Poolse onderzoekers vermoeden dat ruimtetijd een soort regenboog is

Als wit licht door een prisma valt, ontstaat er een regenboog van kleuren. Dit komt omdat de lichtdeeltjes, die zowel een deeltje als een golf zijn, verschillende energieën hebben, en dus op een net iets andere manier op het prisma reageren. Hoe groter de energie van het deeltje, hoe meer de baan ervan wordt afgebogen door het prisma, met als resultaat een regenboog.

Natuurkundigen die zich bezighouden met kwantumtheorie (natuurkunde op het niveau van atomen en nog kleinere deeltjes, ook wel kwantummechanica genoemd) vermoeden al jaren dat er iets soortgelijks aan de hand is met deeltjes in ruimtetijd, maar tot voor kort waren er nog geen theoretisch onderbouwde hypothesen. Nu heeft een Pools team van natuurkundigen van de Universiteit van Warschau, onder leiding van professor Jerzy Lewandowski, een wiskundig model geformuleerd dat het bestaan van een ruimtetijdregenboog voorspelt.

Als hun theorie klopt, betekent dit dat deeltjes met verschillende energieën op een net iets andere manier reageren op kwantumzwaartekracht (zwaartekracht op het allerkleinste niveau), wat resulteert in verschillende versies van ruimtetijd. Ofwel: net zoals een regenboog verschillende lagen van kleuren heeft, heeft ruimtetijd ook verschillende lagen.

Het Poolse model heeft twee specifieke variabelen: zwaartekracht en de energie van deeltjes. Het bijzondere aan het model is dat het toegepast kan worden vanuit verschillende theorieën over kwantumzwaartekracht binnen de kwantummechanica. Dit betekent dat het model kan bijdragen aan het verenigen van de principes van kwantummechanica met de relativiteitstheorie.

Het ontwikkelen van een allesomvattende theorie die zowel klopt volgens de wet van de zwaartekracht en andere 'grote' krachten, als volgens de principes van de kwantummechanica, die gaan over 'kleine' krachten als elektromagnetisme, is de grootste uitdaging van de moderne natuurkunde – een uitdaging die vooralsnog onmogelijk moeilijk lijkt. De benadering van de Poolse onderzoekers zou echter wel eens een stap in de juiste richting kunnen zijn.

"De resultaten zijn verbijsterend," zegt Mehdi Assanioussi, een van de leden van het onderzoeksteam. "In de wereld van de kwantummechanica is het al lastig om te zeggen wat precies tijd is en wat ruimte, en toch zien gebeurtenissen in ons model er altijd uit zoals ze eruit zouden zien in onze eigen ruimtetijd."

Helaas voor degenen die zich nu voorstellen dat het universum eigenlijk één grote vrolijke regenboog is, wordt in ons universum ruimtetijd door alle deeltjes vrijwel hetzelfde ervaren. Dit betekent dat de metaforische regenboog zo weinig kleurverschil heeft dat het nauwelijks een regenboog te noemen is.

Op het moment van de oerknal daarentegen was de regenboog enorm, zo stellen de onderzoekers. Het bestaan van een ruimtetijdregenboog is namelijk het gevolg van kwantumzwaartekracht. Er zouden gigantisch hoge hoeveelheden energie-uitstraling nodig zijn om een dergelijk effect te krijgen, zoals bijvoorbeeld bij de oerknal het geval was. Hoewel het regenboogeffect van kwantumzwaartekracht in het huidige universum dus niet meetbaar is door middel van fysieke experimenten, zou dit ten tijde van de oerknal wel zo geweest zijn.

Ons universum bestaat dus in een stabiele ruimtetijd, met een verwaarloosbaar regenboogeffect. Dat klinkt misschien saai, maar is wel zo prettig als je bedenkt dat het alternatief een oerknal-achtige omgeving is.