13,8 miljard jaar geleden was het universum een singulariteit: een ruimte die oneindig werd gecomprimeerd door hoge druk. In minder dan een fractie van een miljardste van een seconde breidde deze kleine stip zich echter uit tot een ongelooflijke grootte. De klassieke geschiedenis van ons universum heeft een begin, een midden en een einde. Dus, volgens de algemene relativiteitstheorie (GR) van Albert Einstein, zou de expansie van het heelal in de loop van de tijd moeten vertragen. De werkelijkheid schetst echter een heel ander beeld: het universum blijft steeds sneller uitdijen. Wetenschappers geloven dat de reden voor deze discrepantie mysterieuze donkere energie is, maar het is mogelijk dat ons begrip van het universum en zijn evolutie moet worden herzien.
Er zijn veel aannames over hoe ons universum is ontstaan en waarom het bestaat.
Hoe is het allemaal begonnen en kan het anders zijn?
Het universum begon onmiddellijk na de oerknal uit te breiden. De expansiesnelheid in het vroege stadium van zijn evolutie - dit proces wordt kosmologische inflatie genoemd - was veel sneller dan na het einde van de inflatie. Dus geleidelijk groeide en koelde het heelal af, maar slechts met een fractie van de beginsnelheid. Gedurende de volgende 380.000 jaar was het universum zo dicht dat de ruimte een ondoorzichtig, superheet plasma van verspreide deeltjes was. Toen het universum voldoende afkoelde om de eerste waterstofatomen te vormen, werd het transparant zodat er licht doorheen kon. Toen brak er straling uit in alle richtingen en het universum was op weg om te worden wat we het vandaag zien - lege ruimte die wordt afgewisseld met klonten gas en stof, sterren, melkwegstelsels, zwarte gaten en andere vormen van materie en energie. Tenslotte,volgens sommige modellen zullen alle klonten materie zich zo ver uit elkaar verspreiden dat ze geleidelijk zullen verdwijnen. Het universum wordt een koude, homogene soep van geïsoleerde fotonen. Maar wat als de oerknal niet het begin van alles was?
De oerknaltheorie wordt zo algemeen aanvaard dat je soms vergeet dat dit slechts een theorie is met gebreken. Om deze reden bieden wetenschappers verschillende opties voor de ontwikkeling van evenementen. Er is bijvoorbeeld gesuggereerd dat de oerknal misschien meer een "grote sprong" was - een keerpunt in de voortdurende cyclus van samentrekking en expansie van het universum. Een andere veronderstelling is dat de oerknal een reflectiepunt werd, wanneer het spiegelbeeld van ons universum zich uitbreidt voorbij de "andere kant", waarin antimaterie materie vervangt, en de tijd zelf in de tegenovergestelde richting stroomt. Volgens de derde aanname is de oerknal een overgangspunt in het universum dat altijd heeft bestaan en oneindig zal blijven uitbreiden. Al deze theorieën vallen buiten de reguliere kosmologie,maar ze vonden allemaal steun bij gerespecteerde wetenschappers. Het groeiend aantal nieuwe, concurrerende theorieën suggereert dat het misschien tijd is om opnieuw na te denken over het feit dat de oerknal het begin van ruimte en tijd markeert.
Het universum dat we momenteel zien, bestaat uit clusters van gas en stof, sterren, zwarte gaten en sterrenstelsels.
Promotie video:
Wat als de oerknal niet echt heeft plaatsgevonden?
In academische kringen is herhaaldelijk het idee geuit dat de oerknal … niet bestond. Dus presenteerde Eric Lerner, de auteur van het gelijknamige boek, dat hij in 1992 schreef, de resultaten van het onderzoek, volgens welke er volgens de Invers-editie een discrepantie bestaat tussen de oerknaltheorie en de waargenomen feitelijke gegevens. "Voor de ontwikkeling van kosmologie, is het noodzakelijk om de belangrijkste hypothese van de oerknal los te laten", zei Lerner in een verklaring. "De echte crisis in de kosmologie is dat er nooit een oerknal is geweest."
We hebben het over de inconsistentie van het bewijs voor de aanwezigheid van lithium in de ruimte, waarvan astronomen volgens Lerner al lang bekend zijn. Wetenschappers geloven tegenwoordig dat de exacte hoeveelheden helium, deuterium en lithium werden geproduceerd door fusiereacties in een dichte, zeer hete wolk van chemische elementen die verscheen na de oerknal. Lerner, die dergelijke reacties decennia lang in detail heeft geobserveerd, zegt echter dat de bevindingen van zijn en andere wetenschappers niet samenvallen met al lang bestaande theorieën die zijn gebaseerd op waarnemingen van oudere sterren. Hij ontdekte dat minder dan de helft van het helium en minder dan een tiende van het lithium wordt waargenomen in oude sterren dan voorspeld door de Big Bang-nucleosynthesetheorie, volgens welke een kwart van de totale massa van het universum helium is. Lerner is ervan overtuigd dat noch lithium noch helium werd gecreëerd voordat de eerste sterren in onze melkweg verschenen.
Zou ons universum uit het niets zijn ontstaan?
Niet alle wetenschappers zijn het echter eens met de theorie van Lerner. Volgens Vae Perumyan, hoogleraar astronomie aan de University of Southern California, citeert Lerner zelden peer-reviewed artikelen, en veel van zijn argumenten gaan niet op. Perumianus gelooft bijvoorbeeld dat microgolf-kosmische achtergrondstraling (of relikwiestraling), die straling aangeeft die afkomstig is van de oerknal, een pijler is van de kosmologische theorie, die Lerner niet kan betwisten. Bovendien, als er zulke ernstige tekortkomingen in de oerknaltheorie waren, zou Lerner niet de enige criticus van deze theorie zijn geweest.
