Wetenschappers die denken dat de lichtsnelheid – in tegenstelling tot wat Einstein beweerde – niet constant is, verwachten hun theorie binnenkort te kunnen toetsen.

Einstein stelde dat de snelheid van het licht altijd – in elke situatie – hetzelfde is. De aanname dat de lichtsnelheid constant is, ligt ten grondslag aan tal van theorieën in de natuurkunde, waaronder Einsteins eigen algemene relativiteitstheorie.

Niet constant
Maar is de snelheid van het licht wel altijd hetzelfde? Sommige onderzoekers kunnen het zich niet voorstellen en suggereren dat het licht in de beginjaren van het universum sneller bewoog. Enige tijd was het het woord van deze onderzoekers tegen dat van Einstein. Maar nu denken de onderzoekers hun theorie – de lichtsnelheid is niet constant – te kunnen toetsen. Zou Einstein dan eindelijk eens geen gelijk blijken te hebben?

Toetsen
Maar hoe denken de onderzoekers hun theorie dan precies te gaan toetsen? Structuren in het universum – zoals sterrenstelsels – zijn ontstaan door toedoen van fluctuaties – verschillen in dichtheid – in het jonge universum. Volgens de onderzoekers werden die fluctuaties beïnvloed door een variërende lichtsnelheid in het jonge universum. Het mooie is dat die fluctuaties vandaag de dag nog steeds bestaan en wel in de vorm van een spectrale index die deel uitmaakt van de kosmische achtergrondstraling. Die spectrale index is een getal dat – naarmate er meer onderzoek wordt gedaan – steeds preciezer wordt. Op dit moment is het 0,968. De onderzoekers die denken dat de lichtsnelheid niet altijd constant is, hebben nu met behulp van een model uitgerekend welk getal er in dat geval aan de spectrale index moet worden gehangen. Ze komen uit op 0,96478. “De theorie die we voor het eerst aan het eind van de jaren negentig voorstelden, is volwassen aan het worden en heeft geleid tot een toetsbare voorspelling,” stelt onderzoeker João Magueijo.

“Als de voorspelling klopt, betekent het dat de natuurwetten niet altijd zo waren als ze nu zijn”

Natuurwetten
“Als observaties in de nabije toekomst ontdekken dat dit getal (0,96478, red.) accuraat is, kan het leiden tot een aanpassing van Einsteins zwaartekrachtstheorie. Het idee dat de snelheid van het licht niet constant is, was – toen we het voor het eerst voorstelden – vrij radicaal, maar met deze voorspelling is de theorie werkelijk te toetsen. Als de voorspelling klopt, betekent het dat de natuurwetten niet altijd zo waren als ze nu zijn.”

Als de lichtsnelheid inderdaad niet constant is, dan lost dat het ‘horizonprobleem’ op. Dat probleem is het best uit te leggen aan de hand van een voorbeeld. Stel: je hebt een flinke kamer met aan weerszijden een radiator en je wilt dat elk deel van die kamer even warm is. Dan zal de warmte van elke radiator eerst naar de andere kant van de kamer moeten reizen en zich moeten mengen met de warmte van die andere radiator. Dan pas is de temperatuur in elk deel van de kamer even hoog. Op dezelfde wijze moet het licht in het universum naar de randen van dat universum reizen om elk deel van het universum op dezelfde wijze te beïnvloeden. Het homogene karakter van het universum suggereert dat dat ook gebeurd is. Alleen is er één probleem: het universum is zo groot dat het licht met de huidige snelheid nog niet in staat kan zijn geweest om de randen van het universum te bereiken. Door te stellen dat het licht in het jonge universum een hogere snelheid had, wordt dat probleem opgelost. Een alternatieve – en wat gangbaardere – theorie voor het horizonprobleem is inflatie. Volgens deze theorie werd het universum toen het nog vrij klein was al homogeen en breidde het zich daarna pas sterk uit.