Onderzoeken naar de lichtsnelheid

Samenvatting: De lichtsnelheid wordt heden ten dage algemeen beschouwd als constant, waarmee dan een hele serie andere ‘natuurconstanten’ dus ook constant=onveranderlijk zijn. Setterfields onderzoek geeft aanleiding om daar grote vraagtekens bij te zetten. En hij is beslist niet de enige. Hieronder volgt het verhaal.

Dat we als eerste onderwerp ‘lichtsnelheid’ behandelen is, omdat Setterfields onderzoek met dit item is begonnen, en voor veel critici is het blijkbaar ook hierbij gebleven; zij zijn nooit verder gekomen dan hier, Setterfield wel. Goed: lichtsnelheid.

Galileï

Van de oudheid tot in de middeleeuwen werd de snelheid van het licht als oneindig gezien. Er waren hier en daar wel dissidenten, maar die werden niet echt serieus genomen. De eerste moderne wetenschapper, die vermoedde dat licht een eindige snelheid heeft, was Galileï (1564-1642). Hij stelde in 1638 voor om dat te meten, en gaf aan dat een combinatie van lampen, telescopen en sluiters, over afstanden van enkele kilometers, een antwoord op die vraag zou kunnen geven. In 1667 schijnt er in Florence zo’n experiment te zijn geweest, echter met onduidelijke resultaten. Natuurlijk geen wonder, met de toenmalige middelen!

Rømer

Toch hield dit vraagstuk de aandacht gevangen. In 1675-1677 deed de Deense astronoom Ole Christensen Rømer (1644-1710) een aantal metingen aan de omlooptijd van de Jupiter-maan Io. Er bleken tijdsverschillen te bestaan tussen de metingen gedaan terwijl de aarde in de richting van Jupiter bewoog en die, gedaan als de aarde van Jupiter af bewoog. Rømer concludeerde daaruit dat licht een eindige snelheid had. Hoe snel, wist hij niet, omdat de afstanden in het zonnestelsel nog niet precies genoeg bekend waren. Anderen hebben later met zijn methode wel berekeningen gedaan en vonden dat de snelheid van het licht dan zo’n 307.600 km/sec ± 5400 km/sec moest zijn, maar de methode blijft tamelijk onnauwkeurig. In de loop van de tijd zijn er nog vele metingen gedaan en met verschillende methoden. Opvallend is, dat al die methoden door de tijd heen een duidelijke afname van de lichtsnelheid laten zien, waarbij de foutmarges van die metingen ruimer worden naarmate ze ouder zijn. Dat ligt niet alleen aan het relatief gebrekkige instrumentarium maar ook aan de stand van de kennis in die tijd. We moeten hierbij bedenken dat die afname een doorn in het oog van de natuurkundigen was. Ze gingen er van uit dat de lichtsnelheid constant was. Vandaar dat er telkens nieuwe series metingen werden gestart, maar met als resultaat dat de gemeten waarden doorgaans lager waren dan de laatste metingen daarvóór.

Einstein

De reden dat er recentelijk weinig aandacht meer is geschonken aan het vermoeden dat de snelheid van het licht niet constant was, ligt in het feit, dat men in een geordend heelal niet goed raad wist met een afnemende lichtsnelheid. Het paste niet goed in de denkwijze. En evenals na Galileï en Kepler nog velen vasthielden aan cirkelvormige banen voor de planeten – omdat dat beter overeen kwam met hun idee van volmaakte ordening – zo ‘landde’ ook het idee van een variabele lichtsnelheid niet echt. Men wilde het eigenlijk niet accepteren en zocht verder, want de uiteindelijke lichtsnelheid moest toch constant zijn! Toen Einstein (1879-1955) zijn relativiteitstheorieën had gepubliceerd (1905, 1916) waarbij hij als uitgangspunt nam dat de lichtsnelheid de constante factor is in het heelal, zagen nog maar weinigen het nut in van een studie naar de lichtsnelheid, want – zo redeneerde men – Einstein heeft aangetoond (dat is niet juist: E. heeft aangenomen) dat die constant is en bovendien kunnen die verschillen in de metingen wel toe te wijzen zijn aan onvolkomenheden van apparatuur en methoden. Men lag er niet wakker van. Maar het zat toch niet lekker.

