Chemical-Vapour-Deposition Diamond as the Primary Product and as a Chemical Clock of a Near-Light-Speed Energy-Sheath Apparatus: Yields, Uses, and a Test of the Börekci Metric

Tijd is geen vast decor waarin gebeurtenissen zich afspelen; volgens ons beste begrip van het universum is het een flexibele dimensie die kan rekken en vertragen, afhankelijk van hoe snel je beweegt of hoe sterk de zwaartekracht om je heen is. Dit idee, bekend als tijddilatatie, is een hoeksteen van de moderne natuurkunde. We weten dat een klok die met hoge snelheid beweegt langzamer tikt dan een klok die stilstaat, en dat een klok diep in een zwaartekrachtsveld langzamer loopt dan een klok in de open ruimte. Decennialang hebben wetenschappers deze regels met extreme precisie getest, waarbij ze atoomklokken op satellieten en in laboratoria gebruikten om te bevestigen dat het universum zich precies gedraagt zoals de algemene relativiteitstheorie voorspelt. Toch blijft er een hardnekkige vraag: als je een kamer volledig zou omringen met een schil van energie die bijna met de lichtsnelheid beweegt, zou de tijd binnen die kamer dan vertragen om overeen te komen met de snelheid van de schil? De standaardfysica zegt van niet, maar een nieuw voorstel suggereert dat het antwoord ja zou kunnen zijn, en dat het bewijs niet gevonden kan worden in een tikkende klok, maar in een groeiend kristal.

Hasan Börekci, een onderzoeker gevestigd in Turkije, heeft een plan geschetst voor een enorme machine die ontworpen is om deze specifieke mogelijkheid te testen. Het apparaat, de Börekci Energy Field genoemd, is een complexe assemblage van twee geneste capsules. De buitenste schil is een grote sfeer, terwijl de binnenste een kleinere, eivormige kamer is. Tussen deze twee schillen creëert de machine een continue, hoogwaardige stroom van elektronen en laserlicht die van de bovenkant van de binnenste capsule naar de onderkant reist, waardoor de capsule effectief wordt gehuld in een wikkel van energie die met bijna de lichte snelheid beweegt. Het doel is om te zien of deze snel bewegende energieschil de tijdsvoering voor alles wat zich in de binnenste capsule bevindt, verandert. Om dit te meten, vertrouwen de onderzoekers niet op elektronische sensoren die in verwarring kunnen worden gebracht door de krachtige magnetische en elektrische velden van de machine. In plaats daarvan gebruiken ze een chemisch proces: het kweken van diamanten.

Binnen de machine wordt een mengsel van methaan- en waterstofgas geïnjecteerd nabij een superheet metalen elektrode. Het hoogwaardige elektronenveld en het laserlicht breken de gasmoleculen af, waardoor een soep van atomen ontstaat die neerdaalt op twee sets diamantzaden. Eén set zaden bevindt zich op de binnenste capsule, direct binnen de snel bewegende energieschil. De andere set bevindt zich op de buitenwand, buiten de schil. Beide sets worden blootgesteld aan hetzelfde gas, dezelfde hitte en dezelfde chemische omstandigheden. Als de standaardwetten van de natuurkunde standhouden, zouden de diamanten op beide sets precies met dezelfde snelheid moeten groeien, omdat de tijd voor beiden even snel verstrijkt. Echter, als de hypothese van de onderzoeker correct is, zal de tijd binnen de binnenste capsule aanzienlijk vertragen. Dit zou betekenen dat de chemische reacties die daar plaatsvinden, vanuit het perspectief van een buitenstaander langzamer zouden verlopen. Gevolgjelijk zouden de diamanten die binnen groeien veel dunner zijn dan de diamanten die buiten groeien na dezelfde hoeveelheid tijd.

