangetoond dat elke conclusie die Einstein trok correct was. Maar wat als zijn veronderstelling van een constante lichtsnelheid om te beginnen al niet correct was? Die vraag droeg João Magueijo van Imperial College in Londen aan in 1998.
Volgens hem was de lichtsnelheid mogelijk niet altijd dezelfde. Dat zou het zogenoemde horizonprobleem kunnen verklaren, een van de grootste natuurkundige problemen die nog niet zijn opgelost. Nog niemand is erin geslaagd aan te tonen hoe het komt dat het heelal een uniforme temperatuur bereikte, lang voordat warmteverspreidende lichtdeeltjes - die met een constante snelheid reizen - de tijd hadden om alle hoeken van het uitdeinende heelal te bereiken.
Testbare hypothese
De meest gangbare verklaring voor het horizonprobleem is de inflatietheorie. Die stelt dat het temperatuurevenwicht na de oerknal snel bereikt werd toen het heelal nog kleiner was, en dat daarna een korte periode van snelle uitbreiding volgde. Maar voor vele natuurkundigen is die theorie maar moeilijk te aanvaarden, vooral omdat niemand kan verklaren waarom de inflatie begon en waarom ze stopte.
Om het probleem te kunnen verklaren, moeten we de constante lichtsnelheid in vraag durven stellen, vindt Magueijo. Tot dusver kregen zijn theorieën weinig aandacht, maar dat verandert nu. Vandaag is in het vakblad Physical Review een studie verschenen waarin hij samen met Niayesh Afshordi van het Perimeter Institute een testbare hypothese voorstelt.
De wetenschappers stellen dat licht en zwaartekracht in het vroegste stadium van het heelal met andere snelheden bewogen. Als lichtdeeltjes zich sneller verplaatsten dan de zwaartekracht, hadden ze genoeg tijd om alle uithoeken van het heelal te bereiken en het temperatuurevenwicht tot stand te brengen.
Gevolgen
Hoe kan dit nu getest worden? De theorie van Magueijo houdt een voorspelling in over de kosmische achtergrondstraling (CMB), de warmtestraling die werd uitgezonden na de oerknal. Restanten van die straling zijn overal in het heelal te vinden, en de CMB is vandaag dus nog steeds meetbaar. Volgens de hypothese moet de CMB de verandering in de snelheid van het licht en de zwaartekracht weerspiegelen. De natuurkundigen stellen dat er op een bepaald punt in de geschiedenis een abrupte verandering plaatsvond, waardoor de verhouding tussen de snelheden van het licht en de zwaartekracht plots naar oneindig ging.
Zo konden de onderzoekers een specifieke waarde berekenen voor de spectrale index, die de verschillen in dichtheid in het vroege heelal beschrijft. Die waarde bedraagt volgens hen 0,96478. Dat ligt zeer dicht bij de meest recente waarde die bepaald werd op basis van satellietmetingen: 0,968.
Als toekomstige metingen van de CMB een andere spectrale index aantonen, betekent dat dat de lichtsnelheid constant is en dat de theorie van Magueijo en Afshordi in de prullenmand kan. "Dat zou geweldig zijn", zegt Margueijo aan New Scientist. "Dan kunnen we een hele reeks theorieën uitsluiten."
Maar wat als de lichtsnelheid inderdaad niet constant is? Veel van de huidige natuurkundige theorieën zijn gebaseerd op die veronderstelling. Volgens Margueijo kan de impact van hun theorie groot zijn, en kan ze bijvoorbeeld leiden tot een aanpassing van Einsteins zwaartekrachttheorie.
Bron: http://www.demorgen.be/wetenschap/deze-nieuwe-theorie-daagt-einstein-uit-was-hij-toch-mis-over-de-lichtsnelheid-b2778c25/ gevonden in 'De Morgen' op 28/11/2016 om 20:18
Eigen mening: Ik vind dit persoonlijk één van de amusantste artikelreeks van de laatste jaren. Op dit moment staan wij op een kantelpunt in de fysische wetenschap. Wat al decennia als algemeen juist werd beschouwd kan nu van de ene dag op de andere in vraag gesteld worden en zelfs misschien ontkracht worden door nieuwe verschijnselen en nauwkeurigere methodes. Dit zegt veel over de intelligentie en de waarheid van de mens.
Nu zelfs Einstein's theorie over lichtsnelheid op de helling staat zal er hier nog veel over geschreven en nagedacht worden. Een paar jaar geleden waren er al metingen van deeltjes die sneller dan licht verplaatsten. Dat was al groots nieuws. Maar als straks de lichtsnelheid niet meer als een constante mag beschouwd worden zal dit terug voor een heruitgave van veel fysicaboeken worden. Maar persoonlijk denk ik niet dat veel studenten die beginnende fysica krijgen daarvan wakker moeten liggen...
De lichtsnelheid is zowat de meest fundamentele constante in de fysica. Tal van natuurkundige wetten zijn erop gebaseerd. Maar de veronderstelling dat de snelheid van het licht in een vacuüm altijd dezelfde is - 299.792.458 meter per seconde - staat op de helling.