Birge

Prof. R.T. Birge publiceerde in 1941 een artikel met als titel: ‘Met speciale verwijzing naar de lichtsnelheid’,¹ handelend over de veranderende waarden van atomaire constanten. Een citaat: “Elk geloof in de verandering van de fysieke natuurconstanten is in tegenspraak met de geest van de wetenschap”. Een vreemde uitspraak, want het was juist Birge die door de jaren heen had bijgehouden hoe verschillende ‘constanten’ varieerden, en publiceerde daarover periodiek tabellen en grafieken. Ook Setterfield heeft dankbaar van deze gegevens gebruik gemaakt. De motivatie van Birge was, dat het gegeven dat lichtsnelheid varieerde tezamen met het niet veranderen van de golflengte, er op duidde dat de atoomfrequenties ook varieerden. En dat was in die tijd steeds moeilijker te verkopen, omdat hij natuurlijk wel besefte dat dan ook de ouderdomsmetingen die met behulp van radioactief verval werden gedaan, niet meer constant waren. Met als schrikbeeld wellicht een jong heelal! Dit nu was onaanvaardbaar, voor Birge en velen met hem. Hiermee leek het finale oordeel uitgesproken. Aan de onderzoeken naar de variabiliteit van de lichtsnelheid kwam vrijwel een eind. Totdat…

Setterfield 1

In 1983 verscheen een monograaf² van de hand van de Australische fysicus/geoloog Barry Setterfield (1942-), waarin hij melding doet van zijn research naar de variabiliteit van de lichtsnelheid, waaraan gekoppeld de variabiliteit van vele natuur-‘constanten’, en de consequenties voor vele gebieden van de natuurkunde. Zo komt hij op een heelal dat niet ouder kan zijn dan zo’n 18.000 jaar! Het was een eerste poging om serieus met die materie om te gaan. Eerder was dit werk gepubliceerd door de Creation Science Foundation in Australië als een serie artikelen. Setterfield presenteerde zijn werk op een Creationistische conventie in de USA in 1983. Daarop werd heel wat commentaar geleverd, dat hij heeft gebruikt om een tweede, meer uitgerijpte versie van zijn werk te schrijven. Hij werkte daartoe samen met Flinders University in Australië. De wiskundige Trevor Norman assisteerde hem bij al het rekenwerk en controleerde de juistheid en de consistentie daarvan.

Setterfield nam als uitgangspunt voor zijn rapport alle bekende metingen van de lichtsnelheid, en onderwierp die aan rigoureuze tests. Zo selecteerde hij de onbetrouwbare uitkomsten er uit. De metingen van de lichtsnelheid waren gedaan met behulp van diverse methodes. Het opmerkelijke was, dat de metingen voor elke methode een gestadige afname van de lichtsnelheid lieten zien. Het meest opvallend waren de metingen, gedaan op het Pulkovo observatorium bij St. Petersburg, die vanaf 1735-1942 uitgevoerd zijn met de aberratiemethode, met hetzelfde instrument, en door een opvolging van slechts een gering aantal waarnemers. Een karakteristiek van deze methodiek is dat de gemeten waarden systematisch te laag zijn, maar zij zijn dat dus over de hele meetperiode. De error bars van de Pulkovo metingen tot 1800 overlappen die na 1850 niet, en de error bars na 1850 overlappen die na 1920 niet. Er is dus een onmiskenbare en onloochenbare afname. Dat dit heden ontkend wordt, zegt meer over het gebrek aan contact met de realiteit van de huidige natuurkundigen, dan over deze reeks metingen. Zie onderaan bijlage 3 voor detailinformatie.

