Doei Einstein?

Stel nou eens dat het klopt: neutrino's die sneller bewegen dan het licht. Wat zou daar eigenlijk zo schokkend aan zijn? Is de lichtsnelheid soms heilig?

Allereerst is een fikse slag om de arm nodig. Vorige week meldden Italiaanse onderzoekers dat ze neutrino's, elementaire bijna massaloze deeltjes, sneller dan het licht van CERN naar een detector in Gran Sasso kunnen laten vliegen, zo'n 733 kilometer verderop. Hun melding, vervat in een uitgebreid artikel dat online kwam, is geen claim, maar eerder een schreeuw om hulp.

Alle mogelijke systematische fouten hebben ze uit hun metingen gevist, alle denkbare denkfouten bij de analyses doorgepraat en weggenomen. En toch: de muonneutrino's uit CERN komen systematisch gemiddeld echt 60 nanoseconde te vroeg aan in de OPERA-detector diep onder de grond in de Italiaanse bergen. Hoe het kan? Wie het weet, mag het zeggen.

Zelden was een signaal minder aan dovemansoren gericht. Fysici over de hele wereld waren meteen bij de les. Het gebeurt immers niet iedere dag dat een serieus experiment zo haaks staat op wat iedere fysicus weet: niets gaat sneller dan de lichtsnelheid. Dus begon meteen de speurtocht naar wat de Italianen dan toch nog fout doen met hun OPERA-experiment. Was het probleem bijvoorbeeld niet dat er met een bundel neutrino's wordt geschoten, terwijl niemand weet hoe die zich onderweg precies gedraagt?

Tegelijk barstte in het publieke domein een ware storm los. Media fantaseerden erop los en verklaarden Einstein verleden tijd en tijdreizen binnen handbereik. En talloze amateur-deskundigen blogden en mailden hun particuliere overpeinzingen en oplossingen bij het opwindende resultaat, onder meer ook naar de Volkskrant. Cartoonhelden Fokke en Sukke deden hun eigen duit in het zakje. 'Blijkt die Einstein...', moppert Fokke. '...het ook allemaal maar verzonnen te hebben', vult Sukke aan, met een verwijzing naar de recente Tilburgse fraudezaak rond psycholoog Diederik Stapel.

Maar stel nu eens dat het gewoon waar is: dat er echt deeltjes zijn die sneller gaan dan het licht. Wat betekent dat eigenlijk? Het heelal blijft natuurlijk wat het is, maar de natuurkunde, zou die dan niet wankelen?

Jawel, zegt de Amsterdamse theoretisch fysicus en emeritus-hoogleraar Sander Bais, onder meer bekend van het boekje De Verbluffende Eenvoud van Relativiteit (AUP). Als er iemand is die kan uitleggen hoe cruciaal de universele lichtsnelheid is voor de fysica, is hij het wel. Wat staat er op het spel als de lichtsnelheid toch te overschrijden blijkt?

Heilig is er natuurlijk niks, begint Bais, in de wetenschap. Maar de lichtsnelheid, in vacuüm om precies te zijn, komt wel in de buurt. In elk geval is deze grootheid van immens belang voor allerlei andere theorieën, van de atoomtheorie tot de kosmologie. 'Kom aan de lichtsnelheid, en je komt aan de natuurkunde.'

Dat komt zo. In 1905 maakte de jonge patentklerk en zelfstandig onbezoldigd fysicus Albert Einstein (26) in Bern een radicale keuze. Al redenerend was hij tot de conclusie gekomen dat de natuurkunde meer met zichzelf overhoop lag dan zij zich tot dan realiseerde. Enerzijds waren er de klassieke wetten van Newton die bewegingen beschrijven. Anderzijds waren er de wat recentere wetten van Maxwell, die elektrische en magnetische verschijnselen beschrijven.

Maar breng die twee samen en er ontstaat een probleem, zag Einstein. Bewegende waarnemers geven een andere beschrijving van elektromagnetische verschijnselen dan stilstaande, omdat bijvoorbeeld een bewegende stroomdraad een magnetisch veld geeft en een stilstaande niet. Was er niet een mogelijkheid om alle waarnemers hetzelfde te laten concluderen?

Bais: 'Einstein realiseerde zich dat hij moest kiezen: of de wetten van Newton gelden voor iedereen en de wetten van Maxwell niet. Of omgekeerd. Hij koos voor Maxwell.'

Met alle gevolgen van dien. In de wetten van Maxwell komt de lichtsnelheid als een basisingrediënt voor. Als die wetten voor iedere waarnemer identiek zijn, moet dus de lichtsnelheid voor alle waarnemers gelijk zijn. Hoe hard ze eventueel ook proberen een lichtstraal in te halen. Met een passerende fietser kan dat nog wel. Met licht niet meer. Dat beweegt altijd even vliegensvlug: pakweg 300 duizend kilometer per seconde.

Anderzijds was Einsteins keuze voor Maxwell en de absolute lichtsnelheid ook een keuze tegen de oude Newton. Bij Newton zijn willekeurig hoge snelheden niks bijzonders, dat is een kwestie van lang genoeg een duwtje erbij geven. Maar als bewegende waarnemers allemaal dezelfde snelheid van een lichtflits moeten meten, zijn er andere grootheden die moeten meegeven. In dit geval, zegt Bais, is dat de tijd. Bewegende klokken lopen volgens Einstein trager dan stilstaande. Sterker: ze staan stil bij de lichtsnelheid. En dus vergt het oneindig lang duwen om nog meer vaart te maken.

Lees verder op pagina 2.

undefined

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden