VacuŁm

Vorige Start Omhoog

Voor de vloed
Natuurwetenschap
Vloed Geologie
Veelgestelde Vragen
Na de vloed
Geologisch Model
Uit ťťn mens
Artikelen
Links

Terug naar hoofdpagina

HET VACU‹M, DE LICHTSNELHEID EN DE ROODVERSCHUIVING


OPMERKINGEN VOORAF

Dit document heeft als doel, een overzicht te geven van de belangrijkste conclusies die volgen uit recente ontwikkelingen in het onderzoek naar de lichtsnelheid. Om dit op een doeltreffende manier te doen, was het noodzakelijk om enige achtergrondinformatie toe te voegen die waarschijnlijk voor sommigen al wel bekend is. Maar voor de meerderheid van de lezers – die niet thuis zijn in deze gebieden van de natuurkunde – leek het belangrijk om deze informatie te vermelden. Dit document is samenvattend, wat betekent dat de feitelijke afleiding van veel conclusies niet worden gegeven. Deze afleidingen zijn echter wel volledig beschreven in een belangrijk wetenschappelijk document, waarin gebruik wordt gemaakt van standaard wiskundige en natuurkundige berekeningen gebaseerd op waarnemingsgegevens. De volledige verdediging van de conclusies die hier genoemd worden zijn in dat document te vinden. Op dit ogenblik wordt dat document – waarin het nieuwe model wordt gepresenteerd – gereed gemaakt voor recensie door collega’s en zal worden gepubliceerd als dat hele proces doorlopen is.

HET VACU‹M

In de loop van de 20e eeuw hebben we in onze kennis van het heelal en de eigenschappen van het vacuŁm een enorme vooruitgang geboekt. Het vacuŁm is gecompliceerder dan velen zich realiseren. De populaire opvatting is dat "vacuŁm een leegte is, een ruimte gevuld met een absoluut niets. Dit is de definitie van een absoluut vacuŁm [1]. Maar naarmate de wetenschap meer heeft geleerd over de eigenschappen van het vacuŁm, is er een nieuwe term ontstaan, die door fysici het fysieke vacuŁm [1] genoemd.

Om het verschil tussen deze twee definities te begrijpen, moet U zich een hermetisch gesloten container voorstellen. Eerst verwijderen we alle vaste stoffen en vloeistoffen, en daarna pompen we alle gassen er uit, totdat er geen molecuul meer in overblijft. Nu is er een vacuŁm in de container. Het was dit concept dat in de 17e eeuw aanleiding gaf tot de definitie van het vacuŁm als een totaal en absoluut lege ruimte. Later werd ontdekt, dat dit vacuŁm weliswaar geen geluid overdraagt, maar dat licht en alle andere golflengten van het elektromagnetische spectrum ongehinderd passeren. Te beginnen met de hoge energiekant, lopen deze van zeer korte golflengte gammastraling, rŲntgenstraling en ultraviolet licht, door het kleuren spectrum van zichtbaar licht heen naar de lage energie, lange golflengten van infrarood licht, microgolven en radiogolven.

DE ENERGIE IN HET VACU‹M

Aan het eind van de 19e eeuw, echter, realiseerde men zich dat het vacuŁm toch nog warmte of thermische straling kon bevatten. Als onze vacuŁm container perfect wordt geÔsoleerd, zodat er geen warmte in of uit kan, en vervolgens wordt gekoeld tot het absolute nulpunt (< -273įC), dan is ook alle thermische straling verdwenen. Is er nu een compleet vacuŁm in de container? Tot onze verbazing is dat niet het geval. Zowel de theorie als de praktijk tonen aan dat het vacuŁm nog steeds meetbare energie bevat. Deze energie noemen we de nulpuntsenergie of ZPE (zero-point energy), omdat het zelfs op het absolute nulpunt nog bestaat.

Deze ZPE bleek een universeel fenomeen te zijn, uniform en allesdoordringend op grote schaal. Daarom werd het bestaan ervan niet vermoed tot het begin van de 20e eeuw. In 1911 vond Max Planck, terwijl hij werkte aan een reeks vergelijkingen die het gedrag van de stralingsenergie van een heet lichaam beschrijven, dat de waarnemingen een term in zijn vergelijkingen noodzakelijk maakten, die onafhankelijk was van de temperatuur. Andere natuurkundigen, waaronder Einstein, zagen in hun vergelijkingen overeenkomstige termen opduiken. De gevolgtrekking was dat elk lichaam nog enige restenergie heeft, zelfs bij het absolute nulpunt. Spoedig bouwde zich experimenteel bewijs op dat wees in de richting van het bestaan van ZPE, hoewel de fluctuaties ervan slechts groot genoeg zijn om waar te nemen op het atomaire niveau. Zo kan de ZPE bijvoorbeeld [2] verklaren waarom afkoeling alleen helium niet doet bevriezen. Als er geen druk op wordt uitgeoefend, kunnen de ZPE fluctuaties verhinderen dat de helium atomen dicht genoeg bij elkaar komen om te bevriezen. In elektronische circuits duikt een ander probleem op omdat ZPE fluctuaties een zekere "ruis" veroorzaken, die een grens stelt aan het niveau tot waar signalen kunnen worden versterkt.

De amplitude van de ZPE is onvoorstelbaar hoog. Er wordt meestal aan gerefereerd in termen van energie per volume-eenheid, de zgn. energiedichtheid. De bekende natuurkundige Richard Feynman en anderen [3] hebben aangegeven dat de hoeveelheid ZPE in ťťn kubieke centimeter van het vacuŁm "groter is dan de energiedichtheid in een atoomkern" [4]. Er is zelfs gezegd dat [5]: "natuurkundigen formeel een oneindige hoeveelheid energie aan dit fenomeen toekennen. Maar zelfs als zij een aannemelijke afname veronderstellen bij hoge frequenties, dan nog geeft een conservatieve schatting aan dat de ZPE dichtheid vergelijkbaar is met de energiedichtheid in de atoomkern." Alleen al in een atoomkern is de energiedichtheid in de orde van grootte van 1044 ergs per kubieke centimeter (een erg wordt gedefinieerd als "de energie die verbruikt wordt, of het werk dat verricht wordt als een massa van 1 gram een versnelling van 1 centimeter per seconde≤ ondergaat over een afstand van 1 centimeter").

Schattingen van de energiedichtheid van de ZPE lopen dus vanaf 1044 ergs per kubieke centimeter tot oneindig. Jon Noring bijvoorbeeld deed de uitspraak dat "quantum mechanica voorspelt dat de energiedichtheid [van de ZPE] in de orde van grote is van een onvoorstelbare 1098 ergs per kubieke centimeter". Prigogine en Stengers hebben die situatie ook geanalyseerd en kwamen met schattingen van de omvang van de ZPE lopend van 10100 ergs per kubieke centimeter tot oneindig. Voor het geval dit als fantastisch mocht worden afgedaan, stelde Stephen M. Barnett van de Universiteit van Oxford in Nature (22 maart 1990, p. 289): "De geheimzinnige aard van het vacuŁm wordt geopenbaard door de quantum elektrodynamica Het is niet een leeg niets, maar het bevat willekeurig fluctuerende elektromagnetische velden …met een oneindige nulpuntsenergie". In de praktijk suggereert recent onderzoek dat er een bovengrens is aan de schatting van de ZPE op ongeveer 10114 ergs per kubieke centimeter (deze bovengrens wordt opgelegd door de zgn. Planck-lengte, zie verderop in dit document).

Het volgende is bedoeld om enig idee te krijgen van de omvang van de ZPE in elke kubieke centimeter ruimte: laten we een conservatieve schatting maken van 1052 ergs/cc. De meeste van ons zijn bekend met de gloeilampen waarmee we onze huizen verlichten. Die in mijn werkkamer is 150 Watt (een watt is gedefinieerd als 107 ergs per seconde). Ter vergelijking: onze zon straalt energie uit met een waarde van 3,8 x 1020 watt. In ons melkwegstelsel zijn meer dan 100 miljard sterren. Als we aannemen dat ze allemaal dezelfde energie-uitstraling hebben als de zon, dan is de energie die door ons melkwegstelsel wordt uitgestraald in ťťn miljoen jaar globaal gelijk aan de energie die is opgesloten in ťťn kubieke centimeter van de ruimte.

DE "KORRELSTRUCTUUR" VAN DE RUIMTE

Behalve de ZPE is er nog een tweede aspect van het fysieke vacuŁm dat moet worden verduidelijkt. Als we het over het vacuŁm hebben, dan zijn overwegingen met betrekking tot afmetingen van het grootste belang. Want op grote schaal heeft het fysieke vacuŁm eigenschappen die door het hele heelal uniform zijn en schijnbaar gelijkmatig. Maar op atomaire schaal wordt het vacuŁm beschreven als een "bruisende zee van activiteit" [2] of "het bruisende vacuŁm" [5]. Het is in het gebied van dit zeer kleine dat ons inzicht in het vacuŁm is vergroot. Het atoom is ongeveer 10-8 centimeter groot. Een atoomdeeltje, zoals het elektron is ongeveer 10-13 centimeter groot. Als de schaal verkleind wordt, is er een belangrijke verandering bij de Planck-lengte (1,616 x 10-33 centimeter), die we aanduiden met L* [6]. In 1983 hebben F.M. Pipkin en R.C. Ritter in Science (nr. 219, p. 4587) aangegeven dat "de Planck-lengte een lengte is waarbij de gelijkmatigheid van de ruimte a.h.w. "instort" en een korrelstructuur aanneemt".

Deze "korrelstructuur" van de ruimte – om de uitdrukking van Pipkin en Ritter’s te gebruiken – wordt verondersteld te zijn gevuld met Planck-deeltjes met een diameter gelijk aan L*, en een massa gelijk aan een fundamentele eenheid, de Planck-massa, M*, genoemd (2,177 x 10-5 gram). Deze Planck-deeltjes vormen de basis voor verschillende kosmologische theorieŽn zoals snaren (strings), supersnaren, 10-dimensionele ruimte, etc. Gedurende de laatste 100 jaar hebben natuurkundigen ontdekt, dat aan atoomdeeltjes zoals elektronen en protonen, een golfvorm is gekoppeld. Dit wordt genoemd de golf/deeltje dualiteit van de materie. Deze golven noemt men deBrogliegolven, zij veranderen omgekeerd evenredig met de massa [7], dat wil zeggen: hoe zwaarder het deeltje, des te korter de golflengte. Dat houdt in dat de golflengte van een proton korter is dan die van een elektron omdat de protonmassa groter is. Interessant is, dat Planck-deeltjes een diameter hebben van L*, en dat is gelijk aan hun deBroglie golflengte.

