Forskare bakom en teori om att ljusets hastighet är variabel - och inte konstant som Einstein föreslog - har gjort en förutsägelse som kan testas.

Einstein observerade att ljusets hastighet förblir densamma i alla situationer, och detta innebar att utrymme och tid kunde vara olika i olika situationer.

Antagandet att ljusets hastighet är konstant, och har alltid varit, ligger till grund för många teorier inom fysik, såsom Einsteins teori om allmän relativitet. Särskilt, det spelar en roll i modeller av vad som hände i det mycket tidiga universum, sekunder efter Big Bang.

Men vissa forskare har föreslagit att ljusets hastighet kunde ha varit mycket högre i detta tidiga universum. Nu, en av teorins upphovsmän, Professor João Magueijo från Imperial College London, arbetar med Dr Niayesh Afshordi vid Perimeter Institute i Kanada, har gjort en förutsägelse som kan användas för att testa teorins validitet.

Strukturer i universum, till exempel galaxer, alla bildade av fluktuationer i det tidiga universum - små skillnader i densitet från en region till en annan. En förteckning över dessa tidiga fluktuationer finns präglad på den kosmiska mikrovågsbakgrunden - en karta över det äldsta ljuset i universum - i form av ett 'spektralindex'.

Arbetade med sin teori om att fluktuationerna påverkades av en varierande ljushastighet i det tidiga universum, Professor Magueijo och Dr Afshordi har nu använt en modell för att sätta en exakt siffra på spektralindexet. Den förutsagda siffran och modellen den bygger på publiceras i tidskriften Fysisk granskning D .

Kosmologer får för närvarande allt mer exakta avläsningar av denna siffra, så att förutsägelsen snart kan testas - antingen bekräftar eller utesluter lagets modell av det tidiga universum. Deras siffra är en mycket exakt 0,96478. Detta är nära den nuvarande uppskattningen av avläsningar av den kosmiska mikrovågsbakgrunden, vilket sätter det runt 0,968, med viss felmarginal.

RADISK IDÉ

Professor Magueijo sa:"Teorin, som vi först föreslog i slutet av 1990-talet, har nu nått en mognadspunkt - det har producerat en testbar förutsägelse. Om observationer inom en snar framtid tycker att detta nummer är korrekt, det kan leda till en ändring av Einsteins gravitationsteori.

"Tanken att ljusets hastighet kunde vara varierande var radikal när den föreslogs första gången, men med en numerisk förutsägelse, det blir något fysiker faktiskt kan testa. Om sant, det skulle betyda att naturlagarna inte alltid var desamma som de är idag. "

Testbarheten hos ljusteorins varierande hastighet skiljer den från den mer vanliga rivalteorin:inflation. Inflationen säger att det tidiga universum gick igenom en extremt snabb expansionsfas, mycket snabbare än den nuvarande expansionstakten för universum.

HORIZONPROBLEMET

Dessa teorier är nödvändiga för att övervinna vad fysiker kallar "horisontproblemet". Universum som vi ser det idag verkar vara överallt i stort sett detsamma, den har till exempel en relativt homogen densitet.

Detta kan bara vara sant om alla regioner i universum kunde påverka varandra. Dock, om ljusets hastighet alltid har varit densamma, då har inte tillräckligt med tid gått för att ljuset har rest till universums utkant, och "jämna ut" energin.

Som en analogi, att värma upp ett rum jämnt, den varma luften från radiatorer i vardera änden måste resa över rummet och blanda helt. Problemet för universum är att "rummet" - den observerade storleken på universum - verkar vara för stor för att detta ska ha hänt under tiden sedan det bildades.

Ljusteorins varierande hastighet antyder att ljusets hastighet var mycket högre i det tidiga universum, så att de avlägsna kanterna kan anslutas när universum expanderar. Ljusets hastighet skulle då ha sjunkit på ett förutsägbart sätt i takt med att universums densitet förändrades. Denna variabilitet ledde laget till den förutsägelse som publicerades idag.

Den alternativa teorin är inflation, som försöker lösa detta problem genom att säga att det mycket tidiga universum jämnade ut medan det var otroligt litet, och sedan plötsligt utökat, med enhetligheten redan präglad på den. Även om detta betyder att ljusets hastighet och de andra fysikaliska lagarna som vi känner dem bevaras, det kräver uppfinningen av ett "inflationsfält" - en uppsättning villkor som bara fanns vid den tiden.

'Kritisk geometri av en termisk big bang' av Niayesh Afshordi och João Magueijo publiceras i Fysisk granskning D .