Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Natuur- en sterrenkundigen bedenken de gekste dingen bij hun poging om de kosmos beter te begrijpen. In deze rubriek elke maand een mooi voorbeeld. Ditmaal: is er een hele wereld aan deeltjes die sneller bewegen dan het licht?
Je kunt nooit sneller reizen dan het licht, zo hoor je weleens. Mag niet van Einstein. 300.000 kilometer per seconde is volgens zijn speciale relativiteitstheorie de absolute bovengrens in dit universum. Dus als je naar een verre ster wil reizen, bereid je dan maar voor op reistijd van vele jaren.
Toch zou het kunnen dat er wel degelijk deeltjes zijn die Einsteins snelheidslimiet aan hun laars lappen, stelt een team van voornamelijk Poolse natuurkundigen in een nieuw wetenschappelijk artikel. Bovendien kun je een brug slaan tussen de wereld waarin alles langzamer dan de lichtsnelheid gaat – de onze dus – en de wereld waarin alles sneller dan het licht beweegt. Met als vreemde consequentie dat je dan ineens niet meer te maken hebt met drie ruimtelijke dimensies en één tijdsdimensie, maar met drie tijdsdimensies en een ruimtelijke. Eh, wat?
Meer Far Out:
Gekkigheidje
Even terug naar het begin. Waarom mogen we eigenlijk niet sneller dan het licht? Het probleem is dat hoe dichter je bij de lichtsnelheid komt, hoe meer energie je nodig hebt om nóg wat sneller te gaan. Wil je de lichtsnelheid zelf bereiken, dan kost je dat zelfs oneindig veel energie, zo blijkt uit de vergelijkingen van de speciale relativiteitstheorie. En als je de lichtsnelheid al niet kunt bereiken, kun je hem zeker niet passeren.
Waar je dan wel nog aan zou kunnen denken: wat als er deeltjes zijn die altijd al sneller dan het licht gingen? Die hebben te maken met het tegenovergestelde probleem. Zulke deeltjes zouden juist oneindig veel energie nodig hebben om te kunnen vertrágen tot de lichtsnelheid. En dus zijn ze gedoemd om altijd rond te vliegen met snelheden boven de 300.000 kilometer per seconde.
Wat natuurkundige Andrzej Dragan van de Poolse Universiteit van Warschau nu samen met vier collega’s heeft gedaan, is een manier vinden om van de ‘subluminale’ wereld – waar alle snelheden onder de lichtsnelheid liggen – naar de ‘superluminale’ wereld te gaan – waar alles juist sneller dan het licht gaat. Dat wil zeggen: wiskundig gezien. Er worden in het artikel van Dragan nergens daadwerkelijk deeltjes versneld of vertraagd voorbij de lichtsnelheid. De meer dan een eeuw oude barrière van Einstein blijft dus overeind. Maar volgens de onderzoekers kun je wel aannemen dat die superluminale wereld er ís, zonder dat je daarmee tegen allerlei problemen aanloopt.
Daar komt dan wel een ‘gekkigheidje’ bij kijken. Als je met de ‘Draganmethode’ van de ene kant van de lichtsnelheidsbarrière naar de andere gaat, blijken ruimtelijke dimensies (lengte, breedte, diepte) te veranderen in tijdsdimensies, en omgekeerd. Oftewel: ineens krijg je te maken met een wereld waarin je maar in één richting kunt bewegen en in drie verschillende richtingen ouder kunt worden. (Neem even de tijd voor een vergeefse poging je daar iets bij voor te stellen.)
Veldentheorieën
De grote vraag is alleen: kan wat Dragan en collega’s hier doen zomaar? “Wiskundig gezien wel”, zegt natuurkundige Frank Saueressig van de Radboud Universiteit Nijmegen, niet betrokken bij het onderzoek. “Maar of dat natuurkundig gezien echt ook iets betekent… Dat is erg controversieel.”
Toch is er één aspect aan het verhaal dat fysici de oren doet spitsen. Wil je een natuurkundig verschijnsel beschrijven op een manier die werkt voor zowel de wereld onder als die boven de lichtsnelheid, dan kom je er niet met ouderwetse middelbareschoolnatuurkunde. In plaats daarvan móét je je toevlucht nemen tot zogenoemde veldentheorieën. “Dat soort theorieën gebruiken we al heel veel binnen de natuurkunde”, zegt Saueressig. Bij zo’n veldentheorie is er sprake van een bepaald veld, een ‘iets’ dat de ruimte vult en op elk punt een bepaalde waarde heeft. Zo genereert een elektrisch geladen een elektrisch veld om zich heen, en een planeet een zwaartekrachtsveld. En de nieuwe studie van Dragan en collega’s lijkt het gebruik van dat soort veldentheorieën op een diepere manier te rechtvaardigen: ze zouden het noodzakelijke gevolg zijn van het feit dat er een ‘wereld voorbij de lichtsnelheid’ is.
Maakt dat het idee meteen een stuk aannemelijker? Zo ver wil Saueressig niet gaan. “Dit lijkt meteen het enige pluspunt aan deze hele exercitie”, zegt hij. “Ik ben dan ook erg sceptisch over hun voorstel.”
De vraag is verder: als er deeltjes zijn die sneller dan het licht gaan… Zouden we die dan op de een of andere manier moeten zien? Volgens Saueressig is daar eind jaren zestig al vrij uitgebreid naar gezocht, zonder resultaat. Dragan denkt niet dat die mislukte pogingen hun verhaal per se onderuithalen, maar heeft ook geen plan paraat om met de techniek van nu op zoek te gaan naar tekenen van supersnelle deeltjes. “Daar worstelen we al maanden mee, en tot nu toe falen we jammerlijk.” Het zal dus nog wel even blijven bij hun wiskundige brug over Einsteins snelheidslimiet – in de hoop dat die daadwerkelijk iets onthult over hoe ons universum werkt.
Deze Far Out staat ook in KIJK 5-2023.
Jean-Paul Keulen is wetenschapsjournalist gespecialiseerd in natuur- en sterrenkunde. Voor dit artikel raadpleegde hij onder meer de volgende literatuur: Andrzej Dragan e.a.: Relativity of Superluminal Observers in 1 + 3 Spacetime, Classical and Quantum Gravity (30 december 2022).
Beeld: iStock/Getty Images