Het fysieke vacuŁm van de ruimte lijkt daarom te zijn gevuld met een allesdoordringende zee van Planck- deeltjes met de ongelooflijke dichtheid van 3,6 x 1098 gram per kubieke centimeter. Je kunt je afvragen hoe er Łberhaupt iets door zo’n medium bewegen kan. Dat dat toch mogelijk is komt, omdat de deBroglie golflengtes van de elementaire deeltjes zo lang zijn in vergelijking met de Planck-lengte L*. Daarom is het vacuŁm als het ware "transparant" voor deze elementaire deeltjes. Om diezelfde reden kan infrarood licht door dichte wolken in de ruimte dringen en tonen wat daarbinnen aanwezig is, in plaats van te worden geabsorbeerd door die wolken. En ook het passeren van licht door massief glas is mogelijk vanwege hetzelfde principe. Dus het verplaatsen van elementaire deeltjes door het vacuŁm gaat probleemloos, zolang deze deeltjes geen energieŽn hebben in de orde van grootte van de zogenoemde Planck-energie, of M*c≤ (‘c’ is de lichtsnelheid). Atoomdeeltjes met die energie worden eenvoudigweg geabsorbeerd door de structuur van het vacuŁm. Uitgaande van bovengenoemde cijfers kan de energie, verbonden aan deze zee van Planck-deeltjes worden berekend als ongeveer 10114 ergs per kubieke centimeter, dit is gelijk aan de maxima waarde van de ZPE.

TWEE THEORIEňN VOOR DE BESCHRIJVING VAN HET VACU‹M

Op dit moment zijn er twee theorieŽn die gedrag en karakteristieken van het fysieke vacuŁm en de ZPE op het atomaire of subatomaire niveau beschrijven: het quantum elektrodynamische (QED) model [8], en het wat recentere stochastische elektrodynamische (SED) model [9,10]. Zij geven – wiskundig gezien - beide dezelfde resultaten, zodat de keuze tussen die twee meer een kwestie is van esthetica. In sommige gevallen geeft het QED model uitkomsten die gemakkelijker zijn te visualiseren, in andere gevallen is het SED model beter. Belangrijk is, dat ze allebei tot de conclusie leiden dat het fysieke vacuŁm zelfs op het absolute nulpunt een inherente energiedichtheid heeft. De bron van deze energie bespreken we later. Het QED model stelt dat de ZPE zijn bestaan verraadt door de effecten van subatomaire virtuele deeltjes. Daartegenover bevestigt de SED aanpak het bestaan van de ZPE als elektromagnetische velden of golven, welks effecten de onderzochte verschijnselen even goed verklaren.

HET QED MODEL VAN HET VACU‹M

Op het atomaire niveau stelt het QED model dat, vanwege de hoge inherente energiedichtheid in het vacuŁm, een deel van deze energie tijdelijk in massa kan worden omgezet. Dat is mogelijk omdat energie en massa onderling in elkaar kunnen overgaan in overeenstemming met Einstein’s beroemde vergelijking [E = mc≤], waar ‘E’ is energie, ‘m’ is massa en ‘c’ is de lichtsnelheid. Op grond hiervan stelt het QED model dat de ZPE toestaat dat kortlevende deeltje/antideeltje paren (zoals een positief en negatief pion, of een elektron en een positron) zich kunnen vormen en elkaar vrijwel onmiddellijk weer opheffen [2,11]. Deze deeltje/antideeltje paren noemt men virtuele deeltjes. Virtuele deeltjes zijn verschillend van de Planck-deeltjes die de structuur van het vacuŁm uitmaken. Terwijl virtuele deeltjes wellicht rond 10-13 centimeter in doorsnee zijn, zijn Planck-deeltjes dramatisch kleiner, nl. ongeveer 10-33 centimeter. Virtuele deeltjes flitsen ‘aan’ en ‘uit’ met een ongelooflijke snelheid. De precieze relatie tussen de energie van deze deeltjes en de korte tijd van hun bestaan is in de quantumtheorie verklaard door het onzekerheidsprincipe van Heisenberg.

Het onzekerheidsprincipe van Heisenberg stelt dat de onzekerheid van tijd, vermenigvuldigd met de onzekerheid van energie overeenkomt met de Planck constante ‘h’, gedeeld door 2p . Deze quantum onzekerheid – of onbepaaldheid – die bepaald wordt door de waarde van ‘h’ stelt fundamentele grenzen aan de precisie waarmee een aantal fysieke grootheden die verbonden zijn aan atomaire processen, kan worden gemeten. In het onderhavige geval laat het onzekerheidsprincipe deze virtuele deeltjes uitwisselingen toe, als ze maar afgehandeld zijn binnen een buitengewoon korte tijd, ongeveer 10-23 seconden [5]. Volgens het QED model is een atomair deeltje, zoals een proton of een elektron zelfs als het zich geheel alleen in het vacuŁm op het absolute nulpunt bevindt, continu bezig met het uitstoten en opnemen van deze virtuele deeltjes vanuit het vacuŁm [12].

Hieruit volgt dat een proton of een elektron beschouwd moet worden als het centrum van continue activiteit; het is omringd door een wolk van virtuele deeltjes waarmee het in interactie is [12]. In het geval van het elektron zijn natuurkundigen erin geslaagd om een flink eind in deze wolk van virtuele deeltjes door te dringen. Zij merkten dat, hoe verder je in die wolk gaat, des te compacter en puntvormiger het elektron wordt. Terzelfder tijd ontdekten zij dat er een meer uitgesproken negatieve lading met het elektron is verbonden, naarmate zij dieper in die wolk doordrongen [13]. Deze virtuele deeltjes gedragen zich zodanig dat zij als het ware de volledige lading van het elektron maskťren. Er is nog een ander belangrijk effect bevestigd door observatie en experiment: het uitstoten en opnemen van deze virtuele deeltjes veroorzaakt ook de "jitter -beweging" van het elektron in een vacuŁm op het absolute nulpunt. Als zodanig betekent deze bibbering (of Zitterbewegung, zoals de officiŽle term is [14]) een bewijs voor het bestaan van virtuele deeltjes en ZPE in het vacuŁm.

HET SED MODEL VAN HET VACU‹M

In de SED aanpak kan het vacuŁm op atomair en subatomair niveau worden beschouwd als wezenlijk bestaande uit een zee van willekeurig fluctuerende elektromagnetische velden of golven. Deze komen voor bij alle golflengtes langer dan de Planck-lengte L*. Op macroscopisch niveau zijn deze allesdoordringende nulpuntvelden of ZPF (zero-point fields) homogeen en isotoop wat betekent dat ze dezelfde eigenschappen hebben overal en in alle richtingen door de hele kosmos. Verder laat observatie zien dat deze nulpuntstraling of ZPR (zero-point radiation) zgn. "Lorentz-invariant" [1] moet zijn. Dat betekent dat deze er hetzelfde uit moet zien voor twee waarnemers ongeacht wat de snelheid is van deze waarnemers ten opzichte van elkaar. Merk op dat deze Lorentz-invariantie de ZPF principieel doet verschillen van elk 19e eeuws concept van de ether [15]. Het oude concept van de ether gaf aan dat er een absolute snelheid door die ether kon worden vastgesteld. De Lorentz invariant conditie echter geeft aan dat de ZPR er voor alle waarnemers hetzelfde uit zal zien, onafhankelijk van hun relatieve snelheden.

Belangrijk is, dat met de SED-benadering Planck’s quantum-constante ‘h’ een maat wordt van de sterkte van de ZPF. Deze situatie ontstaat omdat de fluctuaties van de ZPF een onherleidbare willekeurige ruis op het atomaire niveau geven, die geÔnterpreteerd wordt als de bijbehorende onzekerheid, zoals die beschreven is door het onzekerheidsprincipe van Heisenberg [4,16]. De ZPF’s zijn dus de ultieme oorzaak van deze fundamentele begrenzing waarmee we diverse atomaire verschijnselen kunnen meten, en als zodanig geven zij aanleiding tot de onbepaaldheid of onzekerheid van de quantum theorie, als boven genoemd. Nelson heeft in 1966 aangegeven dat, als de ZPR ontdekt zou zijn aan het begin van de 20e eeuw, de klassieke mechanica plus de ZPR vrijwel alle resultaten had kunnen formuleren, die nu ontwikkeld zijn door de quantum mechanica [7,14].

In de SED-uitleg is de Zitterbewegung verklaard door willekeurige fluctuaties van de ZPF, of golven, zoals die ingrijpen op het elektron en dat laten "rond-sidderen". Er is ook een bewijs voor het bestaan van de ZPE in dit model door hetgeen men het Casimir effect noemt, voorspeld door Hendrik Casimir, de Nederlandse wetenschapper, in 1948, en negen jaar later bevestigd door M.J. Sparnaay van het Philips natuurkundig laboratorium in Eindhoven [1]. Het Casimir effect kan worden aangetoond door twee metalen platen heel dicht bij elkaar te laten komen in een vacuŁm. Als zij elkaar nog net niet raken, is er een kleine maar meetbare kracht die ze naar elkaar duwt. Het SED-model kan dit eenvoudig verklaren. Als de metalen platen dichter bij elkaar komen, gaan ze steeds meer ZPE golflengten uitsluiten, behalve de zeer korte die een sub-veelvoud zijn van de afstand tussen de platen. Met andere woorden: alle lange golflengten van de ZPF zijn nu alleen van de buitenkant op de platen werkzaam. De gecombineerde stralingsdruk van deze van buitenaf aanwezige golven drukken uiteindelijk de platen samen [5,16]. Hetzelfde kan waargenomen worden op zee. Zeelieden hebben vastgesteld dat, als de afstand tussen twee schepen kleiner is dan de afstand tussen twee golftoppen, de schepen naar elkaar worden toegedreven

.

Het Casimir effect is recht evenredig met de oppervlakte van de platen. Echter, in tegenstelling tot andere krachten, waarmee het vergeleken kan worden, is de Casimir kracht omgekeerd evenredig met de vierde macht van de afstand tussen de platen [18]. Voor platen met een oppervlak van ťťn vierkante centimeter, gescheiden door een afstand van 1/500 millimeter, is deze kracht gelijk aan een gewicht van 0,2 milligram. In januari 1997 meldde Steven Lamoreaux verificatie van deze details door een experiment, beschreven in Physical Review Letters (nr. 78, p.5).

