Iets over de Oerknal

De Oerknal was het begin van het heelal zoals wij dat kennen. Dat is tenminste wat de meeste wetenschappers beweren. Maar was het ook het eerste begin en zal het ook het laatste zijn?

Een populaire afbeelding van het jonge heelal laat een enkele Oerknal zien waarna de ruimte als een ballon snel groter werd. Maar een andere theorie zegt dat we leven in een heelal met 11 dimensies waarin alle deeltjes zijn gemaakt van kleine trillende snaartjes. Deze theorie maakt een heelal dat vastzit in een cyclus van Oerknallen en Grote Krimpen.

Welk scenario het dichtste bij de waarheid ligt is nog niet zeker maar met nieuwe experimenten hopen wetenschappers meer antwoorden te kunnen geven.

Volgens de Oerknal-theorie begon het heelal extreem heet en extreem compact. Ongeveer 14 miljard jaar geleden begon de ruimte te expanderen en af te koelen. Atomen werden gevormd die konden samenklonteren om sterren, sterrenstelsels te vormen zoals we die tegenwoordig zien.

Over dit zijn alle wetenschappers het wel eens. Het bewijs is overweldigend. Alle voorspellingen kloppen.

De Oerknaltheorie voorspelt bijvoorbeeld dat het heelal tegenwoordig is gevuld met alom vertegenwoordigd licht dat over is gebleven van de Oerknal. Deze gloed die de kosmische achtergrondstraling wordt genoemd, werd in 1964 ontdekt, bijna 20 jaar nadat dit was voorspeld.

Echter, wat de Oerknal heeft veroorzaakt, wat er precies op dat moment is gebeurd en wat er daarna gebeurde daarover verschillen de meningen van de wetenschap nogal.

Een veel aangehangen idee dat de Oerknal verbindt met het heelal dat we tegenwoordig zien wordt “inflatie” genoemd. Dit is de gedachte dat in de eerste 1034-ste seconde het heelal een exponentiële expansie onderging waarbij de grootte tenminste met een factor 90 toenam. Gedurende deze periode was materie in een geheel andere toestand dan tegenwoordig.

Deze theorie zou ook meer kunnen verklaren over de grootste raadsels die door de Oerknaltheorie worden opgeroepen: waarom ziet het heelal er zo homogeen uit. In alle richtingen waar we kijken is materie, op hele grote schaal, overal redelijk gelijkmatig verspreid.

Als je er van uit gaat dat materie in het hele prille heelal in een andere staat verkeerde dan nu dan verandert het verhaal. De inflatietheorie kan de uniformiteit van het heelal goed verklaren. Helaas verklaart de inflatietheorie nog lang niet alles wat we waarnemen.

De inflatietheorie is onder kosmologen populair. Het is een goede theorie maar er zitten nog enkele zwakke punten in. De theorie kan niet het moment van de Oerknal zelf beschrijven.

De Oerknaltheorie gaat er van uit dat het heelal is begonnen in een singulariteit. Een wiskundig concept van een oneindige temperatuur en een oneindige dichtheid samengepakt in één enkel punt van de ruimte. Echter wetenschappers denken dat het anders is gegaan.

Noch de Oerknaltheorie noch de Inflatietheorie kunnen het allereerste moment van het heelal goed beschrijven.

De inflatietheorie heeft meer problemen aldus sommige onderzoekers. Door quantumfluctuaties kunnen delen van het heelal met andere snelheden uitdijen dan andere delen waardoor er een soort van schuim-effect ontstaat waarbij sommige delen groter zijn dan andere delen. Ons universum kan deel uit maken van een multiversum waar verschillende natuurwetten gelden. Dat betekent dat alles wat er kan gebeuren ook zal gebeuren dus alles wat we zien kan een voorspelling van inflatie zijn en dat is voor veel wetenschappers een fundamenteel probleem waar ze niet van weten hoe er mee om te gaan.

Andere wetenschappers zeggen dat ofschoon de inflatietheorie nog niet compleet is ze momenteel het beste is wat we hebben om de oorsprong van het heelal te beschrijven.

Als alle dingen mogelijk zijn dan kan het best zo zijn dat sommige dingen meer mogelijk zijn dan andere en dat je dan nog steeds een voorspelling kan hebben. Er zijn veel wetenschappelijke gegevens voorhanden die een inflatie-heelal aannemelijk maken en daarom willen onderzoekers er verder aan werken.

In 2001 werd door enkele wetenschappers geopperd dat het heelal cyclisch is. In dit model zijn er periodes van expansie en van krimp. Na iedere overgang heeft het heelal een eindige temperatuur en dichtheid in plaats van de oneindigheid van de singulariteit. Expansie en contractie zouden relatief langzaam verlopen in plaats van exponentieel zoals bij de inflatietheorie wordt voorgesteld.

Dit idee is gebaseerd op een variant van de snaartheorie wie zegt dat ieder deeltje in feite een kleine lus van een snaar is waarvan het trillingspatroon bepaald welk soort deeltje het is. Echter, die model vereist wel een heelal met 11 dimensies en tot nu toe hebben er er slechts 4 kunnen ontdekken: drie dimensies in de ruimte en eentje in de tijd. Voorstanders zeggen dat de andere zeven missende dimensies nog niet zijn ontdekt.

Dit model wordt door voorstanders omschreven als een opwindend idee om de valkuilen van de inflatietheorie te omzeilen. Dit model zou men niet alleen de de laatste Knal kunnen beschrijven maar ook de voorgaande Knallen.

Gelukkig hoeven wetenschappers niet lang te wachten om te leren welk model beter is. De modellen doen verschillende voorspellingen over bepaalde aspecten van het heelal die tegenwoordig steeds beter meetbaar zijn.

Bijvoorbeeld: bij inflatie zouden er gravitatiegolven kunnen zijn ontstaan. Dit zijn verstoringen in de ruimte-tijd veroorzaakt door de zwaartekracht. Er zijn nieuwe instrumenten, zoals de in 2009 gelanceerde Planck-satelliet die dergelijke golven zouden moeten kunnen detecteren.

Als dergelijke gravitatiegolven aangetoond worden dan betekent dat het einde van de cyclische theorie. De gravitatiegolven horen bij het inflatiemodel.

Echter, als de gravitatiegolven niet worden gevonden dan is er nog geen man overboord want er zijn modellen van de inflatietheorie waarbij de gravitatiegolven helemaal niet nodig zijn.

Wat de uitkomst ook zal zijn, de komende jaren zullen er veel astronomische data beschikbaar komen die meer licht zullen werpen op het allereerste begin van het heelal.

 

Eerste publicatie: 14 augustus 2013
Laatste keer bijgewerkt op: 16 oktober 2016