Maandag 18/01/2021

Heeft Einstein zich vergist?

Een team van Australische wetenschappers oppert de hypothese dat de lichtsnelheid (300.000 kilometer per seconde) niet constant is en zou afnemen. Daarmee stellen zij een van de bekendste wetten van de moderne fysica, de relativiteitstheorie van Albert Einstein, in vraag. Het team, geleid door de fysicus Paul Davies van de Macquarie-universiteit van Sydney, publiceerde deze week een artikel in het prestigieuze tijdschrift Nature waarin zij hun sensationele theorie ontvouwen. Als de theorie klopt, dan zouden de wetenschappers hun fundamentele opvattingen over de wetten van het universum moeten herdenken. Ook de sciencefiction, die al bijna honderd jaar gefascineerd is door de droom ooit sneller te kunnen reizen dan het licht, krijgt daardoor een nieuwe inspiratiebron.

Sydney

Reuters / eigen berichtgeving

Karl van den Broeck

'Als onze theorie klopt, dan moeten we de relativiteitstheorie begraven en de formule E=MC2 ook", zei Davies aan het persagentschap Reuters. E=MC2 is de formule waarin Einstein zijn theorie samenbalde. De 'C' staat voor de 'constante' lichtsnelheid. (E is energie en M is massa). "Dat wil niet zeggen dat we alle wetenschappelijke boeken in de vuilnisbak moeten gooien. Het hoort bij de vooruitgang van de wetenschap dat oude theorieën geïncorporeerd worden in nieuwe opvattingen."

Davies en astrofysici Tamara Davis en Charles Lineweaver van de universiteit van New South Wales, baseren zich op gegevens die verzameld werden door de astronoom John Webb en zijn student Michael Murphy. Die veroorzaakten heel wat opschudding toen ze ontdekten dat het licht van een quasar, een gigantisch sterachtig hemellichaam, het verkeerde type fotonen van interstellaire wolken had geabsorbeerd tijdens zijn twaalf miljard jaar durende 'reis' naar de aarde.

"Het licht van een quasar dat ons bereikt, is even lang onderweg als het universum oud is: verscheidene miljarden jaren. Het brengt informatie mee van wat het onderweg is tegengekomen", zegt Murphy aan de Australisch krant The Age. "Op zijn lange reis is het licht door gaswolken vol metalen gegaan. De fotonen in het licht (kleine pakketjes energie die de bouwstenen van het licht zijn, KvdB), reageren met de elektronen in die gaswolken. Dat laat vingerafdrukken achter op het licht en die kunnen wij onderzoeken wanneer dat licht de aarde bereikt."

Toen Webb en Murphy de structuur van die twaalf miljard jaar oude licht analyseerden, merkten ze dat die een beetje verschilde van het licht zoals we dat vandaag kennen. Davies zegt dat dat enkel kan worden verklaard als ofwel de lading van de elektronen (de 'E' in Einsteins formule) variabel is, ofwel als de lichtsnelheid ('C') onderweg veranderde.

"In beide gevallen zit je dan met een levensgroot probleem. Een rotsvaste natuurwet zegt dat de lading van een elektron niet kan veranderen en een andere, al even onwrikbare, natuurwet zegt dat de lichtsnelheid constant is", merkt Davies op.

Om uit te maken welke van de twee 'constanten' dan toch niet zo constant is als werd gedacht, nam het team van Davies zijn toevlucht tot Stephen Hawkings formules over zwarte gaten; mysterieuze hemellichamen die sterren en andere galactische verschijnselen opzuigen. Ze pasten ook een ander dogma van de fysica toe: de tweede wet van de thermodynamica, die door Davies als volgt wordt samengevat: "Je kunt niet iets krijgen uit niets." Met andere woorden: energie kan enkel van een warme naar een koude plek stromen. Dat is, in geval van het miljarden jaren oude licht, niet het geval. "Dat kon niet", zegt coauteur dr. Charley Lineweaver. "Dat zou hetzelfde zijn als een kop koffie die opwarmt terwijl hij op tafel staat."

Als de eerste verklaring ('E' is niet constant) niet klopt, dan restte Davies niets anders dan te concluderen dat de lichtsnelheid niet constant zou zijn.

