Het raadsel van de eenrichtingssnelheid van het licht

Als je één idee zou moeten kiezen dat kenmerkend is voor de 20e-eeuwse natuurkunde, zou een goede kandidaat de universele constantheid van de lichtsnelheid zijn. Toen Einstein dit idee naar voren bracht in de speciale relativiteitstheorie, loste het het al lang bestaande mysterie op waarom metingen geen variatie lieten zien in de snelheid van het licht met de beweging van de aarde door de ruimte.

Het luidde ook het idee in van ruimte-tijd als een enkele entiteit. Dit leidt direct tot de afleiding van de natuurwetten als ruimtetijdsymmetrieën, een proces dat cruciaal is geweest voor zowel de algemene relativiteitstheorie als het standaardmodel van de deeltjesfysica.

Dus de constantheid van 'c' in twijfel trekken, is controverse oproepen. En toch zijn er redenen om te denken dat we deze hypothese zeker in meer detail moeten onderzoeken met behulp van experimentele natuurkunde, zeggen Farid Ahmed en vrienden van de York University in Toronto, Canada. Vandaag geven ze ons een interessant overzicht van de verschillende manieren waarop de metingen zijn gedaan.

De experimenten om de constantheid van de lichtsnelheid te meten vallen uiteen in twee categorieën, zeggen Ahmed en co. In de eerste zijn experimenten zoals de beroemde Michelson Morely-interferometer die de rondreissnelheid van het licht langs een gesloten lus meet. Dit is in wezen de gemiddelde snelheid over een bepaalde afstand en weer terug.

Er is nooit een variatie gevonden, maar deze experimenten laten de mogelijkheid open dat de lichtsnelheid over elk deel van de reis anders is. Er is dus nog een andere categorie experimenten die proberen de eenrichtingssnelheid van het licht te meten.

Een interessante vraag rijst meteen: hoe meet je de eenrichtingssnelheid van het licht? Er blijken verschillende methoden te zijn. Een idee omvat de emissie en absorptie van gammastralen door bepaalde soorten atomen in een vaste stof. Het absorptieproces is erg gevoelig voor de energie van de gammastralen. Dus als de snelheid van het licht (en dus zijn energie) varieert met de richting, dan zou de absorptiesnelheid ook moeten veranderen.

In de jaren zestig en zeventig zochten verschillende natuurkundigen naar een richtingsafhankelijkheid door een gammastralingstraler aan de rand van een roterende schijf te plaatsen en een absorber in het midden. Ze zochten vervolgens naar enig verschil in de absorptiesnelheid terwijl de schijf ronddraait, maar vonden er geen.

Ook natuurkundigen die andere technieken gebruiken, hebben geen variatie gevonden. (De controversiële Bulgaar Stefan Marinov beweerde bewijs te hebben gevonden voor een variatie in de eenrichtingssnelheid van het licht, maar zijn beweringen worden door de meeste reguliere natuurkundigen niet als geldig beschouwd.)

Ahmed en co zeggen dat deze experimenten moeten worden verfijnd en verbeterd en werken aan hun eigen meting van de eenrichtingssnelheid van het licht.

Het werk kan belangrijke gevolgen hebben. Ahmed en co wijzen erop dat de snaartheorie een schending van de constantheid van de lichtsnelheid voorspelt, evenals een ander idee dat stelt dat een variabele lichtsnelheid verschillende problemen in de kosmologie zou oplossen.

En de enige manier om daar achter te komen is door te meten, een nobel doel naar alle maatstaven. Referentie: arxiv.org/abs/1011.1318 : Een overzicht van eenrichtings- en tweerichtingsexperimenten om de isotropie van de lichtsnelheid te testen zich verstoppen