Het is niet mogelijk om uit de beperkte metingenperiode van de lichtsnelheid te concluderen tot de gehele curve en zodoende een begintijdstip vast te stellen. Toch heeft Barry zich aanvankelijk helaas laten verleiden om dat te doen, zij het met vele voorbehouden. Dat is hem uitgebreid aangewreven. Pas de research aan andere elementen van de natuurkunde gaf de mogelijkheid om een voorlopig begintijdstip vast te stellen.
Meer over de metingen van de lichtsnelheid

Het lijkt alsof met Birge’s uitspraak uit 1941 het de zaak definitief afgedaan is, de werkelijkheid laat een ander gezicht zien. Er zijn in de loop van de tijd, vanaf 1750 tot 1941 duizenden metingen van de lichtsnelheid gedaan, met verschillende methoden. Zie daarvoor de tabellen en grafieken op: Aberration data – PulkovoKulikov. Deze geven onmiskenbaar een afname van de lichtsnelheid aan over de genoemde periode. Niet vergeten moet worden dat alle onderzoekers verwachtten, en er van uitgingen, dat de lichtsnelheid een constante was die nu vastgesteld moest worden. Maar tot ergernis en teleurstelling bleken nieuwe metingen telkens een lagere waarde aan te geven.

Onweerlegbaar een afname, dus! In 1882 gebruikten drie geleerden drie verschillende methodes om de lichtsnelheid te meten. Het gemiddelde van deze drie metingen was 299.854 km/s. De onderlinge afwijking was slechts 5 km/s. Tegenwoordig is de lichtsnelheid als een constante gedefinieerd. Dat is gebeurd in 1983. De curve van de afnemende lichtsnelheid had een laagste punt in de 1970/80-er jaren. Verschillende metingen van de lichtsnelheid vertoonden onderling maar minimale afwijkingen meer. Men heeft toen in 1983 de meest recente metingen gemiddeld en de lichtsnelheid gedefinieerd als een constante met een waarde van 299.792,458 km/sec. In 1926 deed de natuurkundige Albert Michelson een aantal proeven met 5 verschillende soorten spiegels en prisma’s. Na meer dan 300 proeven met elke soort, verschilden de resultaten van de 5 soorten onderling slechts 1 km/s. Hij bepaalde de waarde van de lichtsnelheid op 299.798 km/s. Dit is 56 km/s langzamer dan in 1882 en 5,5 km/s sneller dan tegenwoordig.

In 1927 leidde een sterrenkundige, M.E.J. Gheury de Bray, een analyse van de gegevens over de lichtsnelheid. Na vier nieuwe vaststellingen in april 1931, merkte hij op: “Als de lichtsnelheid constant is hoe kunnen dan, zonder uitzondering, nieuwe metingen lagere waarden opleveren dan de voorgaande? Er zijn 22 voorvallen die de afname van de lichtsnelheid bevestigen en geen enkel voorval dat dit tegenspreekt.” In antwoord op een brief in Nature later in dat jaar:

“Ik denk dat in elk andere tak van onderzoek zo’n tegenstrijdigheid tussen waarneming en theorie onverdraaglijk zou zijn. Waarom het in dit geval wel geduld wordt, is niet duidelijk. Het staat vast, dat als een afname van de lichtsnelheid theoretisch aanvaard zou zijn, en een misleide natuurkundige zou proberen te bewijzen dat zij constant zou zijn, de huidige waarnemingen hem overtuigend het zwijgen zouden opleggen.”

Dit is de kracht van het waargenomen bewijs, de hoeksteen van de natuurkunde.