Het Casimir effect laat ons dus het bestaan van de ZPE zien in de vorm van elektromagnetische golven. Belangwekkend is, dat Haisch, Rueda, Puthoff en anderen hebben aangegeven dat er een microscopische versie is van hetzelfde verschijnsel. In het geval van dicht opeengepakte atomen of moleculen resulteren de allesdoordringende ZPFs in korte-afstand aantrekkingskrachten die bekend zijn als de van der Waals krachten [4,16]. Deze aantrekkingskrachten staan reŽle gassen toe om in vloeistoffen omgezet te worden [2]. (Als een "ideaal gas" wordt samengeperst, gedraagt het zich op een gedefinieerde manier. Als een reŽel gas wordt samengeperst, dan wijkt zijn gedrag af van die ideale definitie [19].

De algemene tegenwerpingen tegen het werkelijk bestaan van de nulpuntsenergie energie (ZPE) baseert zich op de opvatting dat het slechts een theoretische constructie is. De aanwezigheid van zowel het Casimir effect als de Zitterbewgung – en andere waarnemingsresultaten – bewijzen echter de realiteit van de ZPE.

LICHT EN DE EIGENSCHAPPEN VAN DE RUIMTE

De intrinsieke energie, de ZPE, die inherent is aan het vacuŁm, geeft de lege ruimte zijn verschillende eigenschappen. Bijvoorbeeld, de magnetische eigenschap van de ruimte die de permeabiliteit (doordringbaarheid, vert.) wordt genoemd terwijl de corresponderende elektrische eigenschap de permittiviteit (geleidbaarheid, vert.) genoemd wordt. Beide worden op gelijke wijze door de ZPE beÔnvloed [20]. Was dat niet zo, dan zouden de electrische en magnetische velden in lichtgolven niet langer een constante verhouding tot elkaar hebben, en zou licht van verweg staande objecten merkbaar afgebogen worden [21]. Zou de energiedichtheid van de ZPE steeds vermeerderen, dan zou er een overeenkomstige verhoging zijn in de waarden van zowel permeabiliteit als permittiviteit.

Omdat lichtgolven een elektromagnetisch verschijnsel zijn, wordt hun voortplanting door de ruimte beÔnvloed door de elektrische en magnetische eigenschappen van het vacuŁm, namelijk de permittiviteit en de permeabiliteit. Om dit nader te onderzoeken volgen we een uitspraak van Lehrman en Swartz [22]. Zij toonden aan dat lichtgolven bestaan uit veranderende elektrische velden die veranderende magnetische velden genereren. Dit op zijn beurt regenereert het elektrische veld, etc. De golf beweegt zich voort door energie van het elektrisch veld over te dragen aan het magnetisch veld en weer terug. Het magnetisch veld, dat resulteert uit de verandering van het elektrisch veld moet zo zijn, dat deze de verandering in het elektrisch veld tegenwerkt, volgens de wet van Lenz. Dit betekent dat de magnetische eigenschap van de ruimte een soort traagheid eigenschap heeft, die snelle verandering van de velden voorkomt. De waarde van deze eigenschap is de magnetische constante van de ruimte ‘U’, die gewoonlijk de magnetische permeabiliteit van het vacuŁm wordt genoemd.

De elektrische constante, of permittiviteit, van de ruimte is ook belangrijk, en is gerelateerd aan elektrische ladingen. Een lading kan beschouwd worden als een soort elektrische vervorming van de ruimte, die een kracht op naastliggende ladingen uitoefent. De constante van de proportionaliteit tussen de op elkaar inwerkende ladingen is 1/Q, hetgeen een soort elektrische elastische eigenschap van de ruimte beschrijft. Het is algemeen bekend in de natuurkunde dat de snelheid van een golfbeweging in het kwadraat evenredig is met de verhouding van de elasticiteit over de traagheid van het medium waarin het zich voortbeweegt. In het geval van het vacuŁm en de lichtsnelheid ‘c’ wordt deze vergelijking:

c2 = 1 / (UQ)

Zoals hierboven aangegeven, zijn zowel U als Q direct evenredig met de energiedichtheid van de ZPE. Daaruit volgt dus dat elke verhoging van de energiedichtheid van de ZPE niet alleen resulteert in een evenredige verhoging van U en Q, maar het veroorzaakt ook een afname van de lichtsnelheid, c.

WAAROM ATOMEN ZICHZELF NIET VERNIETIGEN

Maar niet alleen licht wordt beÔnvloed door deze eigenschappen van het vacuŁm. Het is ook aangetoond dat de atomaire bouwstenen van de materie voor hun bestaan van de ZPE afhankelijk zijn. Dat is helder aangetoond door Dr. Hal Puthoff van het Institute for Advanced Studies in Austin, Texas (USA). In Physical Review D, nr. 35:10, en later in New Scientist (28 juli 1990) begon Puthoff met het uiteenzetten van een anomalie. In overeenstemming met klassieke concepten zou een elektron dat rond een proton cirkelt energie moeten uitstralen. Omdat het ten gevolge daarvan energie verliest, zou het via een spiraal in de atoomkern terecht moeten komen, waardoor de hele atoomstructuur in een flits zou verdwijnen. Maar dat gebeurt niet. Als je een natuurkundige vraagt, waarom dat niet gebeurt, dan zul je te horen krijgen dat dat is vanwege Bohr’s quantum conditie. Deze quantum conditie stelt dat elektronen in specifieke banen rond de atoomkern geen energie uitstralen. Maar als je vraagt, waarom niet of, anders gezegd, als je vraagt waarom de klassieke wetten van het electromagnetisme op deze manier worden ‘overtreden’, dan blijft het antwoord vaag en onbevredigend [4].

In plaats van de bestaande natuurwetten te negeren, benaderde Puthoff dit probleem met aan te nemen dat de klassieke natuurwetten van het elektromagnetisme geldig waren, en dat een elektron dus energie verliest bij het cirkelen rond de atoomkern. Hij accepteerde ook de experimentele bewijzen voor het bestaan van de ZPE in de vorm van willekeurig fluctuerende elektromagnetische velden of golven. Hij berekende de energie die het elektron verliest in zijn omloop rond de kern, en berekende vervolgens de energie die het elektron ontvangt uit de ZPF. Deze twee bleken identiek te zijn; het verlies werd exact goedgemaakt door de ontvangen energie. Zoals een kind op een schommel: als de schommel gaat uitlopen, krijgt hij een weer een duw om hem op gang te houden. Puthoff concludeerde vervolgens dat zonder de ZPF inherent aan het vacuŁm ieder atoom in het universum ogenblikkelijk zou ineenstorten [4,23]. Met andere woorden: de ZPE onderhoudt alle atomaire structuren in de hele kosmos.

HET REGENBOOG SPECTRUM

Nu we weten dat licht wordt beÔnvloed door de nulpuntsenergie, dienen we de met licht verbonden verschijnselen gaan onderzoeken. Als zonlicht door een prisma valt, wordt het uiteengebroken in een spectrum van zeven kleuren. Vallende regendruppels veroorzaken hetzelfde, en het resulterende spectrum wordt een regenboog spectrum genoemd. Net zoals de zon en de andere sterren die tezamen onze melkweg vormen, hebben ook veraf gelegen sterrenstelsels ieder hun eigen regenboogspectrum. Van 1912 tot 1922 legde Vesto Slipher van het Lowell observatotium in Arizona (USA) accurate spectrografische metingen vast van het licht van 42 sterrenstelsels [24,25]. Als een elektron vanuit een buitenbaan van het atoom terugvalt naar een meer naar binnen gelegen baan, straalt het de overtollige energie uit als een lichtflits met een zeer specifieke golflengte. Dit veroorzaakt een heldere emissielijn in het kleurenspectrum.

Als echter een elektron naar een hogere baan springt wordt er energie opgenomen en in plaats van een heldere emissielijn gebeurt het omgekeerde: een donkere absorptielijn verschijnt in het spectrum. Elk (scheikundig) element heeft een specifieke set van spectraallijnen. In de spectra van de zon, de sterren en verre sterrenstelsels bevinden zich deze zelfde spectraallijnen.

DE ROODVERSCHUIVING IN HET LICHT VAN STERRENSTELSELS

Slipher constateerde dat dit bekende lijnenpatroon in verre sterrenstelsels systematisch naar het rode einde van het spectrum verschoven was. Hij concludeerde dat deze roodverschuiving van het licht van verre sterrenstelsels een Doppler effect was, dat veroorzaakt wordt doordat deze sterrenstelsels van ons af bewegen. Het Doppler effect kan worden uitgelegd aan de hand van wat er gebeurt met de toon van een sirene op een politieauto die zich van ons af beweegt. De toonhoogte daalt. Slipher concludeerde dat de verschuiving van de spectraallijnen naar langere golflengten evenzo het gevolg was van het van ons af bewegen van die sterrenstelsels. Om die reden wordt de roodverschuiving gewoonlijk uitgedrukt als een snelheid, hoewel sommige astronomen zelfs tot 1960 naar andere verklaringen zochten [25]. In 1929 tekende Edwin Hubble de meest recente afstandmetingen van deze sterrenstelsels op ťťn as, met hun ontsnappingssnelheid ten gevolge van roodverschuiving op de andere as. Hij stelde vast dat hoe verder weg de sterrenstelsels waren, des te groter waren hun roodverschuivingen [24].

Er werd geconcludeerd dat als de roodverschuiving zich verwijderende sterrenstelsels aanduidde, en de roodverschuiving evenredig met de afstand van de sterrenstelsels tot ons toenam, dat dan het hele universum aan het uitdijen is [24]. De situatie lijkt op die van stippen op het oppervlak van een ballon die wordt opgeblazen. Als de ballon uitzet, blijkt elke stip zich van de andere stippen te verwijderen. Een ietwat completer beeld werd gegeven door de relativiteitstheorie. Hier wordt de ruimte zelf beschouwd als uitdijend, de sterrenstelsels met zich meevoerden. Volgens deze interpretatie wordt de golflengte van het licht van verre objecten uitgerekt of roder tijdens de overdracht, omdat de ruimte waarin dat plaatsvindt uitdijt.

