Je leest:

Tijdsdeeltjes mogelijk meetbaar

Tijdsdeeltjes mogelijk meetbaar

Auteur: | 12 oktober 2008

In het dagelijks leven lijkt tijd iets dat glad en continu verloopt. In de kwantummechanica, de tak van de natuurkunde die zich met het allerkleinste bezighoudt, bestaat tijd echter uit hele kleine eenheden, tikjes waarbinnen je geen tijdsverloop kunt definiëren. De directeur van het Amerikaanse Fermilab, Craig Hogan, beweert nu dat die intervalletjes meetbaar zijn. Geniaal of voorbarig?

De klok tikt door, tijd heelt alle wonden. Genoeg voorbeelden te noemen van de vanzelfsprekendheid waarmee we de ‘gladheid’ van tijd zien. Maar zoals de meeste dingen die eenvoudig lijken, is tijd op het allerkleinste niveau waarschijnlijk een stuk minder simpel. De wetten van de kwantumnatuurkunde stellen, dat tijd deelbaar is in hele kleine intervalletjes, de zogenaamde Plancktijd. Binnen zo’n interval is het onmogelijk om te zeggen welke kant de tijd op gaat, en of de tijd daar überhaupt verstrijkt.

Tijdsdeeltjes

Hoewel veel theoretische natuurkundigen het erover eens zijn dat zo’n tijdseenheid moet bestaan, was het nadenken daarover tot nu toe altijd een beetje filosofie. Tenslotte is de Plancktijd, volgens de theorie 5,391.10-44 seconde (een 5 met 44 nullen ervoor dus), zo ongelofelijk klein dat we hem nooit zouden kunnen meten. Maar Craig Hogan, de directeur van het vooraanstaande Fermi deeltjesversneller-laboratorium in de Verenigde Staten, denkt dat hij sporen van de kleinste ‘tijdsdeeltjes’ kan bespeuren in een mysterieus ruissignaal.

Zwaartekrachtsgolven zijn kleine rimpels in het ruimte-tijd continuüm, voorspeld door niemand minder dan Albert Einstein. Ze zouden een verbinding kunnen vormen tussen de theorie van het allerkleinste – de kwantumnatuurkunde – en de theorie van het allergrootste, de relativiteitstheorie. Tot nu toe lijken die twee theorieën niet verenigbaar. Illustratie: Wikimedia Commons

Het signaal in kwestie komt uit de GEO600, een experimentele detector van zwaartekrachtsgolven in de buurt van Hannover. Hoewel GEO600 tot nu toe nog geen zwaartekrachtsgolven heeft gezien, meet hij wel een hoop achtergrondsruis. Hogan laat zien dat die ruis wel eens informatie zou kunnen bevatten over een van de meest fundamentele natuurlijke verschijnselen: tijd.

De berekeningen die Hogan deed laten zich samenvatten in twee belangrijke conclusies. De eerste is dat GEO600 een signaal waarin de kortste tijdseenheid zich laat zien, moet kunnen meten op een trillingsfrequentie tussen de 300 en 1400 Hz. Dat is een frequentiebereik waarin de zwaartekrachtsgolvenmeter heel gevoelig is, dus dat komt mooi uit. Zijn tweede conclusie is dat de vorm van het signaal dat hij heeft berekend heel goed overeen komt met het ruissignaal van GEO600, en dat het dus goed zou kunnen dat GEO600 de Plancktijd al meet.

Holografisch universum

De theorie die Hogan gebruikte voor zijn berekeningen gaat uit van een omstreden holografische blik op ons universum. Zo zouden er slechts twee ruimtelijke dimensies bestaan, in plaats van de drie waar wij in het dagelijks leven vanuit gaan. Onze derde dimensie moet volgens Hogan’s theorie al opgeslagen zijn in de informatie van de eerste twee. Op die manier kun je het universum zien als een soort ingewikkeld hologram. Het ruissignaal waarin de Planck-tijd zich verschuilt bevindt zich volgens deze theorie in de twee ‘echte’ ruimte-dimensies, en om zo’n signaal te meten is de GEO600 detector volgens de onderzoeker ideaal.

De GEO600 bestaat uit twee buizen, beide 600 meter lang. Door die buizen schiet laserlicht. GEO600 gebruikt een interferometrische methode om kleine schommelingen in de ruimte-tijd op te sporen: de twee lasersignalen gaan heen en weer door de buis en worden daarna met elkaar vergeleken. Een verschil tussen de signalen duidt erop dat er onderweg iets met het signaal is gebeurd. Foto: GEO600

Nobelprijsmateriaal

Ondanks het enthousiasme van Hogan wordt binnen het GEO600-project sceptisch gereageerd. Karsten Danzmann, de hoofdonderzoeker van de gravitatiegolvenmeter, noemt het idee van Hogan ‘vergezocht en kunstmatig’. Maar ook hij houdt een slag om de arm: “als het waar is, is het Nobelprijsmateriaal.” Hij noemt het intrigerend dat de berekende ruis van Hogan precies overeenkomt met het mysterieuze ruissignaal dat de GEO600-onderzoekers nu al meer dan een jaar proberen te verklaren.

Of het idee van de Amerikaanse onderzoeker klopt kan niet eenvoudig worden aangetoond. Wel komt er een interessante test aan: de GEO600-detector wordt momenteel verbeterd, zodat de gevoeligheid eind 2009 moet zijn verdubbeld. De hoeveelheid ruis zou dan ook moeten halveren. Als het signaal dat overeen komt met Hogan’s theorie ook in de verbeterde GEO600 overeind blijft, is dat een aanwijzing dat hij iets op het spoor is, en dat de gravitatiegolvenmeter inderdaad een signaal meet van de allerkleinste tijdsdeeltjes.

Zie verder:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 12 oktober 2008

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.