Waarom "leegte" helemaal niet leeg is

Pak even plaats. Natuurkundigen denken dat ze misschien hebben bewezen dat de lege ruimte helemaal niet leeg is. Technisch gezien zit die ruimte... vol? Ik weet het, het klinkt als iets waar je filosofiedocent na te veel koffie mee aankomt, maar blijf hangen.

Heisenbergs dwaze idee

Bijna negentig jaar geleden kwam de briljante fysicus Werner Heisenberg met een gekke gedachte. Hij stelde voor dat wat wij "lege ruimte" noemen — de vacuüm van het universum — helemaal niet leeg is. In plaats daarvan bruist het van de kleine "virtuele deeltjes" die in het bestaan springen en vrijwel meteen weer verdwijnen. Het gaat om dingen die er tegelijk wel en niet zijn — typisch quantumfysica dus.

Hij noemde dit verschijnsel vacuüm-birefringentie, en hier wordt het spannend. Wanneer licht door een gebied reist met zo'n virtueel deeltjesveld én een ongelooflijk sterk magneetveld, gebeurt er iets vreemds: het licht wordt gepolariseerd. De golven gaan zich uitlijnen in een specifieke richting. Hoe sterker het magneetveld, hoe duidelijker dit effect.

Het probleem? Zulke sterke velden kunnen we niet maken

Hier komt het: om dit effect daadwerkelijk te zien, heb je een magneetveld nodig dat meer dan 100 miljoen keer sterker is dan alles wat we ooit in een laboratorium hebben gemaakt. Op aarde komen we daar nergens bij in de buurt. Het is alsof je diepzeewezens wilt bestuderen, maar alleen kunt kijken wat je vanuit je achtertuin zwembad kunt zien.

Maar de natuur, zo blijkt, is absoluut krankzinnig.

De magneetster

Wetenschappers richtten hun aandacht op iets dat een magneetster heet — een zeldzaam type neutronster met de sterkste magneetvelden in het hele universum. Deze dingen zijn absuurd. Het magneetveld van een magneetster is zo sterk dat als je binnen ongeveer 1.000 kilometer zou komen, het veld de elektronen uit elke atoom in je lichaam zou rukken. Je zou letterlijk uit elkaar vallen in je samenstellende atomen. Niet bepaald een aanrader voor vakantie.

Dr. Marcus Lower van de Swinburne University leidde waarnemingen van een magneetster genaamd 1E 1547.0-5408 met flink indrukwekkende apparatuur: CSIRO's Parkes-radiotelescoop en data-analyse op hun Ngarrgu Tindebeek-supercomputer. Ze combineerden hun bevindingen ook met metingen van NASA's röntgentelescopen in de ruimte.

Wat vonden ze?

Het team volgde hoe de radiogolven en röntgenstraling van de magneetster gepolariseerd raakten terwijl de ster draaide. En hier wordt het opwindend: de polarisatierichting bleef vergrendeld aan de oriëntatie van het magneetveld van de magneetster — precies wat de theorie voorspelt als vacuüm-birefringentie plaatsvindt.

Zowel de radiogolven als de röntgenstraling toonden deze uitlijning, wat beschouwd wordt als een sterk teken dat Heisenbergs virtuele deeltjes inderdaad beïnvloeden hoe licht door deze extreme omgeving reist.

Waarom zou jij je hier druk om maken?

Als dit resultaat stand houdt, is het nogal een ding. Ten eerste is het een voorspelling van bijna negentig jaar oud die eindelijk op de proef wordt gesteld. Dat is min of meer de natuurkundige versie van ontdekken dat het wilde idee van je overgrootouder over iets toch klopte.

Nog belangrijker: het geeft ons een manier om quantumfysica te bestuderen onder omstandigheden die we nooit op aarde kunnen namaken. Deze magneetsters zijn natuurlijke laboratoria om te begrijpen hoe de fundamentele regels van het universum werken wanneer ze tot het uiterste worden opgevoerd.

De onderzoekers hebben meer data en betere simulaties nodig om andere verklaringen uit te sluiten, maar ze zijn voorzichtig optimistisch. Zoals Dr. Lower het verwoordde, zouden ze misschien eindelijk de "quest die Heisenberg bijna 90 jaar geleden begon, kunnen voltooien."

De conclusie

Wat ik zo geweldig vind aan dit verhaal: het herinnert ons eraan dat het universum vreemder is dan we ons kunnen voorstellen. Die "lege" ruimte tussen de sterren? Die is helemaal niet leeg. Het is een quantumsoep van deeltjes die in en uit het bestaan fladderen, die het licht dat erdoor reist beïnvloeden. Elke keer dat je naar de nachthemel kijkt, zie je fotonen die gevormd zijn door deze onzichtbare dans.

Wetenschap, hè? Blijft altijd cool.

Bron: ScienceDaily — [gebaseerd op oorspronkelijk onderzoek]