DE ROODVERSCHUIVING GAAT STAPSGEWIJS

Deze interpretatie van de roodverschuiving wordt onderschreven door een meerderheid van de astronomen. Maar in 1976 publiceerde William Tifft van het Steward Observatorium in Tucson, Arizona het eerste van een aantal documenten waarin hij metingen van de roodverschuiving analyseerde. Hij zag dat de roodverschuiving niet geleidelijk veranderde naarmate de afstand toenam, maar stapsgewijs, met andere woorden: zij waren gequantiseerd [26]. Tussen de opeenvolgende stappen bleef de roodverschuiving gefixeerd op de waarde van het laatste sprongetje. Deze eerste studie was zeker niet volledig en dus ging Tifft verder met zijn onderzoek. Al doende ontdekt hij dat zijn originele waarnemingen die een gequantiseerde roodverschuiving suggereerden sterk werden bevestigd, waar hij ook keek [27-34]. In 1981 was het uitgebreide onderzoek van Fisher-Tully naar de roodverschuiving gereed. Omdat de waarden voor de roodverschuiving in dit onderzoek niet waren geclusterd op de manier die Tifft eerder had aangegeven, zag het er naar uit alsof quantisering van de roodverschuiving kon worden uitgesloten. Maar in 1984 wezen Tifft en Cocke erop dat de beweging van de zon en ons zonnestelsel door de ruimte zelf ook een Doppler effect produceerde, dat een fractie toevoegt of vermindert aan elke meting van de roodverschuiving. Toen alle waarnemingen van de roodverschuiving met deze waarden konden worden gecorrigeerd, leverde dat een duidelijk bewijs op voor de quantisering van de roodverschuivingen door het hele heelal [35,36].

De oorspronkelijke quantisatie die Tifft had gevonden was een roodverschuiving van 72,46 km/sec in de sterrenstelsels in het sterrenbeeld ‘Haar van Berenice’. Vervolgens werd ontdekt dat er quantisatie-waarden voorkwamen tot 13 maal die 72,46 km/sec. Nader onderzoek reduceerde die quantisatie-waarde tot de helft, nl. 36,2 km/sec. Dit werd later bevestigd door Guthrie en Napier die concludeerden dat 37,6 km/sec een betere waarde was, met een maximale fout van 2 km/sec [37-39]. Na verdere waarneming kondigde Tifft in 1991 aan, dat deze en andere eerder genoemde roodverschuivings-quantisaties veelvouden waren van een basis quantisatie-waarde [40]. Die waarde bleek 8,05 km/sec te zijn. Wanneer die werd vermenigvuldigd met 9 gaf dat de originele waarde van 72,46 km/sec. Indien vermenigvuldigd met 9/2 komt daar de waarde 36,2 km/sec uit. Maar Tifft gaf aan dat deze 8,05 km/sec nog niet definitief was, omdat sommige waarnemingen een waarde van 8,05/3 oftewel 2,68 km/sec quantisatie te zien gaven, die nog fundamenteler was [40]. Als we dit resultaat nemen voor wat het is, zou de quantisatie van de roodverschuiving dus uitkomen op 2,68 km/sec door de hele kosmos.

DE ROODVERSCHUIVING NADER BEKEKEN

Als roodverschuiving werkelijk het gevolg van een uitdijend heelal zou zijn, dan zouden de metingen gelijkmatig verdeeld zijn en alle waarden binnen het gemeten gebied laten zien. Dat is ook wat we zien op een snelweg, waar auto’s met verschillende snelheden rijden binnen de toepasselijke limieten. Maar de roodverschuiving – die gequantiseerd is – lijkt meer op auto’s die rijden met snelheden die een veelvoud van 5 km/uur zijn. Auto’s doen dat niet, maar de roodverschuiving wel. Dit schijnt erop te duiden dat iets anders dan de uitdijing van het heelal verantwoordelijk is voor deze meetresultaten.

We moeten een hernieuwde analyse doen van wat er nu feitelijk wordt waargenomen om een oplossing voor het probleem te vinden. En het is deze oplossing van het roodverschuiving probleem dat een nieuw kosmologisch model introduceert. In dit model zijn het atomaire gedrag en de lichtsnelheid door de hele kosmos verbonden met de Z(ero)P(oint)E(nergie) en de eigenschappen van het vacuŁm.

Bij de basisdefinitie van de roodverschuiving ‘z’ zijn twee gemeten grootheden betrokken. Dat betreft de waargenomen verandering in de golflengte ‘D’ van een bepaalde spectraallijn in vergelijking met de laboratorium standaard ‘W’. De verhouding tussen deze grootheden [D/W = z] is een getal dat de roodverschuiving aangeeft [41]. Normaal gesproeken wordt deze geconverteerd naar een snelheid door het te vermenigvuldigen met de huidige lichtsnelheid ‘c’ [41]. De zo gedefinieerde roodverschuiving is dan ‘cz’, en het is deze grootheid die in stappen van 2,68 km/sec verandert. Aangezien de laboratorium standaard ‘W’ onveranderd blijft, volgt daaruit dat als ‘z = D/W’ systematisch groter wordt met de afstand, en wel in stappen van 2,68 km/sec, dan moet dus ook D stapsgewijs groter worden. Nu is D het verschil tussen de waargenomen golflengte van een bepaalde spectraallijn en de laboratorium standaard [41]. Dit suggereert dat uitgezonden golflengten in quantum stapjes langer worden met het toenemen van de afstand (of met de tijd die we terugkijken). In de tijd tussen die stappen blijven de uitgezonden golflengten onveranderd ten opzichte van de laatste stap.

De fundamentele waarnemingen geven dus aan dat de golflengten van alle atomaire spectraallijnen door de hele kosmos in de loop van de tijd veranderd zijn in discrete stappen. Dit kan betekenen dat alle atomaire emissiebronnen in elk sterrenstelsel verantwoordelijk zijn voor de gequantiseerde roodverschuiving, in plaats van het zich verwijderen van deze stelsels of het uitdijen van het heelal. Belangrijk is, dat de golflengte van door atomen uitgezonden licht geheel afhankelijk is van de energie in elke atomaire omloopbaan. In overeenstemming met deze nieuwe manier van het interpreteren van de gegevens, zouden de waarnemingen van de roodverschuiving dus kunnen aangeven, dat de energie van elke atomaire omloopbaan in de kosmos simultaan een serie van discrete stappen heeft ondergaan in de loop van de tijd. Wat zou hiervan de oorzaak kunnen zijn?

ATOMAIRE OMLOOPBANEN EN DE ROODVERSCHUIVING

De verklaring zou wel eens kunnen worden gevonden in het werk van Hal Puthoff. Omdat de ZPE ieder atoom in stand houdt en de elektronen in hun baan, is het dus ook direct verantwoordelijk voor de energie van elke atomaire omloopbaan. Als we dit aanhouden kunnen we stellen dat, als de ZPE in het verleden lager is geweest, waarschijnlijk ook de atomaire energie lager is geweest. Uitgezonden golflengten zouden dan langer zijn en dus roder. Omdat de atoomenergie is gequantiseerd, en dus in stappen verandert [42], zou het goed kunnen zijn dat elke toename in de atomaire energie dan dus ook alleen maar in discrete stappen gaat. Tussen deze stappen blijft de atomaire energie gefixeerd op de waarde van de laatste stap. En dat is precies het effect dat Tifft’s gegevens over de roodschuiving laten zien.

Het resultaat van dit alles is dat atomaire omloopbanen geen energie van de gelijkmatig stijgende ZPE kunnen opnemen totdat een complete eenheid van toegevoegde energie beschikbaar komt. Dus, tussen de quantum stappen werken alle atomaire processen op basis van energie-behoud, binnen het kader van de energie die beschikbaar was bij de laatste stap. Toenemende energie van de ZPE beÔnvloedt het atoom niet totdat een bepaalde drempel wordt overschreden, waarop alle atomen in het universum dan gelijktijdig reageren.

DE OMVANG VAN HET ELEKTRON

Deze nieuwe benadering kan verder worden uitgewerkt. Het is wiskundig bekend dat de sterkte van de lading van het elektron een van de verschillende factoren is die de energie van de (omloop)banen in het atoom bepaald [42]. Dus als de omloopbaan-energie verandert, zou men ook veranderingen in de lading van zowel het elektron als het proton verwachten. Hoewel we hier alleen het elektron beschouwen, gelden dezelfde argumenten ook voor het proton.

Theoretisch gezien moet de omvang van het (bolvormige) elektron toenemen bij iedere quantum stap, en dus door de tijd heen ‘groter’ worden. De zgn. Compton radius van het elektron is 3,86151 x 10-11 cm, wat belangrijk is in de SED benadering. Malcolm H. McGregor van het Lawrence Livermore nationaal laboratorium in CaliforniŽ trok een aantal opmerkelijke conclusies in ‘The Enigmatic Elektron’ (p. 6 en hst 7, Kluwer, 1992) die later werden aangevuld door Haisch, Rueda en Puthoff [16]. Beiden wezen erop dat "ťťn verdedigbare interpretatie is, dat het elektron werkelijk een puntvormige entiteit is, die tot zijn quantum dimensies ‘uitgesmeerd’ wordt door de ZPE fluctuaties". Zoals McGregor aanvankelijk benadrukte betekent dit ‘uitsmeren’ van de lading van het elektron door de ZPE: vacuŁm polarisatie en de Zitterbewegung. Als deze berekeningen worden gedaan aan de hand van het SED model met gebruikmaking van deze veronderstellingen, dan komt daar inderdaad de Compton radius van het elektron uit [16].

DE LADING VAN HET ELEKTRON

Met deze dingen in gedachten zou het met de SED aanpak te verwachten zijn dat, als de energiedichtheid van het ZPF hoger werd, de "puntvormige entiteit" van het elektron nog meer zou worden ‘uitgesmeerd’ en zich zo groter aan ons voordoet. Dat zou het gevolg zijn omdat de Zitterbewegung energieker wordt en de vacuŁm polarisatie rondom ladingen uitgebreider. Met andere woorden: de schijnbare bolvormige straal van het elektron en zijn gebied zou toenemen bij een quantum stap (of sprong). De klassieke radius van het elektron, gedefinieerd als 2,81785 x 10-13 centimeter is hierbij ook van belang. De formule voor deze grootheid verbindt de straal van het elektron met zijn lading en massa-energie. Een grotere straal betekent een sterkere lading, als de andere factoren gelijk blijven. Dus, bij een quantum sprong, als een volledig quantum energie uit de ZPE beschikbaar komt voor het atoom, verwachten we dat de straal van het elektron en dus zijn gebied groter wordt. Deze suggestie volgt ook al uit een commentaar van McGregor (op.cit. p.28) over het bolvormige elektron, namelijk dat "de quantum nulpunt kracht neigt naar het vergroten van de bolvorm". Overeenkomstig de formule zal een grotere klassieke straal ook betekenen dat de intrinsieke lading is verhoogd. Het belang hiervan is, dat een grotere lading van het elektron resulteert in een grotere omloopenergie, hetgeen betekent dat de golflengten uitgezonden door het atoom naar de blauwe kant van het spectrum zullen verschuiven.

