Die Theorie, die Einsteins Physik herausfordert, könnte bald auf die Probe gestellt werden

Here Be Dragons (Juli 2019).

Anonim

Wissenschaftler hinter einer Theorie, dass die Lichtgeschwindigkeit variabel ist - und nicht konstant, wie Einstein es vorgeschlagen hat -, haben eine Vorhersage gemacht, die getestet werden könnte.

Einstein hat beobachtet, dass die Lichtgeschwindigkeit in jeder Situation gleich bleibt, und das bedeutet, dass Raum und Zeit in verschiedenen Situationen unterschiedlich sein können.

Die Annahme, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist und immer gewesen ist, stützt viele Theorien in der Physik, wie Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie. Insbesondere spielt es eine Rolle in Modellen dessen, was im sehr frühen Universum geschah, Sekunden nach dem Urknall.

Aber einige Forscher haben vorgeschlagen, dass die Lichtgeschwindigkeit in diesem frühen Universum viel höher gewesen sein könnte. Professor João Magueijo vom Imperial College London, der mit Dr. Niayesh Afshordi am Perimeter Institute in Kanada arbeitet, hat eine Vorhersage getroffen, die zur Überprüfung der Gültigkeit der Theorie verwendet werden könnte.

Strukturen im Universum, zum Beispiel Galaxien, entstanden alle aus Fluktuationen im frühen Universum - winzige Unterschiede in der Dichte von einer Region zur anderen. Eine Aufzeichnung dieser frühen Fluktuationen ist auf dem kosmischen Mikrowellenhintergrund - einer Karte des ältesten Lichts im Universum - in Form eines "Spektralindex" aufgedruckt.

Mit ihrer Theorie, dass die Fluktuationen im frühen Universum von einer unterschiedlichen Lichtgeschwindigkeit beeinflusst wurden, haben Professor Magueijo und Dr. Afshordi nun ein Modell verwendet, um den Spektralindex exakt zu bestimmen. Die vorhergesagte Zahl und das Modell, auf dem es basiert, sind in der Zeitschrift Physical Review D veröffentlicht.

Kosmologen werden derzeit immer präzisere Werte für diese Zahl erhalten, so dass die Vorhersage bald getestet werden könnte - entweder bestätigt oder ausgeschlossen wird das Team-Modell des frühen Universums. Ihre Figur ist ein sehr präzises 0.96478. Dies liegt nahe bei der aktuellen Schätzung der Werte des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, die bei etwa 0, 968 liegt, mit einer gewissen Fehlerspanne.

Radikale Idee

Professor Magueijo sagte: "Die Theorie, die wir in den späten 1990er Jahren vorgeschlagen haben, hat jetzt einen Reifepunkt erreicht - sie hat eine überprüfbare Vorhersage ergeben. Wenn Beobachtungen in naher Zukunft diese Zahl als zutreffend finden, könnte sie dazu führen eine Modifikation von Einsteins Gravitationstheorie.

"Die Idee, dass die Lichtgeschwindigkeit variabel sein könnte, war radikal, als sie zuerst vorgeschlagen wurde, aber mit einer numerischen Vorhersage wird sie etwas, was Physiker tatsächlich testen können. Wenn das stimmt, würde das bedeuten, dass die Naturgesetze nicht immer die gleichen wären heute."

Die Testbarkeit der Lichtgeschwindigkeits-Theorie unterscheidet sich von der Mainstream-Konkurrenztheorie: der Inflation. Die Inflation sagt, dass das frühe Universum eine extrem schnelle Expansionsphase durchlaufen hat, viel schneller als die gegenwärtige Expansionsrate des Universums.

DAS HORIZONTPROBLEM

Diese Theorien sind notwendig, um das zu überwinden, was Physiker das "Horizont-Problem" nennen. Das Universum, wie wir es heute sehen, scheint überall gleich zu sein, zum Beispiel hat es eine relativ homogene Dichte.

Dies könnte nur dann der Fall sein, wenn alle Regionen des Universums sich gegenseitig beeinflussen könnten. Wenn jedoch die Lichtgeschwindigkeit immer dieselbe war, dann ist nicht genug Zeit vergangen, bis das Licht an den Rand des Universums gelangt ist und die Energie "ausgeglichen" hat.

Um einen Raum gleichmäßig zu erwärmen, muss die warme Luft der Heizkörper an beiden Enden durch den Raum strömen und sich vollständig vermischen. Das Problem für das Universum ist, dass der "Raum" - die beobachtete Größe des Universums - zu groß erscheint, als dass dies in der Zeit seit seiner Entstehung geschehen wäre.

Die Theorie der Lichtgeschwindigkeitstheorie legt nahe, dass die Lichtgeschwindigkeit im frühen Universum viel höher war, so dass die fernen Kanten im Zuge der Ausdehnung des Universums verbunden werden konnten. Die Lichtgeschwindigkeit wäre dann auf vorhersehbare Weise gesunken, als sich die Dichte des Universums veränderte. Diese Variabilität führte das Team zu der heute veröffentlichten Prognose.

Die alternative Theorie ist die Inflation, die versucht, dieses Problem zu lösen, indem sie sagt, dass das sehr frühe Universum, während es unglaublich klein war, sich gleichmäßig ausbreitete und dann plötzlich expandierte, mit der bereits eingeprägten Einheitlichkeit. Während dies bedeutet, dass die Lichtgeschwindigkeit und die anderen Gesetze der Physik, wie wir sie kennen, erhalten bleiben, erfordert dies die Erfindung eines "Inflationsfeldes" - einer Reihe von Bedingungen, die nur zu der Zeit existierten.

"Kritische Geometrie eines thermischen Urknalls" von Niayesh Afshordi und João Magueijo wird in Physical Review D veröffentlicht.

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