Maar Lerner is niet de enige. Nobelprijswinnaar kosmoloog James Peebles gelooft dat het nodig is om de vroegste momenten van ons universum niet langer de "oerknal" te noemen. Volgens Agence France-Presse is Peebles van mening dat er geen goede manier is om te controleren of een gebeurtenis als de oerknal echt heeft plaatsgevonden - kosmologen hebben aanwijzingen voor een snelle uitzetting naar buiten, maar niets is discreter dan een enkelvoudig punt dat explodeerde om alles te creëren in Het heelal. Peebles heeft geen alternatief voor de oerknaltheorie, maar hij is ervan overtuigd dat wetenschappers zonder voldoende gegevens niet mogen aannemen dat deze handige hypothese juist is. Tegelijkertijd geeft de wetenschapper toe dat bij gebrek aan een betere manier om het begin van het universum te beschrijven, de oerknal geweldig werkt. Peebles houdt in zijn berekeningen ook vast aan de algemeen aanvaarde theorie, al vindt hij die eigenlijk niet prettig.
The Big Bounce: kan het universum oneindig uitbreiden?
De meest voorkomende Big Bounce-hypothese in de academische wereld is geworteld in ontevredenheid over het idee van kosmologische inflatie. Kosmische achtergrondstraling met microgolven is een fundamentele factor in elk model van het universum sinds het voor het eerst werd ontdekt in 1965. Bovendien is de CMB de belangrijkste bron van informatie over hoe het vroege universum eruit zag en tegelijkertijd een mysterie voor natuurkundigen. Het feit is dat de relikwie-straling er hetzelfde uitziet, zelfs in gebieden die naar het schijnt nooit met elkaar in wisselwerking zouden kunnen staan in de hele geschiedenis van het heelal.
De littekens die de oerknal heeft achtergelaten in de zwakke relikwie-straling die de hele kosmos doordringt, geven aanwijzingen over hoe het vroege universum eruit zag.
Volgens de Big Bounce-hypothese zal het universum zich uitbreiden tot het vervalt tot een oneindig klein punt - een cyclus die eeuwig duurt. In 2007 presenteerde Martin Bojald, een natuurkundige aan de Universiteit van Pennsylvania, gebaseerd op het model van Einstein, de theorie van de kwantumzwaartekracht van de lus - een veld van de kwantumfysica dat de extreem hoge energieën beschrijft die het vroege universum domineerden. De onderzoekers concludeerden dus dat het universum niet uit het niets is ontstaan. en zal niet oneindig uitbreiden. Het onderzoek van Bozhawald toont echter aan dat het hypothetische vorige universum niet precies hetzelfde was als het onze. Over het algemeen is de Big Rebound-hypothese consistent met het Big Bang-beeld van een heet, dicht universum dat 13,8 miljard jaar geleden begon en begon uit te breiden en af te koelen. Maar in plaats vanom het begin van ruimte en tijd te worden, was de oerknal het moment van de overgang van het universum vanuit een eerdere fase van het bestaan, waarin de ruimte samentrok.
Critici zijn echter van mening dat er weinig bewijs is om deze theorie te ondersteunen. Peter Voight, een wiskundige aan Columbia University, schreef bijvoorbeeld op zijn blog Not Even Wrong: "Om als een legitieme theorie te worden beschouwd, moeten dergelijke beweringen worden ondersteund door bewijs."
Op zoek naar antwoorden: alle wegen leiden naar donkere energie
Uitgaande van het feit dat de algemeen aanvaarde theorie van het uiterlijk en de evolutie van het heelal de oerknaltheorie is, proberen wetenschappers een antwoord te vinden op de vraag waarom het heelal zich versneld uitbreidt.
Donkere materie en donkere energie zijn waarschijnlijk de sleutels om ons universum te begrijpen.
Toen de onderzoekers de beweging van sterren en sterrenstelsels analyseerden, concludeerden ze dat er onzichtbare deeltjes waren, die ze donkere materie noemden. En de constante versnelling van de uitdijing van het heelal (de Hubble-constante) suggereerde dat het werd veroorzaakt door een bepaald fenomeen, dat de onderzoekers donkere energie noemden. Donkere energie en donkere materie zijn de belangrijkste wetenschappelijke mysteries van onze tijd, dus onderzoekers van de internationale groep voor de studie van donkere energie (DES) zijn op zoek naar antwoorden. DES begon in 2004 en heeft momenteel 400 wetenschappers van 26 verschillende wetenschappelijke instellingen in zeven landen die aan het project deelnemen. Wetenschappers zoeken naar donkere energie met behulp van de meest gevoelige astronomische digitale camera met een resolutie van 570 megapixels. De camera is gemonteerd op de Viktor Blanco-telescoop van het Cerro Toledo-observatorium in de Chileense Andes. Het is een soort scalpel met vijf lenzen.
Onderzoekers zijn van mening dat antwoorden op fundamentele vragen over hoe het universum is ontstaan en wat donkere materie en donkere energie zijn, over ongeveer vijf jaar aan het grote publiek moeten worden gepresenteerd. DES wil 100.000 sterrenstelsels analyseren die tot 8 miljard lichtjaar verwijderd zijn. Omdat donkere energie niet kan worden gezien, meten onderzoekers de Hubble-constante om precies te bepalen of donkere energie bestaat en waaruit deze is gemaakt. Op de een of andere manier moeten we gewoon wachten op de resultaten van het werk van een internationaal team van wetenschappers en aannames doen over wat ons universum is.
Lyubov Sokovikova
