Wellicht verraden quasars dat ruimte en tijd korrelig zijn

Een tekening van een quasar. Verre quasars vormen puntbronnen van licht. Als die als steeds waziger vlekken worden afgebeeld in een telescoop naarmate de quasar verder weg staat, zou dat op korreligheid van de ruimtetijd kunnen duiden. Foto nasa NASA

De Canadese fysicus Eric Steinbring meent in het heelal aanwijzingen te hebben gevonden dat ruimte en tijd op heel kleine schaal gekwantiseerd zijn( Astrophysical Journal, 1 februari). Dit verschijnsel wordt voorspeld in de theorieën die Einsteins ‘klassieke’ beschrijving van de zwaartekracht in overeenstemming proberen te brengen met de quantummechanica. Volgens deze theorieën zouden ruimte en tijd op lengteschalen van 10-35 meter (de Planck-lengte) en tijdschalen van 10-43 seconde (de Planck-tijd) hun normale karakter verliezen en een ‘schokkerig’ gedrag vertonen.

Deze quantumfluctuaties spelen een belangrijke rol in de theorieën over zwarte gaten en in de meeste theorieën die het ontstaan en de eerste fasen van het heelal beschrijven. Waargenomen zijn deze fluctuaties echter nog nooit – wat gezien hun onvoorstelbaar geringe afmetingen niet zo verwonderlijk is.

Enkele jaren geleden suggereerden de Amerikaanse fysici Richard Lieu en Lloyd Hillman dat de systematische accumulatie van quantumfluctuaties op heel lange termijn wel tot macroscopische en dus waarneembare verschijnselen zou kunnen leiden. Zo zouden lichtgolven die in fase – met elkaar in de pas – van een ver object in het heelal vertrekken als gevolg van de willekeurige quantumfluctuaties niet meer in fase in een telescoop arriveren. En daardoor zou een afbeelding van een verre puntbron niet meer het bekende interferentiepatroon van lichte en donkere ringen (buigingsringen of Airy-ringen) opleveren, maar een vlek. Waarnemingen aan quasars – de heldere kernen van de verst verwijderde sterrenstelsels – lieten echter een keurig interferentiepatroon zien.

Andere astrofysici wezen er al snel op dat het cumulatieve effect van de gepostuleerde quantumfluctuaties niet lineair met de afstand van de lichtbron hoeft te groeien, en dus onwaarneembaar klein zou kunnen zijn. Het optreden van interferentieringen rond verre puntbronnen zou dan niet in strijd zijn met theorieën van de quantumzwaartekracht. Dit wordt nu beaamd door fysicus Eric Steinbring, die naar een andere manifestatie van het effect heeft gezocht: het waziger worden van eenzelfde soort puntbronnen op steeds grotere afstanden.

Steinbring analyseerde de beeldjes van honderd verre quasars, gefotografeerd met de Hubble-ruimtetelescoop, en mat hoezeer het licht van het centrale deel (zonder interferentieringen) is ‘uitgesmeerd’. Deze uitsmering blijkt bij toenemende afstand inderdaad groter te worden. Dit zou het gevolg kunnen zijn van de gezochte quantumfluctuaties, die als een soort mist op het passerende licht zouden werken.

Er zit nog een addertje onder het gras: op voorhand is niet zeker of de quasars in de telescoop echte puntbronnen zijn of toch een minieme uitgebreidheid bezitten. Daartoe zouden deze quasars met een nog veel grotere telescoop moeten worden waargenomen.

George Beekman