Setterfield 2

De fysicus Lambert T. Dolphin van Stanford Research Institute (SRI) kreeg lucht van dit onderzoek en nodigde Setterfield en Norman uit om hun onderzoek uit te werken en een research rapport over deze materie te schrijven met de bedoeling om een interne discussie op gang te brengen binnen SRI. Zo ontstond in 1987 het tweede, veel meer uitgerijpte rapport.³ Hierin wordt het onderwerp diepgaand behandeld en de mogelijke consequenties worden geanalyseerd en doorgerekend. Die leken nogal ingrijpend te zijn, want ook diverse andere natuur-‘constanten’ bleken in ritme met de lichtsnelheid te variëren. Na publicatie door Flinders ontstond er een levendige discussie, voornamelijk onder creationisten. Flinders vroeg daarop Setterfield en Norman om een seminar te beleggen om het onderwerp aan de orde te stellen. Maar voordat het zover kwam, werden zowel Flinders als SRI opgebeld door dr. G.A. Aardsma, een medewerker van het Amerikaanse Institute of Creation Research (ICR), met de vraag of zij wisten dat Setterfield en Norman creationisten waren. Als gevolg hiervan kwam Normans job op de tocht te staan en werd Setterfield de toegang tot Flinders ontzegd. Toevallig werd juist een reorganisatie doorgevoerd bij SRI en Dolphin met zijn staf kwamen op straat te staan. Beide instituten trokken hun support voor het werk in. De presentatie van het werk op de Europese Creationistische conferenties in 1984 en 1988 door de Britse fysicus en civiel ingenieur Malcolm Bowden en de Britse chemicus David Rosevear ontmoette slechts oorverdovend stilzwijgen. In creationistische kringen was het onderwerp kennelijk taboe, men volgde daarin het ICR.⁴

Strijd rond het Setterfield rapport

Want Aardsma, astro/geofysicus, verbonden aan het ICR, schreef in 1988 een analyse van Setterfield en Normans statistische werk met een vernietigende conclusie.⁵ Setterfield mocht eenmaal van repliek dienen, maar bij de beantwoording van de vele kritische vragen is hij niet meer betrokken geweest. Aardsma’s behandeling van Setterfields werk doet diens werk geen recht. Hij heeft zich niet echt verdiept in de materie, zoals later Alan Montgomery, maar heeft incorrecte statistische methoden op de meetgegevens losgelaten, en zo vond hij een uitkomst die hem welgevallig was. Volgens Aardsma lag de gemiddelde lichtsnelheid over de gemeten tijd verwaarloosbaar boven de huidige, minder dan één standaard-deviatie. Conclusie: te weinig om enige waarde hebben. Case dismissed. Het is jammer dat het zolang duurde voordat hierop werd gereageerd. Pas in oktober 1993 publiceerden Lambert Dolphin (vml. SRI fysicus) en Alan Montgomery (wiskundige) een grondige analyse van Setterfields behandeling van zijn meetgegevens.⁶ Zij plaatsten enkele kritische noten bij die behandeling, maar hun eigen analyses confirmeerden Setterfields conclusie tot een afnemende lichtsnelheid. Aardsma’s werk werd als ver beneden de maat afgewezen. Deze uitkomsten werden gepresenteerd op de Internationale Creationistische Conferentie in 1994 in de USA. Maar er is nooit op gereageerd. Intussen is Aardsma na een meningsverschil opgestapt bij het ICR. Zijn ‘analyse’ prijkt nog steeds op de website van het ICR. Toen Setterfield vanuit Australië wegens zijn huwelijk met een Amerikaanse naar de States verhuisde, is dit gemankeerde stuk opnieuw uitgeprint en aan duizenden donateurs van ICR gestuurd. Een wetenschappelijk onwaardige handelwijze, zgn. ad hominem aanvallen, als de echte argumenten ontbreken!

Consequenties van variabele lichtsnelheid

De afname van de lichtsnelheid wijst volgens Setterfield op een jong heelal met initieel een lichtsnelheid die 4×1011 maal (thans (april 2010) 1010 maal) zo groot is als de huidige waarde en die via een steil aflopende curve nadert tot de huidige geaccepteerde (constante) lichtsnelheid van ± 299.792,458 km/sec. Op deze curve zit dan nog een kleine ‘rimpel’, waardoor de lichtsnelheid niet precies constant is, maar nog kleine veranderingen ondergaat. Als Setterfield gelijk heeft, dan was de lichtsnelheid in Jezus’ tijd zo’n 25% hoger, tweemaal zo hoog in de tijd van Salomo en viermaal in Abrahams tijd. Vóór 3.000 v.Chr. is de snelheid dan al 10 miljoen maal zo hoog!