Het QED model kan deze formule op een andere manier interpreteren. Er is een wolk van virtuele deeltjes rond het ‘kale’ elektron die elkaar beÔnvloeden. Als er een quantum sprong in de vacuŁm energie-dichtheid optreedt, dan verhoogt ook de sterkte van de lading. Met een hogere lading voor de ‘puntvormige entiteit’ van het elektron is het te verwachten dat de omvang van de deeltjeswolk zal toenemen vanwege de sterkere vacuŁm polarisatie en een energiekere Zitterbewegung. (Merk op dat vacuŁm polarisatie optreedt vanwege de tendens van virtuele deeltjes om aangetrokken te worden tot ladingen met tegengesteld teken, terwijl die met hetzelfde teken meer op een afstand blijven [18,43]). Deze grotere wolk van virtuele deeltje, die innig verbonden is met het ‘kale’ elektron geeft aanleiding tot een vergroting van de waargenomen straal van het ‘bedekte’ elektron en het bijbehorende gebied, daar beide de deeltjeswolk omvatten. In feite is dit ‘bedekte’ elektron de entiteit van de klassieke waarnemingen, en datgene waarop zowel de Compton radius als de klassieke radius formules betrekking hebben. Dit betekent onvermijdelijk dat de virtuele deeltjes-wolk de totale waarde van de ‘kale’ lading gedeeltelijk afschermt. Enkele experimenten zijn diep in de virtuele deeltjes-wolk doorgedrongen en ervoeren dat de lading inderdaad toeneemt met toenemende diepte. Feitelijk moet de totale lading van het ‘kale’ elektron nog worden vastgesteld [13,44].

HET BOHR ATOOM

Laten we nu eens nauwkeurig bekijken wat deze nieuwe benadering van de energie van de omloopbanen van elektronen met betrekking tot de roodverschuiving betekent. Het Bohr model van het atoom kent elektronen die rond een atoomkern draaien in miniatuur baantjes, zoals planeten rond de zon. Hoewel er nu meer uitgewerkte modellen van het atoom bestaan, is het in het verleden erkend, dat de theorie van Bohr ‘toch nog vaak wordt gebruikt als een eerste benadering’ [45-47]. Zo is ook veel van het recente werk aan de ZPE en atomen in de SED-aanpak gedaan op het niveau van de theorie van Bohr [23]. Er is gesteld dat de reden daarvoor was het verkrijgen van ‘intuÔtief inzicht en eenvoudige berekeningen’ [16]. In die lijn is deze aanpak ook hier gekozen. In het Bohr model van het atoom beschrijven twee vergelijkingen de omloopenergie [42]. In 1913 quantiseerde Bohr de eerste van deze, nl. de impulsmoment vergelijking. Het impulsmoment van een baan wordt wiskundig geschreven als ‘mvr’, waarbij ‘m’ de massa van het elektron is en ‘v’ zijn snelheid in een baan met straat ‘r’. Bohr gaf aan dat een nauwkeurige benadering van het waargenomen atomaire gedrag wordt bereikt als elektronen theoretisch worden gekoppeld aan die banen welks impulsmoment een veelvoud is van h/(2p ). Wiskundig wordt dat geschreven als

mvr = nh/(2p )

waarbij ‘n’ een geheel getal is, zoals 1, 2, 3, etcetera, genoemd het hoofdquantumgetal. Zoals hierboven al genoemd is ‘h’ de Planck’s quantum-constante. Deze formule beschrijft in feite een serie van toegestane banen voor elektronen in een gegeven atoom. Aldus stelt het de spectraallijn structuur voor elk specifiek atoom vast. Tot zover is het allemaal bekende natuurkunde. De nieuwe aanpak handhaaft de integriteit van Bohr’s eerste vergelijking, zodat op het moment dat er een quantum sprong in baanenergie plaatsvindt, het impulsmoment wordt bewaard.

BOHR’S TWEEDE VERGELIJKING

Bohr’s tweede vergelijking beschrijft de kinetische energie van het elektron in een baan met straat ‘r’. Kinetische energie wordt gedefinieerd als mv≤/2. De standaard vergelijking voor de kinetische energie van de eerste omloopbaan van Bohr, de baan die het dichtste bij de atoomkern ligt (vaak genoemd de grondtoestand omloopbaan), is dan

mv2 /2 = e2 /(8p Qr)

waarbij ‘e’ de lading van het elektron is and ‘Q’ de permittiviteit van het vacuŁm. Deze kinetische energie is in grootte gelijk aan de totale energie van deze baan die het dichtste bij de kern ligt. Als een elektron vanuit de onmiddellijke omgeving van het atoom in deze baan valt, wordt deze energie uitgezonden als een photon. De energie ‘E’ van dit photon heeft een golflengte ‘W’ en zowel energie als golflengte zijn met elkaar verbonden in de standaard vergelijking

E = hc/W.

Zoals we later zullen zien is uit waarnemingen aangetoond dat de ‘hc’ component in deze vergelijking ten allen tijde een absolute constante is. De kinetische energie en de energie van het photon zijn dus gelijk. Ook dit is standaard natuurkunde [42]. Nu kunnen we vanuit Bohr’s tweede vergelijking de volgende vergelijking opschrijven voor de grondtoestand omloopbaan:

E = mv2 /2 = e2 /(8p Qr) = hc/W

Maar, zoals A.P. French aangeeft in zijn afleiding van de relevante vergelijkingen [42], kan de energie ‘E’ van de grondtoestand omloopbaan ook zo geschreven worden:

E = hcR

waarbij ‘R’ de Rydberg constante is, die gelijk is aan 109737,3 cm-1. De Rydberg constante verbindt uitgezonden golflengten met de baanenergie van het atoom [42]. Deze verhouding is ontdekt door de Zweed Johannes Robert Rydberg in 1890. In feite kunnen we nu, een eeuw later, zeggen dat hij meer ontdekt heeft dan dat waarvoor hij is geŽerd. Als we de laatste twee vergelijkingen hierboven met elkaar vergelijken, zal het opvallen dat de verhouding van de golflengte ‘W’ met de energie ‘E’ van de grondtoestand omloopbaan wordt uitgedrukt door

W = 1/R = K

waarbij ‘K’ de Rydberg golflengte is, zodanig dat

1/R = K = 9.11267 x 10-6 centimeter.

EEN NIEUWE QUANTUM CONDITIE

Als we ons nu laten leiden door Bohr en zijn tweede vergelijking gaan quantiseren, vinden we een oplossing voor verschillende moeilijkheden. De waargenomen stapsgewijze toename van de roodverschuiving met de afstand geeft aan dat de golflengten van licht, uitgezonden door sterrenstelsels, ook een stapsgewijze kleine toename ondergaan. Daarom geldt voor de grondtoestand omloopbaan van het Bohr atoom, dat de golflengte ‘K’ moet toenemen in stapjes van een bepaald gedeelte van ‘K’, zeg K/R = R*. Dat houdt in dat K=RR*. Vervolgens kan dan de toename van de golflengte D worden gedefinieerd als

D = nK/R = nR*

Hier is de factor n het nieuwe quantum getal dat dezelfde functie vervult als Bohr’s hoofdquantumgetal ‘n’. Vervolgens vindt Planck’s quantum-constante ‘h’ zijn parallel in ‘R*’. Daaruit volgt dat ‘R*’ kan worden genoemd de Rydberg quantum golflengte omdat het een specifieke fractie is van de Rydberg golflengte. Deze bewuste fractie is gegeven door het dimensieloze getal ‘R’ dat je het Rydberg quantum getal zou kunnen noemen. Analyse van de factoren waaruit de Rydberg constante is samengesteld geven aan dat zo’n dimensieloos getal inderdaad tevoorschijn kan komen, onder voorwaarde dat ťťn redelijke aanname gedaan wordt. De details zijn te vinden in een (nog te publiceren – vert.) artikel. Dit Rydberg quantum getal heeft dan de waarde:

R = (1182.4)p 4= 115176.

Onder deze omstandigheden wordt dan de Rydberg quantum golflengte ‘R*’gedefinieerd als

R* = 1/(RR) = K/R = 7.91197 x 10-11 centimeter.

Daarom volgt daaruit dat golflengten toenemen in stapjes van

D = nR* = n (7.91197 x 10-11 ) centimeter.

Deze nieuwe quantisatie formulie betekent dat de energie (E) van de eerste Bohr omloopbaan zal toenemen in stapjes van D E, zodanig dat

D E = hc / D = hc / nR*.

Dit is geldig op basis van twee factoren. Ten eerste, als ‘n’ afneemt met de tijd, dan bootst het het gedrag van de roodverschuiving na, die ook afneemt met de tijd. Hoge roodverschuivingswaarden voor veraf gelegen objecten betekenen ook hoge waarden voor ‘n’. Ten tweede kan worden aangetoond dat alle atomaire omloopbaan stralen ‘r’ onveranderd blijven door alle quantum-veranderingen heen. Als dat niet zo was, dan zou de abrupte verandering in de afmeting van elk atoom bij een quantum sprong duidelijke fouten in kristallen veroorzaken, die speciaal zouden opvallen in oude rotsformaties. Deze nieuwe quantum formule (procedure) laat ieder atoom in de kosmos toe om simultaan een nieuwe, hogere energiestatus te bekomen voor elk van haar omloopbanen, en in de juiste verhouding, wanneer de ZPE met de tijd toeneemt. En zo is er een weg geopend voor de oplossing van het roodverschuivingsprobleem.

EEN QUANTUM ROODVERSCHUIVING

In het Bohr atoom worden alle baan-energieŽn geschaald ten opzichte van de energie van de baan die het dichtste bij de kern ligt, de grondtoestand omloopbaan. Als deze dus een energieverandering ondergaat, dan zal de energie van de andere banen proportioneel veranderen. Dat betekent dus ook dat de golflengten van het uitgezonden licht zullen veranderen in verhouding tot de energie van de grondtoestand omloopbaan. Dus, als W 0 een bepaalde uitgezonden golflengte is en W1 is de golflengte van de grondtoestand omloopbaan, dan wordt de verandering in golflengte bij een quantum sprong gegeven door

D = nR*W0 /W1.

Nu is de roodverschuiving gedefinieerd als de verandering in golflengte, aangegeven door ‘D’, gedeeld door de referentiegolflengte ‘W’. Ter verduidelijking nemen we aan dat de referentiegolflengte gelijk is aan de golflengte die wordt uitgezonden wanneer een elektron in de grondtoestand omloopbaan van een waterstofatoom valt. Deze golflengte is ongeveer 9,12 x 10-6 centimeter. Voor deze baan is de waarde van ‘D’ in de formule hierboven: 7,91197 x 10-11 centimeter omdat (n = 1) in dit geval. En dus is de roodverschuiving

z = D/W = 8.6754 x 10-6

en de snelheidverandering

cz = 2.600 km/sec.