Al in de negentiende eeuw werd de lichtsnelheid in een vacuüm gemeten door vele fysici, en bleek ze telkens dezelfde waarde te hebben. Einstein besloot rond de eeuwwisseling dat de lichtsnelheid wel constant móést zijn. Als iets sneller kan bewegen dan het licht, zo redeneerde hij, zouden er fundamentele natuurkundige wetten gebroken worden. In 1905 baseerde hij zijn speciale relativiteitstheorie op die veronderstelling.
Horizonprobleem
In de eeuw die daarop volgde, werd aangetoond dat elke conclusie die Einstein trok correct was. Maar wat als zijn veronderstelling van een constante lichtsnelheid om te beginnen al niet correct was? Die vraag droeg João Magueijo van Imperial College in Londen aan in 1998.
Volgens hem was de lichtsnelheid mogelijk niet altijd dezelfde. Dat zou het zogenoemde horizonprobleem kunnen verklaren, een van de grootste natuurkundige problemen die nog niet zijn opgelost. Nog niemand is erin geslaagd aan te tonen hoe het komt dat het heelal een uniforme temperatuur bereikte, lang voordat warmteverspreidende lichtdeeltjes - die met een constante snelheid reizen - de tijd hadden om alle hoeken van het uitdeinende heelal te bereiken.
Testbare hypothese
De meest gangbare verklaring voor het horizonprobleem is de inflatietheorie. Die stelt dat het temperatuurevenwicht na de oerknal snel bereikt werd toen het heelal nog kleiner was, en dat daarna een korte periode van snelle uitbreiding volgde. Maar voor vele natuurkundigen is die theorie maar moeilijk te aanvaarden, vooral omdat niemand kan verklaren waarom de inflatie begon en waarom ze stopte.
Om het probleem te kunnen verklaren, moeten we de constante lichtsnelheid in vraag durven stellen, vindt Magueijo. Tot dusver kregen zijn theorieën weinig aandacht, maar dat verandert nu. Vandaag is in het vakblad Physical Review een studie verschenen waarin hij samen met Niayesh Afshordi van het Perimeter Institute een testbare hypothese voorstelt.
De wetenschappers stellen dat licht en zwaartekracht in het vroegste stadium van het heelal met andere snelheden bewogen. Als lichtdeeltjes zich sneller verplaatsten dan de zwaartekracht, hadden ze genoeg tijd om alle uithoeken van het heelal te bereiken en het temperatuurevenwicht tot stand te brengen.
Gevolgen
Hoe kan dit nu getest worden? De theorie van Magueijo houdt een voorspelling in over de kosmische achtergrondstraling (CMB), de warmtestraling die werd uitgezonden na de oerknal. Restanten van die straling zijn overal in het heelal te vinden, en de CMB is vandaag dus nog steeds meetbaar. Volgens de hypothese moet de CMB de verandering in de snelheid van het licht en de zwaartekracht weerspiegelen. De natuurkundigen stellen dat er op een bepaald punt in de geschiedenis een abrupte verandering plaatsvond, waardoor de verhouding tussen de snelheden van het licht en de zwaartekracht plots naar oneindig ging.
Zo konden de onderzoekers een specifieke waarde berekenen voor de spectrale index, die de verschillen in dichtheid in het vroege heelal beschrijft. Die waarde bedraagt volgens hen 0,96478. Dat ligt zeer dicht bij de meest recente waarde die bepaald werd op basis van satellietmetingen: 0,968.
Als toekomstige metingen van de CMB een andere spectrale index aantonen, betekent dat dat de lichtsnelheid constant is en dat de theorie van Magueijo en Afshordi in de prullenmand kan. "Dat zou geweldig zijn", zegt Margueijo aan New Scientist. "Dan kunnen we een hele reeks theorieën uitsluiten."
Maar wat als de lichtsnelheid inderdaad niet constant is? Veel van de huidige natuurkundige theorieën zijn gebaseerd op die veronderstelling. Volgens Margueijo kan de impact van hun theorie groot zijn, en kan ze bijvoorbeeld leiden tot een aanpassing van Einsteins zwaartekrachttheorie.
Bron: http://www.demorgen.be/wetenschap/deze-nieuwe-theorie-daagt-einstein-uit-was-hij-toch-mis-over-de-lichtsnelheid-b2778c25/ gevonden in 'De Morgen' op 28/11/2016 om 20:18
Eigen mening: Ik vind dit persoonlijk één van de amusantste artikelreeks van de laatste jaren. Op dit moment staan wij op een kantelpunt in de fysische wetenschap. Wat al decennia als algemeen juist werd beschouwd kan nu van de ene dag op de andere in vraag gesteld worden en zelfs misschien ontkracht worden door nieuwe verschijnselen en nauwkeurigere methodes. Dit zegt veel over de intelligentie en de waarheid van de mens.
Nu zelfs Einstein's theorie over lichtsnelheid op de helling staat zal er hier nog veel over geschreven en nagedacht worden. Een paar jaar geleden waren er al metingen van deeltjes die sneller dan licht verplaatsten. Dat was al groots nieuws. Maar als straks de lichtsnelheid niet meer als een constante mag beschouwd worden zal dit terug voor een heruitgave van veel fysicaboeken worden. Maar persoonlijk denk ik niet dat veel studenten die beginnende fysica krijgen daarvan wakker moeten liggen...