De machine is ontworpen om telkens vierentwintig uur te draaien. In een enkele dag wordt verwacht dat het ongeveer 505 gram polykristallijne diamantfilm produceert, een ruw, industrieel materiaal dat wordt gebruikt voor het koelen van krachtige elektronica en snijgereedschap. Het zal ook ongeveer 413 karaat enkelkristallijne diamant produceren, het type dat wordt gebruikt voor juwelen. Hoewel de productie van deze diamanten op zichzelf een waardevol industrieel resultaat is, is het primaire doel van het experiment om de dikte van de twee films te vergelijken. Als de theorie dat de energieschil de tijd vertraagt juist is, zou de film binnen de schil slechts ongeveer twee procent zo dik zijn als de film buiten. Dit zou een dramatisch en onmiskenbaar verschil zijn. Als de standaardtheorie correct is, zouden de twee films vrijwel identiek zijn in dikte, met een verschil van minder dan één op honderd miljard.

Het artikel presenteert dit experiment als een manier om een debat te beslechten over hoe energie en zwaartekracht met elkaar interageren. De onderzoeker stelt een nieuw wiskundig kader voor, dat een specifieke parameter bevat die gemeten kan worden aan de hand van de ratio van de diamantdiktes. Als de diamanten binnen de schil aanzienlijk dunner worden bevonden, suggereert dit dat de energieschil een diepgaand effect heeft op de structuur van de ruimtetijd, waardoor het interieur wordt losgekoppeld van de buitenwereld. Als ze dezelfde dikte hebben, bevestigt dit dat de standaardregels van de algemene relativiteitstheorie standhouden, zelfs in de aanwezigheid van dergelijke extreme energiestromen. De auteur erkent dat de standaardvisie van de natuurkunde geen verandering voorspelt, en dat eerdere experimenten met licht en zwaartekracht de opvatting hebben ondersteund dat meebewegende energiestromen niet interageren op de wijze die de nieuwe hypothese suggereert. Echter, het unieke ontwerp van deze machine, die een volume volledig omsluit met een stroom die bijna met de lichtsnelheid beweegt, biedt een nieuwe manier om de grenzen van ons begrip te testen.

Naast de vraag over de tijd, wordt ook verwacht dat de machine een continue stroom antimaterie zal produceren, specifiek positronen, die de antimaterie-tegenhangers van elektronen zijn. Hoewel de hoeveelheid geproduceerde antimaterie wetenschappelijk significant is en gebruikt kan worden voor onderzoek, merkt het artikel op dat de monetaire waarde ervan verwaarloosbaar is vergeleken met de diamantproductie. De werkelijke economische drijfveer van het project is de diamant zelf, die door industrieën nodig is vanwege de capaciteit om warmte af te voeren en straling te weerstaan. De machine is ontworpen als een grootschalige fabriek voor dit materiaal, met het extra voordeel dat het dient als een gigantisch laboratorium voor fundamentele natuurkunde. De onderzoeker is openlijk over het feit dat het experiment nog niet is gebouwd; de cijfers met betrekking tot de diamantgroeisnelheden en energieopbrengsten zijn gebaseerd op berekeningen en simulaties met behulp van bekende gegevens van soortgelijke, kleinschaligere machines. De technische uitdagingen, zoals het koel houden van de enorme componenten en het handhaven van de hoogwaardige elektronenstroom, zijn aanzienlijk en worden gedetailleerd beschreven in een apart technisch rapport.

De uitkomst van dit experiment, mocht het ooit gebouwd worden, zou duidelijk en beslissend zijn. De diamanten zelf zouden het vonnis dienen. Als de binnenste film dun is en de buitenste film dik, wordt de hypothese ondersteund en zal ons begrip van tijd en zwaartekracht een grote revisie moeten ondergaan. Als de films dezelfde dikte hebben, wordt de hypothese verworpen en blijft het standaardmodel van het universum intact. De schoonheid van het voorstel ligt in de eenvoud ervan: het gebruikt de groei van een kristal, een traag en gestaag chemisch proces, om de snelheid van de tijd te meten. Het verandert een sieraad in een klok, en een fabrieksproduct in een test van de wetten van het universum. De auteur geeft aan persoonlijk te verwachten dat de uitslag verrassend zal zijn, maar benadrukt dat het experiment, en niet de theorie, het definitieve antwoord zal geven. Totdat de machine is geconstrueerd en de diamanten zijn gegroeid, blijft de vraag of een schil van licht de tijd kan vangen een open vraag, wachtend tot een kristal het antwoord geeft.