Dit komt wonderwel overeen met de basiswaarde van 2,68 km/sec van Tifft voor de quantumsprongen in de snelheid van de roodverschuiving. Als het nieuwe quantumgetal de waarde (n = 28) aanneemt, dan wordt de roodverschuiving cz = 72,8 km/sec in vergelijking met de 72,46 km/sec dat Tifft oorspronkelijk vond. Het lijkt ook belangrijk dat voor (n = 14) de roodverschuivingssnelheid 36,4 km/sec is, vergelekn met de 36,2 km/sec die later door Tifft werd vastgesteld.

Als we dus een quantumvoorwaarde opleggen op de Bohr’s vergelijking voor het atoom, resulteert dat in quantumveranderingen in omloopenergie en uitgezonden golflengten die met de waargenomen gegevens overeenkomen. Dit resultaat houdt ook in, dat de gequantiseerde roodverschuiving wel eens niet ten gevolge van een uitdijend heelal zou kunnen zijn. Integendeel, dit nieuwe model suggereert dat het een bewijs zou kunnen zijn dat de ZPE is toegenomen door de tijd heen, dat zo de atomaire omloopbanen telkens hogere energieniveaus aan konden nemen.

EEN TOENEMENDE VACU‹MENERGIE

De hamvraag wordt dan: waarom zou de ZPE eigenlijk toenemen in de loop van de tijd? Eťn van de basisdogma’s van de Big Bang en enkele andere kosmologieŽn is een initiŽle snelle expansie van het heelal. Die initiŽle snelle expansie wordt hier geaccepteerd. Maar… de roodverschuiving kan niet langer meer worden gebruikt als bewijs dat deze initiŽle expansie tot vandaag de dag voortduurt. Als de ruimte inderdaad zijn uniforme expansie zou voortzetten, dan zou de precieze quantisatie van de spectraallijnen, die Tifft heeft beschreven, worden ‘uitgesmeerd’ en dus verloren zijn. Hetzelfde argument geldt voor kosmologische samentrekking. Dit alles suggereert, dat de initiŽle expansie stopte voordat naar rood verschoven spectraallijnen waren uitgezonden door de verst verwijderde sterrenstelsels, en dat sindsdien het universum statisch is. In 1993 publiceerden Jayant Narliker en Halton Arp een document in Astrophysical Journal (nr. 405, p.51) dat onthulde dat een statisch heelal gevuld met materie inderdaad stabiel is tegen ineenstorting.

Maar, de initiŽle expansie blijft zeer belangrijk. Zoals Paul S. Wesson [48], Martin Hewitt [49] en anderen hebben aangetoond, kreeg het physieke vacuŁm initieel een potentiŽle energie in de vorm van een elasticiteit of spanning als gevolg van de expansie van de kosmos. Dit kun je vergelijken met de spanning of elasticiteit in het materiaal van een ballon die opgeblazen wordt. In de loop van de tijd verandert deze spanningsenergie de vorm. Op dezelfde manier zoals energie vrijkomt als water in ijs verandert, zo komt ook de spanningsenergie van het vacuŁm vrij in de vorm van van straling [50]. Zoals Harwit aangeeft, wordt de energie die aanwezig is in de elasticiteit van het vacuŁm (een vorm van potentiŽle energie) omgezet in straling (een vorm van kinetische energie) [49]. In het nieuwe model dat we hier voorstellen, wordt gesteld dat deze potentiŽle energie met name in de nulpuntstraling straling (ZPR) wordt omgezet, bij de ontspanning van de geŽxpandeerde kosmos in de loop van de tijd.

Wat in dit nieuwe model wordt voorgesteld is, dat de ZPR inhoud van het vacuŁm in het begin laag was, maar mettertijd is opgebouwd, toen de elastische spanning werd omgezet in de ZPE van de elektromagnetische velden in het vacuŁm. De roodverschuivingsgegevens laten zien dat deze omzetting van de vacuŁmelasticiteit in de ZPE in essentie een exponentiŽle afname volgt.

HEROVERWEGING VAN DE LICHTSNELHEID

In dit stadium van de discussie wordt een heroverweging van de lichtsnelheid belangrijk. Het is al gezegd dat een toename van de vacuŁm energie-dichtheid resulteert in een toename van de electrische geleidbaarheid en de magnetische doordringbaarheid van de ruimte, omdat zij energie-gerelateerd zijn. Omdat de lichtsnelheid omgekeerd evenredig is met beide eigenschappen, zal de lichtsnelheid uniform door de hele kosmos afnemen, als de energie-dichtheid van het vacuŁm toeneemt. In 1990 hebben Scharnhorst [51] en Barton [20] daadwerkelijk laten zien dat een vermindering van de energiedichtheid van een vacuŁm een hogere lichtsnelheid veroorzaakt. Dit is verklaarbaar in termen van de QED-benadering. De virtuele deeltjes die het ‘bruisende vacuŁm’ vullen kunnen een foton absorberen en weer uitzenden, terwijl zij annihileren. Dit proces, hoewel snel, kost tijd. Hoe lager de energiedichtheid van het vacuŁm, des te minder virtuele deeltjes er op het pad van de zich voortplantende fotonen zullen zijn. Dus zijn er ook minder absorpties en re-emissies over een bepaalde afstand, en dus reist het licht sneller over die afstand [52,53].

Maar, het omgekeerde is ook waar: hoe hoger de energiedichtheid van het vacuŁm, des te meer virtuele deeltjes er met de fotonen in interactie treden over een bepaalde afstand, en dus hoe langzamer het licht ‘reist’. Op dezelfde manier gebeuren er absorpties en re-emissies, als licht een transparant medium zoals glas passeert. Maar deze keer zijn het de atomen in het glas die de fotonen absorberen en heruitzenden. Daarom gaat licht langzamer als het een dichter medium passeert. Hoe meer de atomen samengepakt zijn, des te langzamer zal het licht gaan, als gevolg van het grotere aantal interacties die over een gegeven lengte plaatsvinden. In een recente illustratie van dit verschijnsel werd de lichtsnelheid teruggebracht tot 17 m/sec (!) toen het extreem opeengepakte natrium atomen passeerde in de buurt van het absolute nulpunt [54]. Dit alles is bekend door natuurkundige experimenten. Het komt overeen met Barnett’s commentaar in Nature [11] dat ‘het vacuŁm zeker een buitengewoon mysterieus en ongrijpbaar object is… De suggestie dat de lichtsnelheid wordt bepaald door de structuur van het vacuŁm is een grondig onderzoek door theoretische natuurkundigen waard’.

In dit nieuwe model impliceren de metingen van de roodverschuiving dat de lichtsnelheid, c, exponentieel afneemt. Bij elke gequantiseerde sprong in de roodverschuiving is de lichtsnelheid klaarblijkelijk met een meetbare waarde veranderd. De preciese hoeveelheid hangt af van de waarde die toegekend wordt aan de Hubble constante, die de roodverschuiving van een sterrenstelsel verbindt met zijn afstand.

EEN WAARGENOMEN AFNAME VAN DE LICHTSNELHEID

De vraag komt op, of er wellicht waarnemingsgegevens bestaan die aangeven dat de lichtsnelheid door de tijd heen is afgenomen. Verrassend genoeg zijn er in de wetenschappelijke literatuur van 1926 tot 1940 zo’n 40 artikelen over deze materie verschenen. Enkele belangrijke dingen komen uit deze literatuur naar voren. In 1944 was N.E. Dorsey [57], ondanks een sterke voorkeur voor de onveranderlijkheid van atomaire parameters, met tegenzin gedwongen om toe te geven: ‘Zoals goed bekend is bij hen die vertrouwd zijn met de verschillende metingen van de lichtsnelheid, zijn de definitieve waarden die telkens gerapporteerd werden… over het algemeen en monotoon verminderd vanaf Cornu’s 300,4 megameters/sec in 1874 tot Anderson’s 299,766 in 1940…’ Zelfs Dorsey’s eigen herbewerking van de gegevens kon deze conclusie niet verhinderen.

De afname in de gemeten waarde van ‘c’ was echter al veel eerder opgevallen. In 1886 concludeerde Simon Newcomb met tegenzin dat de oudere resultaten van 1740 met elkaar klopten, maar dat die aangaven dat ‘c’ ongeveer 1% hoger was dan in zijn eigen tijd [58], de vroege jaren 1880. In 1941 herhaalde zich de geschiedenis toen Birge een gelijkluidende opmerking maakte bij het schrijven over de ‘c’-waarden, gevonden door Newcomb, Michelson, en anderen rond 1880. Birge kon niet anders dan concluderen dat ‘…deze oudere resultaten zijn volledig consistent met elkaar, maar hun gemiddelde is bijna 100 km/sec groter dan dat van de acht meer recente resultaten’ [59]. Alle drie deze eminente wetenschappers geloofden in de absolute onveranderlijkheid van ‘c’. Dat verhoogt de waarde van hun voorzichtig toegeven van de experimenteel gevonden afnemende lichtsnelheid.

DE GEGEVENS NADER BEKEKEN

De gegevens die over de laatste 320 jaar zijn verkregen impliceren tenminste een afname van ‘c’. Alle 163 metingen van de lichtsnelheid in deze periode, met 16 verschillende methoden, laten een niet-lineaire afname-trend zien. Voor deze afname-trend zijn er aanwijzingen binnen elke meetmethode alsook over alle metingen tesamen. Verder is er in 1981 een initiŽle analyse gemaakt van het gedrag van een aantal andere atomaire constanten om te zien hoe zij relateerden aan de afname van ‘c’. Op basis van de gemeten waarden van deze ‘constanten’ werd duidelijk dat gedurende het proces van de variatie van ‘c’ de energie gelijk bleef. Bevestigende trends hiervoor zijn te zien in 475 metingen van 11 andere atomaire constanten met behulp van 25 methoden. Analyse van de meest accurate atomaire gegevens laat zien dat die trends consistent zijn met alle andere atomaire parameters die synchroon met de lichtsnelheid veranderen [56].

Al deze metingen zijn gedaan in een periode dat er geen quantum toename in de atomaire energie is geweest. Zij versterken de conclusie dat tussen de voorgestelde quantum sprongen de energie in alle relevante atomaire processen wordt behouden, omdat er geen extra energie uit de ZPF beschikbaar is voor het atoom. Omdat de energie niet verandert, variŽren de aan ‘c’ gerelateerde atomaire constanten synchroon met ‘c’, en wordt de bestaande orde in de kosmos niet verbroken of verstoord. Terugkijkend was het dan ook juist dit gedrag van de diverse constanten, die aangaven dat er energiebehoud is, de belangrijkste aanleiding tot de ontwikkeling van het Norman-Setterfield rapport in 1987: The Atomic Constants, Light and Time [56].

