Neoweb.nl

Natuurkundige constanten

0 Members and 3 Guests are viewing this topic.

Offline Robert

  • *****
  • 3.076
  • +269/-11
  • Gender: Male
  • Neoweb.nl: Als het nieuw is, zie je het op neoweb
    • Neoweb
Natuurkundige constanten
« on: March 17, 2004, 10:33:06 AM »
Constanten tóch constant
Amsterdammers herstellen orde in universum
bron vpro.nl ~ dinsdag 16 maart 2004

Noem ze gerust de heipalen waarop het heelal is gebouwd, die natuurkundige constanten. Met een stuk of vijfentwintig zijn ze. En of het nu gaat om de lichtsnelheid, de kracht waarmee atomen bij elkaar worden gehouden of om het branden van de zon; de natuurkundige constanten definiëren alles wat er om ons heen gebeurt.
 
Het was dus even schrikken toen Australische en Amerikaanse onderzoekers vijf jaar geleden ontdekten dat één van de constanten helemaal niet constant is. Door te kijken naar het miljarden jaren oude licht van zogeheten ‘quasars’, zeer veraf gelegen sterrenstelsels, ontdekten John Webb en collega’s dat de elementen ijzer en magnesium ooit op een iets andere manier licht absorbeerden dan vandaag. Een stuitende waarneming, want het zou betekenen dat de ‘fijnstructuurconstante’ alfa, een maat voor elektromagnetische kracht, heel langzaam aanzwelt.
 
Dat was een regelrechte ramp. De fijnstructuurconstante hangt samen met een aantal andere natuurkundige constanten, zoals de Planckconstante (h) en de lichtsnelheid (c). Als de fijnstructuurconstante werkelijk heel langzaam verschuift, zijn er meer constanten in beweging. De halve natuurkunde zou daardoor kunnen bezwijken. Theoretici becijferden de omvang van de ramp: de Oerknaltheorie en de snaartheorie zouden op de schop moeten, de geschiedenis van het heelal zou moeten worden herschreven. “Is er dan niets meer zeker?”, verzuchtte het blad Nature.
 
“Als alles variabel is, waar zit dan de steun?” verwoordt fysicus Wim Ubachs van de Vrije Universiteit Amsterdam het probleem. Samen met zijn collega Elmar Reinhold van het Parijse Laboratoire Aimé Cotton besloot Ubachs de orde in het heelal te herstellen. Hij richtte zich op een andere constante, de ‘massaverhouding’. Die constante (symbool: de Griekse letter ‘mu’) vertelt hoeveel keer zwaarder een proton is ten opzichte van een elektron. De gemeten waarde van mu bedraagt 1836,1526670 precies.
 
Ubachs en Reinhold bestudeerden hoe dat zat diep in het verleden. Daartoe becijferden ze eerst tot acht cijfers achter de komma hoe het element waterstof vandaag de dag precies licht absorbeert. Het absorptiespectrum van waterstof was al bekend, maar werd in Amsterdam nauwkeuriger vastgelegd dan ooit, dankzij de zeer zuivere ultraviolette laser die het Lasercentrum pas in gebruik heeft genomen.
 
Vervolgens vergeleken de onderzoekers het waterstof-lichtspectrum uit het laboratorium met oud quasarlicht. Hun conclusie: waterstof absorbeerde licht twaalf miljard jaar geleden op precies dezelfde manier als vandaag. En dat betekent dat er de afgelopen twaalf miljard jaar ook aan de massaverhouding mu niets is veranderd. De constante is namelijk een van de heipalen onder het verschijnsel ‘lichtabsorptie’.
 
De armslag is wél dat er een grens is aan de meetnauwkeurigheid. In theorie kan mu de afgelopen twaalf miljard jaar best een fractie kleiner of groter zijn geworden, maar niet meer dan een duizendste procent. Omgerekend komt dat erop neer dat er bij mu per jaar hooguit het vijftiende cijfer achter de komma verspringt – áls er al iets verandert aan de constante. Want het lijkt erop dat mu gewoon volledig onveranderlijk is. Precies zoals je mag verwachten, van een ‘constante’.
 
Wat de slijtvastheid van mu precies zegt over de ándere natuurconstanten, en vooral over de fijnstructuurconstante alfa, is niet meteen duidelijk. Volgens sommige theorieën zijn alfa en mu aan elkaar gekoppeld. Als mu niet is veranderd, dan is alfa dat ook niet. Maar, zegt Ubachs erbij, volgens andere opvattingen zegt het constant blijven van mu helemaal niets over de veranderlijkheid van de andere natuurconstanten.
 
Bijval voor het onveranderlijk blijven van de constanten is er ook. Want de ‘ontdekking’ dat alfa groter wordt ligt nog steeds onder vuur. Misschien is alle ophef slechts gebaseerd op toeval en subtiele meetfoutjes, zeggen de critici. “De analyse van Webb is eigenlijk helemaal niet zo robuust,” zegt Ubachs. “Het onderwerp blijft hevig in discussie”.
 
Ubachs is vastbesloten de massaverhouding mu met nog grotere nauwkeurigheid te volgen. Daarbij laat hij de quasars, die storingsgevoelige, wazige lichtvlekjes in het heelal, voor wat ze zijn. Geef Ubachs maar de controleerbare kalmte van het Lasercentrum: in principe is het verloop van mu ook dáár te achterhalen. De truc is dan om waterstof op een iets andere manier energie te laten absorberen en vervolgens zeer precies te meten hoe lang de moleculen in die energierijke toestand blijven zitten. Een ontzaglijk ingewikkeld experiment, waaraan het Lasercentrum momenteel hard bouwt.
 
Maar als het lukt, dan hebben Ubachs en zijn collega’s wel iets om trots op te zijn. Als eerste aardbewoners kunnen ze dan misschien ‘live’ volgen hoe de natuurconstanten langzaam veranderen, subtiel als de beweging van de continenten of het wijken van de sterren. “Tja, je weet natuurlijk nooit. Dat zou de grondvesten van de natuurkunde flink door elkaar schudden.”
« Last Edit: March 17, 2004, 10:33:41 AM by Robert »