Maar welke processen zijn aan het werk die zorgen dat de lichtsnelheid afneemt? Lineweaver: "Dat is het onderwerp voor wel duizenden studies. Een mogelijkheid is dat de structuur van het luchtledige in de ruimte veranderd is. Maar dan komen we op het geheimzinnige terrein van de kwantumfysica. Als licht door iets anders dan het luchtledige reist, zoals door glas of water, dan vertraagt het. Volgens de kwantumfysica is het heelal gevuld met 'virtuele' partikels die plots verdwijnen en verschijnen. Soms worden die partikels 'echt', zoals bij een sterke elektrische lading. Als het vacuüm van de ruimte op een uniforme wijze in het hele universum verandert, zoals het universum ook op een uniforme wijze uitdijt; dan zou dat gevolgen kunnen hebben voor de lichtsnelheid."

Er is meer onderzoek nodig naar het licht dat uit quasars komt, om definitief te kunnen besluiten of Webbs observaties correct zijn. Enkel wanneer die onomstotelijk bewezen zijn, wint de theorie van Davies en co. aan kracht. Maar zelfs dan betekent dat nog maar "de eerste deuk in het harnas van de relativiteitstheorie", zegt Davies zelf.

Ondertussen zijn de gevolgen van dit nieuwe, nog te bevestigen, inzicht even onduidelijk als de nog niet verkende diepten van het universum zelf. "Als een van de hoekstenen van de natuurkunde het begeeft, is het niet duidelijk waarop je nog kunt steunen en wat je voortaan mag negeren. Als dit het begin van een verschuiving in het paradigma van de natuurkunde is, zoals we een eeuw geleden zagen met de relativiteitstheorie en de kwantumfysica, dan zijn we nog lang niet aan het einde van ons Latijn."

Het zou echter ook kunnen dat een variabele lichtsnelheid enkel van belang is in de studie van grootschalige structuren in het heelal, of van de origine en de evolutie van dat heelal. Een variabele lichtsnelheid zou kunnen verklaren waarom twee delen van het universum die zeer ver van elkaar verwijderd zijn en geen causaal verband hebben toch zo sterk op elkaar lijken. Volgens de conventionele theorie zou er immers niet genoeg tijd zijn voor het licht (of andere krachten) om de afstand tussen beide delen af te leggen. Als de lichtsnelheid in het verleden (vlak na de Big Bang) hoger lag, dan kan die gelijkenis wel worden verklaard."

Er zouden ook verrassende implicaties kunnen zijn voor de manier waarop de mens in de toekomst de ruimte wil verkennen. "Er is immers de wet van Einstein die zegt dat niets sneller kan gaan dan de snelheid van het licht. Die vloeit voort uit de relativiteitstheorie. Niets kan dus sneller reizen dan 300.000 kilometer per seconde. Misschien is het mogelijk om die beperking te omzeilen. In dat geval zouden de fans van Star Trek wel erg in hun nopjes zijn. Als je uitgaat van de 'oude' theorie, dan zou het, zelfs bij lichtsnelheid, nog 100.000 jaar duren om van de ene kant van het zonnestelsel naar de andere kant te gaan. Dat is wel een beetje vervelend. Maar als de snelheidslimiet van het licht wegvalt, dan is alles mogelijk. De weddenschappen zijn open", besluit Davies.

Niet iedereen is zo enthousiast. Een andere Australische wetenschapper, David Blair, noemde de bevindingen van Davies en zijn team "very beautiful", maar hij was er niet van overtuigd dat de 'C' in Einsteins beroemde vergelijking veranderd is. "Zeker en vast niet. Dat soort sensationele theorieën hebben ook uitzonderlijk sterk bewijsmateriaal nodig. Er is meer onderzoek nodig, zegt de professor.

Vorige week won professor Davies de 2002 Michael Faraday Award, die wordt uitgereikt door de Royal Society in Londen, aan wetenschappers die hun best doen om het publieke debat over wetenschap en technologie te bevorderen. De publicatie van het artikel in Nature en het debat dat nu ongetwijfeld zal losbarsten, bewijzen alvast dat Davies die prijs meer dan verdiend heeft. Of hij ooit de Nobelprijs krijgt omdat hij de natuurkunde op zijn grondvesten heeft doen daveren, zal de toekomst moeten uitwijzen.

'Als deze theorie bevestigd wordt, dan moet de hele relativiteitstheorie opnieuw bekeken worden'

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234