De massa gegevens die deze conclusies ondersteunen omvatten 638 waarden, gemeten door middel van 43 methoden. Montgomery en Dolphin deden een verdere omvangrijke statistische analyse van deze gegevens in 1993 en concludeerden dat de resultaten de voorgestelde afname van ‘c’ ondersteunden, onder voorwaarde van energie-behoud [60]. De analyse werd verder ontwikkeld en formeel gepresenteerd door Montgomery in augustus 1994 [61]. Deze documenten beantwoordden vragen betreffende de gebruikte statistische methoden, en zijn tot heden toe niet weerlegd.

ATOMAIRE GROOTHEDEN EN ENERGIEBEHOUD

De constante van Planck en de massa zijn twee van de grootheden die synchroon met ‘c’ variŽren. In dezelfde periode waarin de metingen van ‘c’ een afname vertoonden, gaven de metingen van ‘h’ een toename te zien, zoals gedocumenteerd in het Rapport van 1987. De meest bindende gegevens uit de astronomie onthullen dat ‘hc’ een werkelijke constante moet zijn [62-65]. Daaruit volgt dat ‘h’ precies evenredig moet zijn met ‘1/c’. Dit is verklaarbaar in termen van de SED-benadering omdat – zoals hierboven genoemd – ‘h’ feitelijk een maat is van de sterkte van de nulpuntvelden (ZPF). Als de ZPE toeneemt, dan ook ‘h’ in dezelfde mate. Zoals eerder aangegeven betekent een toenemende ZPE ook dat ‘c’ moet afnemen. Met andere woorden: als de energie-dichtheid van de ZPF toeneemt, dan neemt ‘c’ af zodanig dat ‘hc’ invariant is. Een gelijksoortige analyse kan worden gedaan voor andere, met de tijd variŽrende ‘constanten’ die overeenkomstig met ‘c’ veranderen.

Deze analyse onthult enkele belangrijke consequenties die resulteren uit Einstein’s beroemde vergelijking [E = mc≤], waarbij ‘E’ energie is en ‘m’ massa. Gegevens uit het Norman/Setterfield rapport bevestigen de analyse, dat ‘m’ evenredig is met 1/c≤ binnen een quantum interval, zodat de energie (E) niet beÔnvloed wordt als ‘c’ varieert. Haisch, Rueda en Puthoff bevestigen onafhankelijk daarvan, dat als de energie-dichtheid van de ZPF afneemt, ook de massa afneemt. Zij bevestigen dat ‘E’ in Einstein’s vergelijking niet beÔnvloed wordt door deze overeneenkomstige veranderingen met betrekking tot ‘c’ [16].

Als we deze analyse voortzetten, ontdekken we dat het gedrag van ‘m’ nauw verbonden is met het gedrag van de gravitatieconstante ‘G’ en zwaartekracht verschijnselen. Het kan worden aangetoond dat ‘G’ varieert, zodanig dat ‘Gm’ invariant is door de tijd heen. De relatie tussen ‘G’ en ‘m’ komt overeen met de relatie tussen de constante van Planck en de lichtsnelheid, die de grootheid ‘hc’ onveranderd laat. De grootheid ‘Gm’ komt in de relevante zwaartekracht of atomaire baan vergelijkingen altijd voor als een eenheid [66]. Daarom blijven zwaartekracht- en elektronenbaan-verschijnselen onveranderd bij variŽrende lichtsnelheid, evenals planetaire perioden en afstanden [67]. Met andere woorden: versnelling door zwaartekracht, gewicht en planetaire omlooptijden blijven onafhankelijk van elke verandering van ‘c’. Daaruit volgt dat astronomische omloopperioden van de aarde, de maan en de planeten een onafhankelijke, dynamische klok vormen, waarmee atomaire processen kunnen worden vergeleken.

HET GEDRAG VAN ATOOMKLOKKEN

Deze vergelijking tussen dynamische klokken en atoomklokken leidt tot een ander aspect van deze discussie. Waarnemingen onthullen dat een hogere lichtsnelheid impliceert dat sommige atomaire processen overeenkomstig sneller worden. Dit omvat atomaire frequenties en de tiksnelheid van atoomklokken. In 1934 werd experimenteel vastgesteld dat ‘c’ varieerde, maar dat de gemeten golflengten van het licht onveranderd bleven. Professor Raymond T. Birge, die persoonlijk het idee van een variŽrende lichtsnelheid niet kon accepteren, stelde niettemin dat de gevonden gegevens slechts ťťn conclusie toelieten: Hij stelde dat ‘c’ werkelijk varieerde en dat de golflengten gelijk bleven, wat alleen kon betekenen dat ‘de waarde van elke atomaire frequentie… moet veranderen’ [68].

Birge kon deze opmerking maken vanwege een vergelijking die de golflengte ‘W’ van licht verbindt met de frequentie ‘F’ en de lichtsnelheid ‘c’. De vergelijking is: ‘c = FW’. Als ‘W’ constant is en ‘c’ wijzigt, dan moet ‘F’ in verhouding tot ‘c’ ook veranderen. Verder wist Birge dat de frequentie van licht, dat door atomen wordt uitgezonden, recht evenredig is met de frequentie van de omwenteling van atomaire deeltjes in hun banen [42]. Alle atomaire frequenties zijn dus recht evenredig met ‘F’, en dus ook recht evenredig met ‘c’, precies zoals Birge aangaf.

De snelheid van atoomklokken wordt bepaald door atomaire frequenties. Hieruit volgt dus dat deze klokken, in al hun diverse vormen, tikken met een snelheid evenredig met ‘c’. De atoomklok is dus afhankelijk van ‘c’, terwijl de dynamische klokken onafhankelijk daarvan tikken met een constante snelheid. In 1965 wees Kovelasky op het omgekeerde hiervan. Hij stelde dat, als de twee kloksnelheden verschillend waren, dat ‘… dan zowel de constante van Planck als de atomaire frequenties afwijken’ [69]. En dat is precies wat de waarnemingen onthullen.

Dit heeft praktische consequenties voor de meting van ‘c’. In 1949 werd de frequentieafhankelijke ammonia kwartsklok geÔntroduceerd die de standaard werd in veel wetenschappelijke laboratoria [70]. Vanaf 1967 waren de atoomklokken over de hele wereld geaccepteerd als tijdmeters. Methoden die atoomklokken gebruiken om ‘c’ te meten zullen echter altijd falen om enige verandering in de lichtsnelheid te ontdekken omdat hun tik-snelheid met ‘c’ varieert. Dat is te zien aan de verandering in het karakter van ‘c’-metingen nadat deze klokken waren geÔntroduceerd. Als gevolg daarvan verklaarde de vergadering van de ‘Confťrence Gťnťrale des Poids et Mesures’ in oktober 1983 in Parijs, dat ‘c’ een absolute constante is [71]. Sinds dat ogenblik zou iedere verandering in de lichtsnelheid moeten worden afgeleid van metingen, die geen gebruik maken van atoomklokken.

VERGELIJKING VAN ATOOMKLOKKEN EN DYNAMISCHE KLOKKEN

Dit probleem met frequenties en atoomklokken kan echter extra gegevens verschaffen om te benutten. Het is in principe mogelijk om bewijzen voor de verandering van de lichtsnelheid te verkrijgen door de snelheid van atoomklokken te vergelijken met die van dynamische klokken. Als dit wordt gedaan, dan wordt er een verschil in tiksnelheid vastgesteld. Dr. Thomas van Flandern van het US Naval Observatory in Washington heeft over een aantal jaren tot aan 1980 gegevens onderzocht van afstandsbepalingen tot de maan met lasers, gebruik makend van atoomklokken, en hij vergeleek deze gegevens met die, verkregen van dynamische klokken. Uit deze vergelijking van gegevens concludeerde hij dat ‘…het aantal atoomseconden in een dynamisch interval wordt minder. Ik veronderstel dat, als dit resultaat algemeen is, dit betekent dat atomaire processen vertragen ten opzichte van dynamische verschijnselen’ [72]. Van Flandern is recentelijk betrokken geweest in de vaststelling van de parameters van de klokken in het Global Positioning System (GPS) van satellieten die gebruikt worden voor navigatie over de hele wereld. Zijn klok-vergelijkingen gaven aan, dat atomaire verschijnselen begonnen achter te lopen op de dynamische standaardtijd, tot rond 1980. Dit houdt in dat ‘c’ nog steeds afnam, onafhankelijk van de resultaten die verkregen zijn met frequentieafhankelijke metingen van de moderne atoomklokken.

ER IS EEN OSCILLATIE BIJ BETROKKEN

Deze tijdsvergelijkingen zijn ook nuttig op een andere manier. De atomaire data van historische voorwerpen kunnen worden bepaald via radiometrische datering. Deze data kunnen dan vergeleken worden met bekende historische data. Deze vergelijkingen staan ons toe om de situatie vůůr 1678 te analyseren, toen de de Deense astronoom Roemer zijn eerste meting van de lichtsnelheid deed. Als deze vergelijking wordt uitgevoerd zien we dat het gedrag van de lichtsnelheid een oscillatie bevat, gesuperponeerd op de exponentiŽle vervalcurve, die onthuld werd door de roodverschuiving. Deze gegevens schijnen te suggereren dat er een oscillatiepiek was ergens rond 500 AD. Verder is het van belang om op te merken, dat metingen aan verscheidene atomaire constanten verbonden met ‘c’ er ook op schijnen te wijzen, dat de vervalcurve van ‘c’ rond 1980 een dieptepunt had bereikt en weer is begonnen toe te nemen. Er zijn meer gegevens nodig voordat een definitieve uitspraak kan worden gedaan.

Omdat de oscillatie klein is, wordt die alleen maar duidelijk als de exponentiŽle curve horizontaal begint te lopen. Zoals Close [73] en D’azzo & Houpis [74] aangaven in 1966, is dit typisch voor veel fysische systemen. De complete responsie van een systeem op een energie-input bestaat uit twee gedeelten: de geforceerde responsie en de vrije of natuurlijke responsie. De geforceerde responsie komt van de energie-injectie in het systeem. De vrije responsie is de eigen, natuurlijke oscillatieperiode van het systeem. Deze twee samen beschrijven het complete gedrag van het systeem. In dit nieuwe model representeert de exponentiŽle curve de energie-injectie in het systeem die zich vanuit de initiŽle elastische spanning omzet in de ZPE, terwijl de oscillatie komt van de natuurlijke responsie van de kosmos op deze energie-injectie. Dit tweevoudige proces heeft zowel het atomaire gedrag als de lichtsnelheid beÔnvloed door de hele kosmos.

