Afbeelding tegoed: Hubble
Wetenschappers die de oerknal bestuderen, zeggen dat het mogelijk is dat de snaartheorie op een dag experimenteel kan worden getest via metingen van de nagloei van de oerknal.
Richard Easther, assistent-professor natuurkunde aan de Yale University, zal de mogelijkheid bespreken tijdens een bijeenkomst op Stanford University op woensdag 12 mei, getiteld "Beyond Einstein: From the Big Bang to Black Holes". Easther's collega's zijn Brian Greene van de Columbia University, William Kinney van de University at Buffalo, SUNY, Hiranya Peiris van de Princeton University en Gary Shiu van de University of Wisconsin.
De snaartheorie probeert de fysica van het grote (zwaartekracht) en het kleine (het atoom) te verenigen. Deze worden nu beschreven door twee theorieën, algemene relativiteitstheorie en kwantumtheorie, die beide waarschijnlijk onvolledig zijn.
Critici hebben de snaartheorie afgewezen als een 'filosofie' die niet kan worden getest. De resultaten van Easther en zijn collega's suggereren echter dat observationeel bewijs dat de snaartheorie ondersteunt, kan worden gevonden in zorgvuldige metingen van de kosmische microgolfachtergrond (CMB), het eerste licht dat opkomt na de oerknal.
"In de Big Bang, de krachtigste gebeurtenis in de geschiedenis van het heelal, zien we de energieën die nodig zijn om de subtiele tekenen van de snaartheorie te onthullen," zei Easther.
De snaartheorie openbaart zich alleen over extreem kleine afstanden en bij hoge energieën. De Planck-schaal meet 10-35 meter, de theoretisch kortste afstand die kan worden gedefinieerd. Ter vergelijking: een klein waterstofatoom, 10-10 meter breed, is tien biljoen biljoen keer zo groot. Evenzo genereren de grootste deeltjesversnellers energieën van 1015 elektronvolt door subatomaire deeltjes te laten botsen. Dit energieniveau kan de fysica van de kwantumtheorie onthullen, maar is nog steeds ongeveer een biljoen keer lager dan de energie die nodig is om de snaartheorie te testen.
Wetenschappers zeggen dat de fundamentele krachten van het heelal - zwaartekracht (gedefinieerd door algemene relativiteit), elektromagnetisme, "zwakke" radioactieve krachten en "sterke" kernkrachten (allemaal gedefinieerd door de kwantumtheorie) - verenigd waren in de hoogenergetische flits van de Grote Bang, toen alle materie en energie binnen een subatomaire schaal waren opgesloten. Hoewel de Big Bang bijna 14 miljard jaar geleden plaatsvond, bedekt de CMB nog steeds het hele universum en bevat het een gefossiliseerd verslag van de eerste momenten van de tijd.
De Wilkinson Microgolf Anisotropie Probe (WMAP) bestudeert de CMB en detecteert subtiele temperatuurverschillen, binnen deze grotendeels uniforme straling, gloeiend op slechts 2,73 graden Celsius boven het absolute nulpunt. De uniformiteit is het bewijs van 'inflatie', een periode waarin de uitdijing van het heelal snel versnelde, ongeveer 10-33 seconden na de oerknal. Tijdens de inflatie groeide het heelal van een atoomschaal naar een kosmische schaal, en nam de omvang honderd biljoen biljoen keer toe. Het energieveld dat de inflatie veroorzaakte, bevatte, net als alle kwantumvelden, fluctuaties. Deze fluctuaties, opgesloten in de kosmische microgolfachtergrond als golven op een bevroren vijver, kunnen bewijs bevatten voor de snaartheorie.
Easther en zijn collega's vergelijken de snelle kosmische expansie die net na de oerknal plaatsvond met het vergroten van een foto om individuele pixels te onthullen. Terwijl de natuurkunde op de Planck-schaal een “rimpel” maakte van 10-35 meter breed, zou de fluctuatie dankzij de uitdijing van het heelal nu vele lichtjaren kunnen beslaan.
Easther benadrukte dat het een lange adem is dat snaartheorie meetbare effecten op de microgolfachtergrond kan achterlaten door het patroon van warme en koude plekken subtiel te veranderen. De snaartheorie is echter zo moeilijk experimenteel te testen dat elke kans het proberen waard is. Opvolgers van WMAP, zoals CMBPol en de Europese missie, Planck, zullen de CMB met ongekende nauwkeurigheid meten.
De modificaties aan de CMB die voortvloeien uit de snaartheorie zouden met wel 1% kunnen afwijken van de standaardvoorspelling voor de temperatuurverschillen in de kosmische microgolfachtergrond. Het vinden van een kleine afwijking van een dominante theorie is echter niet zonder precedent. Als voorbeeld verschilde de gemeten baan van Mercurius ongeveer zeventig mijl per jaar van de voorspelde zwaartekrachtswet van Isaac Newton. Algemene relativiteit, de zwaartekrachtswet van Albert Einstein, zou de discrepantie kunnen verklaren die wordt veroorzaakt door een subtiele vervorming in de ruimtetijd van de zwaartekracht van de zon die de baan van Mercurius versnelt.
Raadpleeg http://www-conf.slac.stanford.edu/einstein/ voor meer informatie over de "Beyond Einstein" -bijeenkomst.
Oorspronkelijke bron: Yale University News Release
