Als je alles uit een deel van het universum verwijdert, wat blijft er dan over? Je zou kunnen denken dat "niets" is, maar dat is het niet. Je kunt alle deeltjes en antideeltjes weghalen, alle mogelijke soorten straling, alle kromming van de ruimte en rimpelingen van zwaartekrachtgolven - en in een volledig lege ruimte blijven, waar niets te maken heeft. Zal er echt "niets" voor je zijn? Of komt er iets?
Deze toestand wordt meestal een kwantumvacuüm genoemd. Dit is de laagste energetische toestand van lege ruimte. En verrassend genoeg leert de kwantumfysica ons dat nul-energie, of de basislijntoestand van het universum, niet echt nul is. Integendeel, het is een laatste, positieve waarde die:
- het werd observationeel gemeten - dankzij de effecten van donkere energie - en was ongeveer het equivalent van de rustmassa van de energie van één proton per kubieke meter;
- en theoretisch wordt berekend, naar ons beste vermogen, dat het 10.120 keer hoger zou moeten zijn dan deze waarde.
Het is niet overdreven om te zeggen dat we de fysica van 'niets' goed genoeg begrijpen en dat we geen goede verklaring hebben waarom deze nulenergie niet afneemt of verdampt (en helemaal niet verandert) in de tijd.
In de komende decennia zullen ruimteobservatoria - zoals ESA's Euclid ruimteobservatoria en NASA's aanstaande WFIRST-missie - in staat zijn om de fout in deze nul-energieconstante in ruimtetijd te beperken tot 1%. (Hoewel dit 8% is). Door te meten hoe het universum zich gedurende zijn geschiedenis op veel verschillende plaatsen en op zeer verschillende afstanden van ons heeft uitgebreid, kunnen we bevestigen dat de nulenergie van het universum overal hetzelfde is.
Maar zou dat het equivalent zijn van "niets"? En wat belangrijker is, is ons begrip en onze perceptie van de aard van "niets": een illusie of een sleutel tot het begrijpen van de belangrijkste geheimen van het universum?
Promotie video:
Natuurkundigen Laura Mersini-Houghton en John Ellis, evenals filosoof James Leydimen, bespraken onlangs dit onderwerp tijdens een bijeenkomst van het Institute of Art and Ideas in de Verenigde Staten. Het probleem is dat, hoewel dit geen illusie is, we het niet eens kunnen worden over wat wordt bedoeld met "niets" (wat betekent "niets", "leegte"). Namelijk:
- Is dit een energietoestand van de basislijn die in het verleden had kunnen zijn (bijvoorbeeld veel hoger)? Bijvoorbeeld tijdens kosmische inflatie.
- Is dit een toestand voorbij ruimte en tijd, waaruit in feite ruimte-tijd voortkomt (uit de ware staat van leegte)? Bestaat zo'n staat überhaupt en zal zijn bestaan zinvol zijn?
- Is dit een staat van leegte in het universum, die kan verschillen van een vergelijkbare staat in een andere zak van het multiversum?
- Of is het een kosmisch vacuüm, met al zijn virtuele energie en die kan veranderen afhankelijk van wat erin zit?
Het is op de een of andere manier vreemd om te geloven dat 'onze leegte' nergens anders, op andere plaatsen, zo'n 'leegte' is.
Maar we denken dat dit is waar de oerknal begon! In de overgang van een hogere nulenergie naar een lagere, ging het uitdijende universum, gevuld met de energie die inherent is aan de ruimte zelf, in een lagere staat, en deze overgang leidde tot de creatie van alle materie, antimaterie en straling in ons universum. Het is zelfs mogelijk dat er in de toekomst nog een soortgelijke overgang op ons wacht, met een andere, koudere, oerknal.
Het is waar dat een dergelijke redenering ons weinig behaagt. Deze "fysica van niets" klinkt als de fysica van iets. Als we niets willen begrijpen, halen onze ideeën ons uit de ruimte, zelfs vóór de geboorte van het heelal, wat heeft het anders voor zin? Hoe kun je over iets 'voor' praten als je geen ruimte hebt? Hoe kun je begrijpen wat "ervoor" is als er geen tijd is?
En wat dit "niets" ook mag zijn, het bevat het hele universum.
Veel natuurkundigen beweren dat het onmogelijk is om iets grondig te begrijpen totdat we begrijpen wat "niets" is. Omdat we niet begrijpen waar de fundamentele wetten vandaan komen, als we niet begrijpen welke fundamentele wetten de aard van lege ruimte beheersen.
We kunnen dus zeggen dat ons universum echt voortkwam uit het niets, uit leegte, uit het niets, en dat zijn uiteindelijke toestand asymptotisch kan neigen tot niet-bestaan na een lange tijdsperiode. Maar alleen als we onze beschrijving van het fysieke 'niets' als waar niets accepteren. Deze definitie van "niets" op zichzelf kan niet afhangen van onze definitie van ruimte, tijd en de "regels" van het universum; natuurkundigen, filosofen en anderen hoeven het hierover niet eens te zijn. Er is gewoon geen fysiek experiment waarmee we kunnen zeggen: het lijkt erop dat we dit eindelijk in niets hebben veranderd.
Maar er zijn dingen waarvan we zeker weten: we hebben niet altijd bestaan; we zullen niet altijd bestaan; we bestaan nu. Ongeacht wat "niets" is, we zijn allemaal iets. En alles kwam tot op zekere hoogte uit het niets, wat het ook was. En voor zover we het universum begrijpen, zal het op een dag terugkeren naar een staat van eindeloze fysieke leegte. Maar wat zal de aard zijn van deze laatste "leegte" - we hebben deze vraag nog niet beantwoord.
ILYA KHEL