Omdat radioactieve vervalsnelheden evenredig zijn met de lichtsnelheid, moeten ook daarop correcties worden aangebracht. Deze leiden tot de conclusie dat bijv. de uranium-lood metingen, die globaal uitkomen op een aarde-leeftijd van 4,5 miljard jaar, moeten worden teruggebracht tot een waarde van < 8.000 jaar. Setterfield onderscheidt een ‘dynamische’ klok en een ‘atoom’-klok. De dynamische klok geeft de tijd aan, gestuurd door de omwentelingen van de aarde om de zon en de omwenteling van de aarde om zijn as (jaren en dagen). De atoomklok wordt gestuurd door processen in het atoom. Maar omdat deze processen evenredig zijn met de lichtsnelheid, en die lichtsnelheid wordt verondersteld hoger te zijn geweest in het verleden, lopen die klokken niet gelijk. Op de atoomklok is de aarde 4,5 miljard jaar oud, maar op de dynamische klok rond de 8.000 jaar. En met deze laatste klok meten wij nu eenmaal onze tijd.

Uiteraard is er heel wat kritiek op deze publicatie geweest, die echter door Setterfield op goede wetenschappelijke wijze is weerlegd. Ook de grondige analyse van Setterfields data door de Canadese statisticus Alan Montgomery bevestigde Setterfields aanpak. Het is niet niks, als een hele serie als ‘natuurconstanten’ beschouwde gegevens plotseling variabelen blijken te zijn. Ook is er af en toe beweerd, dat wij in onze tijd geen enkele afwijking van de lichtsnelheid meer waarnemen, hoewel ons instrumentarium de daartoe benodigde precisie heeft. Verschillende onderzoekers, waaronder Setterfield, hebben erop gewezen dat deze metingen worden gedaan met atoomklokken, die zelf in de pas met de lichtsnelheid variëren. Dus zelfs een belangrijke afwijking in de lichtsnelheid wordt met deze methoden niet waargenomen. De resterende consequenties vallen buiten de reikwijdte van dit onderwerp. Ze komen eventueel aan de orde in andere artikelen, evenals zijn research naar het ontstaan van het heelal.

Andere onderzoeken

Victor Troitskii van het Radiophysical Research Institute te Gorky, USSR, publiceerde in 1987 een studie⁷⁸ naar de betekenis van roodverschuiving in sterrenlicht, dat algemeen wordt geïnterpreteerd als een Dopplereffect. Hij kwam tot de conclusie dat er wellicht geen Dopplereffect optreedt, maar dat de roodverschuiving te maken heeft met wijzigingen in de lichtsnelheid. Die is nl. in een ver verleden zeer vele malen hoger geweest, nl 1010 maal de huidige, wat in de buurt ligt van Setterfields aanname. In zijn model is de lichtsnelheid op een bepaald moment (ziet U de terugkeer van de absolute tijd!) overal in het heelal gelijk, en is het heelal statisch (het dijt niet uit of krimpt niet in), zoals ook door Setterfield was verondersteld.

Tom C. van Flandern, werkzaam bij het US Naval Observatory in Washington, kwam bij zijn controle van metingen aan de omlooptijd van maan en planeten, gedaan van 1955-1981, iets eigenaardigs tegen. Die metingen waren gedaan met behulp van een atoomklok, omdat de precisie daarvan zo groot is. Maar het leek alsof die hemellichamen wat sneller waren gaan bewegen. Vergelijkingen met dezelfde metingen gedaan met conventionele klokken gaven een verschil van meetbare omvang te zien. Maar de vertraging die hij bij de eerste serie opmerkte, trad hier niet op. Hij concludeerde dat de atoomklokken trager waren gaan lopen t.o.v. de hemellichamen, of dat de hemellichamen sneller waren gaan omwentelen. Maar dit laatste was onwaarschijnlijk. Dus besloot hij dat de atoomklokken vertraagden.⁹ Omdat atoomklokken in de pas lopen met de lichtsnelheid, volgt hieruit dat in de periode 1955-1981 ook het licht vertraagde, wat weer in overeenstemming is met Setterfields onderzoekingen betreffende de metingen over de laatste 300 jaren. Later kwam hij terug op zijn conclusies, omdat latere metingen leken aan te geven dat de lichtsnelheid ofwel groter was, ofwel toenam. Hierover later meer.