LICHTSNELHEID EN DE PRILLE KOSMOS

Het onderwerp van de lichtsnelheid in de prille kosmos ontving recentelijk enige aandacht in verschillende toonaangevende tijdschriften. De Russische natuurkundige V.S. Troitskii van het Radiophysical Research Institute in Gorki begon in december 1987 met de publicatie van een analyse van 22 pagina’s in Astrophysics and Space Science betreffende problemen die kosmologen met het prille universum tegen het lijf lopen. Hij keek naar een mogelijke oplossing, verondersteld dat de lichtsnelheid continu afnam gedurende de leeftijd van de kosmos en de daarmee verbonden atomaire constanten synchroon varieerden. Hij suggereerde dat het licht in het begin van de kosmos, een snelheid zou kunnen hebben gehad van 1010 maal zijn huidige waarde. Hij concludeerde dat de kosmos statisch was en niet uitdijend.

In 1993 had J.W. Moffat van de Universiteit van Toronto, Canada, twee artikelen gepubliceerd in de International Journal of Modern Physics D (zie ook [75]). Hij suggereerde dat er een hoge waarde voor ‘c’ was in de vroegste ogenblikken van het ontstaan van de kosmos, waarna die snel terugviel tot zijn huidige waarde. Daarna ontving in januari 1999 een artikel door Andreas Albrecht en Joao Magueijo in Physical Review D, getiteld ‘A Time Varying Speed Of Light As A Solution To Cosmological Puzzles’ heel wat aandacht. Deze auteurs lieten zien dat aantal serieuze problemen waarmee kosmologen te maken hebben opgelost konden worden door een zeer hoge initiŽle lichtsnelheid.

Net zoals Moffat voor hen, beperkten Albrecht en Magueijo hun initiŽle hoge lichtsnelheid en de voorgestelde dramatische afname tot de huidige snelheid, tot een zeer begrensde tijdsperiode gedurende het ontstaan van de kosmos. Maar in hetzelfde nummer van Physical Review D verscheen een artikel door John D. Barrow, Professor of Mathematical Sciences aan de Universiteit van Cambridge. Hij voerde dit concept een stap verder door te stellen dat de lichtsnelheid teruggevallen was van de waarde, voorgesteld door Albrecht en Magueijo, tot de huidige waarde, gedurende de gehele leeftijd van de kosmos.

Een artikel in de New Scientist van 24 juli 1999 vatte deze voorstellen samen in ťťn zin: ‘Noem het ketterij, maar alle grote kosmologische problemen smelten weg als sneeuw voor de zon, als je ťťn regel overtreedt, zegt John D. Barrow – de regel die zegt dat de lichtsnelheid nooit verandert’. Het is belangwekkend dat de initiŽle lichtsnelheid, voorgesteld door Albrecht, Magueijo en Barrow 1060 maal de huidige waarde is. In contrast daarmee laten de gegevens van de roodverschuiving een minder dramatisch beeld te zien. De verste objecten die met de Hubble ruimtetelescoop zijn gezien, hebben een roodverschuiving van 14. Dat geeft aan dat de lichtsnelheid toen 9 x 108 maal groter was dan nu. Bij het begin van de kosmos moet deze dan tot ongeveer 2,5 x 1010 maal de huidige waarde van ‘c’ zijn geweest. Dat ligt meer in de lijn van Troitskii’s voorstel, en is beduidend conservatiever dan de schattingen van Barrow, Albrecht en Magueijo. Deze lagere, meer conservatievere schatting is ook in overeenstemming met het Norman-Setterfield rapport van 1987.

CONCLUSIES UIT HET VOORGESTELDE MODEL

(1) Energie van verre astronomische bronnen

Verafstaande quasars [76] en gamma stralingsflitsen [77] zenden een intense stroom van roodverschoven fotonen uit. Soortgelijke objecten, echter, waarvan we weten dat ze dichterbij staan, zenden niet dezelfde energie uit. Dit is een verschijnsel dat gerelateerd schijnt te zijn aan de afstand, en dat resulteert in een dilemma met betrekking tot de energiebron voor de beide soorten objecten.

Er wordt doorgaans aangenomen dat fotonen met roodverschuiving van buiten ons melkwegstelsel uitgezonden werden met dezelfde energie als fotonen zonder roodverschuiving binnen ons melkwegstelsel. We weten echter dat fotonen met roodverschuiving een lagere energie hebben. Dit model veronderstelt dat deze fotonen ook al een lagere intrinsieke energie hadden op het moment van uitzenden. Het kan worden aangetoond dat de energie van sterren ongeveer hetzelfde blijft bij alle quantum sprongen. Daarom moeten sterren meer laag energetische fotonen per eenheid van volume hebben uitgezonden in het verleden, om bij benadering de totale hoeveelheid energie hetzelfde te houden.

Dit verklaart waarom wij veel meer intense stromen van roodverschoven fotonen zien van verre astronomische objecten, dan van vergelijkbare dichtbij zijnde objecten: om de totale hoeveelheid uitgezonden energie te handhaven, moesten er vroeger meer laag energetische fotonen worden uitgezonden.

(2) Quantum schillen

Dit model neemt aan dat iedere quantum-verandering op hetzelfde ogenblik door de hele kosmos plaatsvindt. Toch is er een bepaalde tijd nodig voordat het door atomaire processen uitgezonden licht de waarnemer bereikt. Daaruit volgt, dat de waargenomen roodverschuiving lijkt te zijn gequantiseerd in bolvormige ‘schillen’ rondom elke waarnemer, waar dan ook in het universum. De afstand tussen de schilgrenzen zal constant zijn vanwege het unieke gedrag, zoals beschreven door de vergelijkingen die van de waargenomen gegevens zijn afgeleid. Deze afstand tussen de schilgrenzen is ongeveer 138.000 lichtjaar, en markeert de afstand tussen de opeenvolgende roodverschuivingssprongen van 2,73 km/sec. Alle objecten die licht uitzenden binnen die schil hebben dezelfde roodverschuiving.

(3) Ontbrekende massa (‘missing mass’) in clusters van sterrenstelsels

De relatieve snelheden van individuele sterrenstelsels binnen clusters worden gemeten aan de hand van hun roodverschuiving. Uit deze metingen van de roodverschuiving wordt geconcludeerd, dat de snelheden van die sterrenstelsels te hoog zijn om binnen het cluster te blijven bij de veronderstelde ouderdom van het universum. Daarom hebben astronomen gezocht naar de ontbrekende massa, die nodig is om zulke clusters bijeen te houden door middel van de zwaartekracht. Maar als de roodverschuiving geen snelheid aanduidt, zoals hier is aangenomen, dan verdwijnt het hele probleem. Omdat de werkelijke relatieve snelheden van sterrenstelsels dan klein zijn, mankeert er geen massa. (Merk op dat dit niet het probleem van de mankerende massa in spiraalvormige sterrenstelsels oplost; dat is een geval apart.)

(4) Een uniforme microgolf achtergrondstraling

Een initiŽle hoge waarde voor de lichtsnelheid betekent dat de straling in de allereerste momenten van de kosmos snel wordt gehomogeniseerd door verstrooiingsprocessen. Dat betekent dat de straling die we daarvan waarnemen zowel uniform als gelijkmatig zal zijn. En dit is precies wat we zien met de microgolf achtergrondstraling die uit alle richtingen van het heelal komt [78]. Dit model verschaft dus een antwoord op de gelijkmatigheid ervan, zonder de noodzaak van secundaire aannames betreffende de distributie van materie en de vorming van sterrenstelsels, die voor de huidige theorieŽn een probleem zijn.

(5) Correcties op de atoomklok

Nu we weten hoe lichtsnelheid en atoomklokken zich hebben gedragen vanwege de roodverschuiving, kunnen atoomklokken and radiometrische klokken worden gecorrigeerd om de werkelijke dynamische tijd af te lezen. Dat betekent ook, dat geologische tijdperken nu kunnen worden voorzien van een nieuwe dynamische tijdschaal. Dit noodzaakt tot een heroriŽntering in ons huidig denken over deze onderwerpen.

(6) Slotopmerking

In dit artikel zijn de effecten beschreven van de verandering van de vacuŁm energiedichtheid op een uniforme manier door de hele kosmos. Dat sluit in geen geval de mogelijkheid uit, dat de vacuŁm energiedichtheid kan variŽren op lokale astronomische schaal, mogelijk ten gevolge van energierijke processen. In zulke gevallen kunnen dramatisch verschillende roodverschuivingen worden verwacht als twee naburige astronomische objecten vergeleken worden. Arp heeft een aantal potentiŽle gevallen op een rij gezet, waar deze verklaring van toepassing kan zijn [79,80].

SAMENVATTING

Dit model stelt, dat een initieel klein, heet, massief en hoog energetisch universum een snelle expansie onderging tot zijn huidige omvang, en sindsdien statisch bleef. De potentiŽle vacuŁmenergie in de vorm van een elasticiteit of spanning ten gevolge van de initiŽle expansie, werd exponentieel omgezet in de vacuŁm ‘nulpuntstraling’. Dit had twee gevolgen. Ten eerste was er een progressieve afname van de lichtsnelheid. Gelijktijdig ondergingen atomaire deeltjes en atoombaan energieŽn een reeks quantum toenames, naarmate meer energie vanuit het vacuŁm daarvoor beschikbaar kwam. In de loop der tijd gingen daardoor de atomen licht uitzenden dat in sprongsgewijs verschoof in de richting van het energierijkere blauwe eind van het spectrum. Ten gevolge daarvan zien we dit proces in omgekeerde volgorde, als we terugkijken in de tijd naar steeds verder verwijderde astronomische objecten. Met andere woorden: het licht van deze sterrenstelsels is in sprongen verschoven naar het rode eind van het spectrum. De implicaties van dit model lossen een aantal astronomische problemen op, maar bieden tegelijkertijd nieuwe uitdagingen aan een aantal hedendaagse historische interpretaties.

DANKBETUIGINGEN

Mijn intense dankbaarheid gaat naar Helen Fryman voor de vele uren die ze gaf om dit document leesbaar te maken voor een breed publiek. Verder ben ik dank verschuldigd aan Dr. Michael Webb, Dr. Bernhard Brandstater and Lambert Dolphin voor hun vele nuttige discussies en betrouwbare adviezen. Tenslotte ben ik ook erkentelijk voor de scherpe opmerkingen van ‘Lucas’ die resulteerden in een aantal belangrijke verbeteringen van dit document.

Referenties

Terug naar hoofdpagina


© BARRY SETTERFIELD - 15 November 1999. Edits 14 December 1999, January 10, 2000, February 18, 2000.

Nederlandse vertaling: Rinus Kiel, 15 november 2000, met toestemming van Barry Setterfield