Vlak na de oerknal moeten de omstandigheden zo extreem zijn geweest dat de lichtsnelheid geen grens kende, is een theorie

Een dikke eeuw geleden achten de natuurkundigen af, op een paar dingetjes na. Nu lijkt de natuurkunde klap op klap te moeten incasseren. Is net de zwaartekracht-theorie op scherp gezet of er wordt gemorreld aan de grenzen van de lichtsnelheid. De inflatietheorie is niet de enig mogelijke verklaring voor de opmerkelijke gelijkmatige temperatuur van de kosmische achtergrondstraling. Een niet eens zo nieuwe theorie gaat uit van een veel grotere lichtsnelheid dan nu op het moment van de oerknal. Nu geven de bedenkers daarvan ook aan hoe die theorie te toetsen is. Het moet toch niet gekker worden?
De lichtheid zou in het prille begin van het heelal veel groter zijn geweest dan de berekende constante van nu. João Magueijo van het Imperial College in Londen en Niayesh Afshordi van de universiteit van Waterloo (Can) stellen dat de lichtsnelheid destijds nagenoeg onbegrensd was en de temperatuur van de kosmos onuitspreekbaar hoog.
Magueijo is al sedert de jaren 90 bezig met het ontwikkelen van die theorie, maar in het pas verschenen artikel schrijft hij nu hoe je die veronderstelling kunt testen.
De lichtsnelheid in vacuüm wordt beschouwd als een constante. Dankzij Einsteins theorie van de algemene relativiteit werd die snelheid honderd jaar geleden vastgesteld op iets meer dan eenmiljard km/u. Die theorie van Einstein wordt beschouwd als een van de hoekstenen van de moderne natuurkunde, maar er waren problemen met de lichtconstante als je het ontstaan van het heelal en de huidige toestand daarvan wilde verklaren, onder meer met betrekking tot de kosmische achtergrondstraling.

Magueijo en Afshordi kwamen met een verklaring waarom het heelal er overal ongeveer hetzelfde uitziet. Zo is de kosmische achtergrondstraling overal in het zichtbare heelal hetzelfde. Die huidige uniformiteit zou alleen te verklaren zijn als de lichtstralen elke uithoek van de kosmos hebben kunnen bereiken. Zo niet, dan zouden sommige delen van het heelal kouder en dichter gepakt zijn dan andere. Die eenmiljard km per uur lijkt enorm (en is het ook), maar die snelheid is toch veel te gering om die uniformiteit in het heelal te bewerkstelligen sedert zijn ontstaan.

Inflatie

Om dat probleem te ondervangen bedachten ruimteonderzoekers zoals Stephen Hawking de inflatietheorie. Het heelal zou bij zijn ontstaan in een uiterst korte tijd gigantisch zijn uitgebreid. Daarbij zou de temperatuur zijn geëgaliseerd voordat de kosmos explodeerde tot zijn gigantische omvang. Hard bewijs voor die theorie is er niet. En dan nog, als die klopt waardoor ontstond die gigantische expansie en waardoor is die weer gestopt?
Magueijo en Afshordi hebben het niet over inflatie. Bij hun heeft licht een veranderlijke snelheid. Volgens hun berekeningen was de temperatuur van het heelal aanvankelijk zo immens dat het licht en andere deeltjes met een oneindige snelheid voortraasden. Zo kon het licht de grenzen van het universum bereiken en kon het heelal zich ontwikkelen tot het uniforme systeem dat het nu is. Afshordi: “In onze theorie heerst er in het begin van het heelal een temperatuur die alles sneller maakt. De lichtsnelheid gaat dan naar het oneindige en beweegt veel sneller dan de zwaartekracht. Het is een faseovergang net zoals water verandert in stoom.”
Wetenschappers zouden kunnen bepalen of het licht inderdaad veel sneller reisde dan de zwaartekracht. De theorie voorspelt namelijk een duidelijk patroon in de dichtheidsvariaties van het vroege heelal (de zogeheten spectraalindex). De beide onderzoekers voorspellen nauwkeurig een spectraalindex van 0,96478, wat vrij dicht in de buurt is van de laatste, ruwe meting: 0,968.

Theorie

Of de theorie klopt val niet te bewijzen, maar Afshordi stelt dat als de metingen van spectraalindex zich de komende vijf jaar van hun voorspelling verwijderen, dat inhoudt dat hun theorie niet klopt. “Als we gelijk hebben dan is de inflatie een misvatting, maar het probleem met de inflatie is dat je die kunt bijschaven tot die weer past.”
Kosmoloog David Marsh van de universiteit van Cambridge wil de inflatietheorie niet meteen opgeven. “De voorspellingen van Stephen Hawking en anderen van dertig jaar geleden zijn getoetst aan waarnemingen en dat klopt opmerkelijk goed. Veel onderzoekers beschouwen inflatie als een eenvoudige en elegante verklaring van het ontstaan van de sterrenstelsels in het heelal. Het blijft te bezien hoe hard de voorspellingen zijn als alle theorie wordt begrepen.”

Bronnen: Futura-Sciences, New Scientist