Na de oerknal was de lichtsnelheid een stuk hoger dan nu, zo stellen controversiële theorieën. Twee natuurkundigen denken een manier te hebben gevonden om dat aan te tonen.
Als er één ding is binnen de natuurkunde waar je van op aankunt, dan is het wel de lichtsnelheid. Die is altijd en voor iedereen 300.000 kilometer per seconde, zo bedacht Albert Einstein begin twintigste eeuw – en sindsdien is niemand erin geslaagd die regel onderuit te halen. Dat wil niet zeggen dat het niet wordt geprobeerd. Om de zoveel tijd duikt er een theorie op met als uitgangspunt dat de lichtsnelheid toch kan variëren. Alleen: dat soort theorieën werden nooit mainstream omdat er geen bewijs voor óf tegen te vinden was.
Maar dat laatste zou weleens kunnen veranderen. Eén klasse theorieën waarin de lichtsnelheid niet altijd hetzelfde was, doet volgens natuurkundigen João Magueijo en Niayesh Afshordi namelijk wel degelijk voorspellingen die experimenteel kunnen worden gecheckt.
Extreme groeispurt
Allereerst de vraag waarom je überhaupt de lichtsnelheid variabel zou maken. Het gegeven dat de lichtsnelheid constant is, is een hoeksteen van Einsteins relativiteitstheorie. Dat wil zeggen dat ons hele begrip van hoe zwaartekracht werkt (massa vervormt ruimte en tijd, de kromming van ruimte en tijd bepaalt hoe massa beweegt) op deze aanname is gestoeld.
Maar hoewel de relativiteitstheorie tot nu toe prima functioneert, zijn er wel een paar dingen in ons heelal die natuur- en sterrenkundigen niet lekker zitten. Zoals het gegeven dat het universum overal grofweg dezelfde temperatuur heeft, in welke richting je ook kijkt. En dat is gek. De gebieden die nu het verst van elkaar vandaan staan aan de hemel hebben namelijk nooit met elkaar in contact gestaan, ook niet vlak na de oerknal, toen alles veel dichter bij elkaar zat. Maar als ze nooit met elkaar in contact hebben gestaan, hebben ze ook nooit kans gehad om te ‘mengen’; om dezelfde temperatuur aan te nemen.
Dit probleem lossen kosmologen op door aan te nemen dat het heelal vlak na de oerknal héél even héél snel uitdijde; de zogenoemde inflatie. Gevolg hiervan is namelijk dat alles in het heelal zich voor deze extreme groeispurt wél dicht genoeg bij elkaar bevond om te mengen.
Alleen: bewijs is er niet voor inflatie. Vandaar dus dat avontuurlijk ingestelde natuurkundigen zich afvragen of het ook anders kan. En dan kun je bijvoorbeeld aannemen dat de lichtsnelheid vlak na de oerknal veel hoger was dan nu. Dat stelde de gebieden die in de ‘normale’ oerknaltheorie nooit met elkaar in contact stonden in staat om tóch met elkaar te communiceren. Die communicatie gaat dan namelijk niet meer met maximaal 300.000 kilometer per seconde, maar met een veelvoud daarvan. Snel genoeg om zonder inflatie toch alles dezelfde temperatuur te laten krijgen.
Concrete voorspellingen
Een van de natuurkundigen die kwamen met een variabele-lichtsnelheid-theorie (in het Engels variable speed of light, afgekort VSL), was de Portugees João Magueijo. Eind jaren negentig lanceerde hij – nota bene samen met Andreas Albrecht, een natuurkundige die eerder grote bijdragen aan de inflatietheorie had geleverd – zo’n theorie. Nu laat hij opnieuw van zich horen, samen met collega Niayesh Afshordi. Dit tweetal beweert namelijk dat uit bepaalde VSL-theorieën heel concrete voorspellingen volgen.
De voornaamste voorspelling hangt samen met het feit dat het vroege heelal allerlei gebiedjes kende waar de dichtheid net wat hoger was dan gemiddeld. Dat soort gebiedjes had je op kleine en op grotere schaal, vertelt Magueijo. ‘Kleine gebiedjes vormden de zaadjes van sterrenstelsels, terwijl grotere gebiedjes uitgroeiden tot hele clusters van sterrenstelsels.’ Hoeveel van die gebiedjes er waren op kleine, middelgrote, en grote schaal, ligt vast in een getalletje: de zogenoemde spectraalindex van het heelal, die is te bepalen uit het eerste licht dat het heelal uitzond, 380.000 jaar na de oerknal. En als je uitgaat van een variabele lichtsnelheid, kun je behoorlijk precies uitrekenen hoe groot die spectraalindex moet zijn: 0,96478.
De gemeten waarde van hetzelfde getal ligt daar behoorlijk dicht bij in de buurt, maar is nog niet precies genoeg bepaald om eraan te kunnen zien of ie nu echt strookt met de berekening van Magueijo en Afshordi. ‘Verbeterde waarnemingen zouden de theorie ondubbelzinnig kunnen bewijzen of van tafel kunnen vegen’, schrijven de twee in hun onlangs gepubliceerde artikel.
Terug naar de tekentafel
Helemaal waar is dat laatste niet. Je kunt een theorie nooit definitief bewijzen; op zijn best kun je claimen dat ie strookt met alle waarnemingen tot op dat moment. Er kan later altijd een experimenteel resultaat komen dat er niet mee strookt. En als dat resultaat overeind blijft, zul je met je theorie toch echt terug naar de tekentafel moeten.
Maar het is sowieso sterk dat de VSL-theorieën waar de berekening voor opgaat nu naar de prullenmand kunnen worden verwezen als de spectraalindex duidelijk boven of onder die magische waarde 0,96478 blijkt te liggen. Dat betekent dat we niet langer te maken hebben met ‘zomaar een ideetje’ waar je van alles van mag vinden, maar iets dat daadwerkelijk door andere wetenschappers kan worden weerlegd.
En wanneer kan dan de proef op de som worden genomen? ‘Dat zal zeker nog tot na 2020 duren’, zegt Magueijo. Dan moet namelijk een nieuw project van start gaan dat onder meer de spectraalindex met nooit vertoonde precisie gaat bepalen: CMB-S4, een samenwerking van telescopen op de zuidpool, in Chili en misschien ook op het noordelijk halfrond. En dan blijkt wellicht dat de lichtsnelheid toch niet zo vastgenageld zit op 300.000 kilometer per seconde als Einstein dacht – en met hem het gros van zijn collega’s sinds begin twintigste eeuw.
Bronnen: Physical Review D, ArXiv.org, Imperial College London via Phys.org, The Guardian
Beeld: FreeImages.com/interact images
