Zal het universum voor altijd uitdijen, of zal het uiteindelijk in een klein stipje veranderen?
Een artikel gepubliceerd in juni suggereert dat oneindige uitbreiding niet mogelijk is, en dit heeft de hele natuurkundige gemeenschap enorm opgewonden.
"Mensen reageren erg emotioneel, want als dit wordt ontdekt en bewezen, zal het indrukwekkend zijn", zegt Timm Vraze, een natuurkundige aan de Technische Universiteit van Wenen.
Nu hebben Vraze en zijn collega's een aparte studie gepubliceerd die een tegenwicht vormt voor het vorige artikel. Dit betekent dat de theorie van een constant uitbreidend heelal nog niet kan worden uitgesloten.
Donkere energie en uitbreiding van de ruimte
Ons universum is doordrongen van een immense onzichtbare kracht die de zwaartekracht lijkt te weerstaan. Natuurkundigen noemen deze kracht donkere energie. Er wordt aangenomen dat zij het is die ons universum constant naar buiten "duwt", wat leidt tot uitbreiding.
Maar in juni publiceerde een groep natuurkundigen een paper waarin ze beweerden dat donkere energie in de loop van de tijd verandert. Dit betekent dat het universum niet voor altijd zal uitdijen, maar uiteindelijk kan instorten tot de grootte die het was vóór de oerknal.
Promotie video:
Vrijwel onmiddellijk ontdekten natuurkundigen de tekortkomingen van de theorie: verschillende onafhankelijke groepen publiceerden vervolgens artikelen waarin correcties op de hypothese werden voorgesteld. Het artikel, gepubliceerd op 2 oktober in het tijdschrift Physical Review D, zegt dat de oorspronkelijke hypothese in zijn huidige vorm niet kan worden gerechtvaardigd omdat het het bestaan van het Higgs-deeltje, waarvan we weten dat het bestaat uit de Large Hadron Collider, niet kan verklaren. Niettemin, volgens Vraze, die co-auteur was van dit artikel, met enkele theoretische aanpassingen, kan de hypothese van een ineenstortend universum nog steeds levensvatbaar zijn.
Hoe verklaren we alles wat ooit heeft bestaan?
Snaartheorie, ook wel de theorie van alles genoemd, is een wiskundig elegant maar experimenteel onbewezen model voor het combineren van Einsteins relativiteitstheorie met kwantummechanica. De snaartheorie gaat ervan uit dat alle deeltjes waaruit het universum bestaat eigenlijk geen punten zijn, maar eendimensionale snaren die trillen. Door de verschillen in deze trillingen kunnen we het ene deeltje als een foton zien en het andere als een elektron.
Wil de snaartheorie echter een levensvatbare verklaring zijn voor het universum, dan moet het donkere energie bevatten.
Volgens Vraze kun je je donkere energie voorstellen als een bal tussen bergen en dalen, die de hoeveelheid potentiële energie vertegenwoordigt. Als de bal zich op de top van een berg bevindt, kan hij stationair zijn, maar hij kan naar beneden rollen bij de minste verstoring, dus hij is onstabiel. Als de bal zich in de vallei bevindt, beweegt hij niet, heeft hij weinig energie en bevindt hij zich in een stabiel universum, omdat een sterke duw ervoor zou zorgen dat hij terug rolt.
Theoretici die aan de snaartheorie werken, hebben lang aangenomen dat donkere energie constant en onveranderlijk is in het universum. Met andere woorden, de bal bevindt zich in de valleien tussen de bergen, hij rolt niet van de bergtoppen en verandert niet in de loop van de tijd.
Maar een hypothese die in juni naar voren is gebracht, suggereert dat om de snaartheorie te laten werken, het landschap geen bergen of valleien boven zeeniveau mag hebben. (In dit concept bevindt ons universum zich boven zeeniveau, wat een metafoor is voor het punt waarop donkere energie het universum begint uit te breiden of samen te trekken.)
Het terrein heeft eerder een lichte helling en de "bal van donkere energie" rolt naar beneden. "Terwijl het naar beneden rolt, is er steeds minder donkere energie," zei Vraze. "De hoogte van de bal komt overeen met de hoeveelheid donkere energie in ons universum."
In deze theorie zou donkere energie uiteindelijk onder zeeniveau kunnen "glijden" en het universum terugtrekken naar de grootte van vóór de oerknal.
Maar er is een probleem.
Er is aangetoond dat dergelijke onstabiele bergtoppen bestaan omdat het Higgs-deeltje bestaat, zei Wraze. En het is experimenteel bewezen dat Higgs-deeltjes op deze bergtoppen ("onstabiele universums") kunnen voorkomen en bij de minste aanraking kunnen worden verstoord.
Moeilijkheden met de stabiliteit van universums
Kamrun Wafa, die aan de Harvard aan snaartheorie werkt en senior auteur van de hypothese van juni, bevestigde dat de oorspronkelijke hypothese inderdaad "moeilijkheden heeft met onstabiele universums". En volgende artikelen hebben dit probleem weerspiegeld.
Echter, volgens Vraze, zelfs als de hypothese wordt herzien, "zullen we nog steeds niet in een stabiel Universum zijn, maar al het andere zal veranderen." Volgens de herziene versie kunnen bergtoppen bestaan, maar stabiele valleien kunnen dat niet (de vorm van een paardenzadel voorstellen). De bal zou uiteindelijk moeten gaan rollen en de donkere energie zou in de loop van de tijd moeten veranderen.
Maar als de hypothese helemaal verkeerd is, dan kan donkere energie constant zijn, zullen we in een vallei tussen twee bergen zitten en zal het universum zich blijven uitbreiden.
Hij hoopt dat satellieten die de uitdijing van het universum nauwkeuriger meten de komende 10-15 jaar ons zullen helpen begrijpen of donkere energie constant is of verandert. Wafa was het daarmee eens: "Dit is een opwindende periode in de kosmologie en hopelijk zullen we in de komende jaren experimenteel bewijs zien dat donkere energie verandert in ons universum."