De Brits-Portugese prof. João Magueijo schreef in 1999: ”Noem het ketterij, maar al de grote kosmologische problemen smelten als sneeuw voor de zon, als je één regel overtreedt, de regel nl. die zegt dat de lichtsnelheid nooit varieert”.¹⁰ Hij herhaalde deze uitspraak in een BBC TV-programma op 23-10-2000, waarbij diverse wetenschappelijke persoonlijkheden aanwezig waren.¹¹ Verder komen talloze onderzoekers – die hier niet verder worden aangehaald – tot overeenkomstige conclusies. Maar de bovenstaande zijn voldoende om de duidelijke trend aan te geven. Wat niet wil zeggen, dat deze conclusies algemeen worden aanvaard. Dat is echter inherent aan wetenschappelijk werk.

1. Birge, R.T., With special reference to the speed of light, Reports on Progress in Physics, 1941, Vol. 8: 90-100.
2. Setterfield, Barry J., The Velocity of Light and the Age of the Universe. Adelaide S.A., Creation Science Association, 1983.
3. Setterfield, Barry J., Trevor Norman, The Atomic Constants, Light, and Time. Adelaide S.A., Flinders University, 1987 (http://www.setterfield.org/report/report.html).
4. Setterfields tweede rapport is te lezen op
   http://www.setterfield.org/report/report.html.
5. Aardsma, Gerard A., Has the Speed of Light Decayed?, Impact, 1988, 179. Een van de redenen dat Amerikaanse creationisten, verenigd in het Institute for Creation Research zo gemotiveerd zijn om Setterfield te weerleggen ligt in hun wantrouwen in het onderwerp van Setterfields onderzoek. In de loop der tijden hebben meer onderzoekers zich op dit onderwerp geworpen, echter meestal met magere resultaten. Na Birges 1941-uitspraken (zie noot 1) werd het als niet-serieus beschouwd. Ook speelt een rol, dat Setterfield globaal de resultaten van radioactieve metingen accepteert. Het ICR probeert juist op alle mogelijke manieren de geldigheid daarvan aan te vechten, door de vooronderstellingen daarvan ter discussie te stellen, maar vaak ook door de vele anomalieën in die metingen breed uit te meten. Zij hebben een groot belang te verdedigen, omdat zij in de USA gelijkwaardigheid van het onderwijs in het evolutie- en het scheppingsmodel proberen te bewerkstelligen. Dat gaat heel erg moeizaam. Zij ervaren Setterfields acceptatie van die methoden als een dolksteek in de rug. Vandaar. Recentelijk is er een kentering vanwege het RATE-onderzoek.
6. MonMontgomery, Alan, Lambert Dolphin, Is the Velocity of Light Constant in Time?. Galilean Electrodynamics, 1993, Vol.4 nr.5 (http://www.ldolphin.org/cdkgal.html).
7. Troitskii, Victor S., Physical Constants and Evolution of the Universe, Astrophysics and Space Science, 1987, 139: 389-411 (http://www.ldolphin.org/troitskii).
8. Montgomery, Alan, A Determination and Analysis of Appropriate Values of the Speed of Light to Test the Setterfield Hypothesis. Alleen op Internet gepubliceerd: http://www.setterfield.org/cdk/cdkalan.html
9. Flandern, T.C. Van, B.N. Taylor, W.D. Phillips, eds, Precision Measurements and Fundamental Constants II. NBS (US) Special Publication 617, 1984: 625.
10. Magueijo, João, (Naam artikel onbekend). New Scientist, 24-7-1999.
11. Magueijo, João, in BBC TV programma 23-10-2000. (http://www.setterfield.org/magueijointerview.htm).