Het universum eet zichzelf misschien van binnen op, maar maak je geen zorgen: natuurkundigen die dit fenomeen bestuderen, genaamd "ruimtetijdverval", denken dat het onwaarschijnlijk is.
Het idee dat in sommige ontwikkelingsscenario's het universum volledig zou worden vernietigd door een zich uitbreidende niets-bubbel, is niet meer teruggeroepen sinds 1982, toen theoretisch natuurkundige Witten de mogelijkheid van zelfkritiek op het universum presenteerde in het tijdschrift Nuclear Physics. Hij schreef: "Een gat vormt zich spontaan in de ruimte en breidt zich snel uit tot in het oneindige, alles absorbeert wat er onderweg kan gebeuren."
Gezien het feit dat een bubbel van niets het universum 13 miljard jaar vóór de publicatie van het artikel of 38 jaar later vernietigde, zou het redelijk zijn om geen aandacht te schenken aan dergelijke theorieën. Maar drie natuurkundigen van de Universiteit van Oviedo in Spanje en de Universiteit van Uppsala in Zweden beweren dat we kunnen profiteren van het idee van een allesverslindende, universum-vernietigende zeepbel.
Het feit dat ons universum grotendeels vacuüm is, is een van de redenen waarom het in een relatief stabiele toestand bestaat. In de kwantumveldentheorie, die de kwantumfysica en de dynamica van ruimtetijd verbindt, wordt vacuüm opgevat als de minimaal mogelijke energietoestand.
"Opgewonden" kwantumtoestanden met energieën boven de vacuümtoestand duren niet lang en hebben de neiging om snel te kalmeren tot lagere energietoestanden door fotonen uit te zenden. Het vacuüm, aan de andere kant, heeft geen lagere energietoestanden waarnaar men kan blijven vervallen, en bestaat daarom in een stabiele toestand.
Omdat het grootste deel van ons universum zich in een vacuüm bevindt, in een staat van minimale energie, hoeven we ons geen zorgen te maken over het verval van de ruimtetijd. In de theoretische fysica passen dergelijke aannames echter niet.
In het begin van de jaren zeventig hebben verschillende Russische natuurkundigen afzonderlijk het idee onderzocht dat er iets tussen een stabiel vacuüm en een onstabiel niet-vacuüm zit: een vacuümachtige toestand die stabiel lijkt te zijn vanwege de zeer lange periode vóór verval. Dit "valse vacuüm" helpt bij het elimineren van inconsistenties in theorieën over vroege omstandigheden in het universum.
Hoewel het concept van een vals vacuüm is voorgesteld om alleen de pre-oerknal-overgang te beschrijven, suggereert recent onderzoek in het Higgs-veld (het kwantumkrachtveld gedetecteerd door de deeltjesversneller van CERN) dat we nog steeds in een vals vacuüm kunnen leven: wat voorheen als stabiel werd beschouwd (de laagste energie) Higgs-toestand is misschien niet de laagste energietoestand.
Promotie video:
De mogelijkheid dat de stabiliteit van ons universum een illusie op de zeer lange termijn is, heeft de vraag doen rijzen hoe en waarom een dun vals vacuüm zou kunnen verdwijnen. Een antwoord is vanwege de "niets-bubbel".
Een bel uit het niets is een voorbeeld van een "ruimte-tijdbel", waarbij ruimte-tijd verschillende eigenschappen heeft binnen en buiten de bel. Als er zich spontaan een bel van niets vormt in de ruimte van een vals vacuüm, dan zal hij groeien en uiteindelijk het hele universum absorberen.
Maar waarom heeft zich nog geen luchtbel gevormd? Het antwoord ligt in de snaartheorie, een populaire en succesvolle kandidaat voor de titel "theorie van alles", die kleine snaren beschrijft met eigenschappen die andere fundamentele deeltjes missen. In het bijzonder hebben snaren een oscillerende toestand die de kwantumzwaartekracht verklaart. Met andere woorden, de theorie combineert fenomenen in de kwantumfysica met de effecten van zwaartekrachtvelden. Daarom is de snaartheorie zo populair.
De wiskunde van de snaartheorie werkt alleen als er meer dan vier dimensies zijn: drie ruimtelijke dimensies, een temporele dimensie en vervolgens vele andere dimensies die zo klein zijn dat ze niet kunnen worden gedetecteerd - ze zijn strak gecomprimeerd en verborgen en puur wiskundig afgeleid.
Volgens deze wiskunde zullen er geen bellen worden gevormd in 4D-ruimtetijd. Hun plaats is alleen in de "ongelijke" multidimensionale ruimte-tijd.
Met andere woorden, zoals de Tsjechische snaartheoreticus Lubos Motl opmerkt, een bubbel van niets is gevaarlijk, want als het zou gebeuren, moet het al gebeurd zijn.
Op die manier hoeven we ons geen zorgen te maken dat de luchtbel de hele ruimtetijd opslokt. Maar als je je afvraagt hoe het universum er vóór de oerknal uitzag, dan is het zeker de moeite waard om de theorie van bellen niet nader te bestuderen.
Kirill Panov
