Wetenschap
Krediet:Imperial College London
Wetenschappers achter een theorie dat de lichtsnelheid variabel is - en niet constant zoals Einstein suggereerde - hebben een voorspelling gedaan die kan worden getest.
Einstein merkte op dat de lichtsnelheid in elke situatie hetzelfde blijft, en dit betekende dat ruimte en tijd in verschillende situaties anders konden zijn.
De aanname dat de lichtsnelheid constant is, en altijd geweest, ondersteunt vele theorieën in de natuurkunde, zoals de algemene relativiteitstheorie van Einstein. Vooral, het speelt een rol in modellen van wat er gebeurde in het zeer vroege heelal, seconden na de oerknal.
Maar sommige onderzoekers hebben gesuggereerd dat de lichtsnelheid in dit vroege universum veel hoger had kunnen zijn. Nutsvoorzieningen, een van de grondleggers van deze theorie, Professor João Magueijo van Imperial College London, werken met Dr. Niayesh Afshordi aan het Perimeter Institute in Canada, heeft een voorspelling gedaan die kan worden gebruikt om de geldigheid van de theorie te testen.
Structuren in het universum, bijvoorbeeld sterrenstelsels, allemaal gevormd door fluctuaties in het vroege heelal - kleine verschillen in dichtheid van de ene regio naar de andere. Een verslag van deze vroege fluctuaties is afgedrukt op de kosmische microgolfachtergrond – een kaart van het oudste licht in het heelal – in de vorm van een 'spectrale index'.
Werkend met hun theorie dat de fluctuaties werden beïnvloed door een variërende lichtsnelheid in het vroege heelal, Professor Magueijo en Dr. Afshordi hebben nu een model gebruikt om een exact getal op de spectrale index te zetten. Het voorspelde cijfer en het model waarop het is gebaseerd, worden gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling D .
Kosmologen krijgen momenteel steeds nauwkeurigere metingen van dit cijfer, zodat die voorspelling binnenkort kan worden getest - ofwel het teammodel van het vroege universum bevestigend of uitsluitend. Hun cijfer is een zeer nauwkeurige 0,96478. Dit komt dicht in de buurt van de huidige schatting van de metingen van de kosmische microgolfachtergrond, wat het rond de 0,968 brengt, met enige foutenmarge.
RADICAL IDEE
Professor Magueijo zei:"De theorie, die we eind jaren negentig voor het eerst voorstelden, heeft nu een volwassenheidspunt bereikt - het heeft een toetsbare voorspelling opgeleverd. Als waarnemingen in de nabije toekomst dit aantal juist vinden, het zou kunnen leiden tot een wijziging van Einsteins zwaartekrachttheorie.
"Het idee dat de snelheid van het licht variabel zou kunnen zijn, was radicaal toen het voor het eerst werd voorgesteld, maar met een numerieke voorspelling, het wordt iets dat natuurkundigen echt kunnen testen. Als het waar is, het zou betekenen dat de natuurwetten niet altijd dezelfde waren als nu."
De testbaarheid van de theorie van de variërende snelheid van het licht onderscheidt het van de meer gangbare rivaliserende theorie:inflatie. Inflatie zegt dat het vroege heelal een extreem snelle expansiefase doormaakte, veel sneller dan de huidige uitdijing van het heelal.
HET HORIZON PROBLEEM
Deze theorieën zijn nodig om wat natuurkundigen het 'horizonprobleem' noemen te overwinnen. Het universum zoals we het vandaag zien, lijkt overal in grote lijnen hetzelfde te zijn, het heeft bijvoorbeeld een relatief homogene dichtheid.
Dit zou alleen waar kunnen zijn als alle regio's van het universum elkaar zouden kunnen beïnvloeden. Echter, als de lichtsnelheid altijd hetzelfde is geweest, dan is er niet genoeg tijd verstreken voordat het licht naar de rand van het heelal is gereisd, en 'even uit' de energie.
Als analogie, om een ruimte gelijkmatig op te warmen, de warme lucht van radiatoren aan beide uiteinden moet door de kamer reizen en volledig mengen. Het probleem voor het heelal is dat de 'kamer' – de waargenomen grootte van het heelal – te groot lijkt om dit in de tijd sinds het ontstaan te hebben kunnen gebeuren.
De theorie van de variërende lichtsnelheid suggereert dat de lichtsnelheid veel hoger was in het vroege heelal, waardoor de verre randen kunnen worden verbonden terwijl het universum uitdijde. De lichtsnelheid zou dan op een voorspelbare manier zijn gedaald naarmate de dichtheid van het universum veranderde. Deze variabiliteit leidde het team tot de vandaag gepubliceerde voorspelling.
De alternatieve theorie is inflatie, die dit probleem probeert op te lossen door te zeggen dat het zeer vroege universum gelijk werd terwijl het ongelooflijk klein was, en toen plotseling uitgebreid, met de uniformiteit die er al op staat. Hoewel dit betekent dat de snelheid van het licht en de andere natuurwetten zoals we die kennen behouden blijven, het vereist de uitvinding van een 'inflatieveld' - een reeks voorwaarden die alleen op dat moment bestonden.
'Kritische geometrie van een thermische oerknal' door Niayesh Afshordi en João Magueijo is gepubliceerd in Fysieke beoordeling D .
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com