In een poging te begrijpen wat de aard van het heelal is, hoe het is ontstaan en wat het in de toekomst te wachten staat, construeren wetenschappers soms ongebruikelijke hypothesen en modellen, zoals bijvoorbeeld de Big Bounce-theorie.
Is het universum begonnen met een explosie, of met een stuiter, of met iets anders? De vraag naar onze oorsprong is een van de meest netelige problemen in de natuurkunde, met slechts een paar antwoorden en veel speculatie. De meest populaire en algemeen aanvaarde theorie van vandaag is kosmische inflatie, volgens welke, in de eerste paar fracties van een seconde na de oerknal, alle ruimtetijd een periode van ongelooflijk snelle expansie doormaakte. Er zijn echter andere concurrerende ideeën. Volgens het cyclische model van het heelal werd onze ruimte-tijd bijvoorbeeld voorafgegaan door een andere, die de periode van de grote compressie overleefde en vervolgens weer explodeerde - we kunnen het vandaag observeren. Daarnaast is er de Big Bounce-theorie die volgt uit het cyclische patroon.
Het inflatoire model heeft veel fans, aangezien de snelle expansie die het postuleert veel van de eigenschappen van het universum verklaart, zoals waarom het relatief plat lijkt (in plaats van gebogen als we het over grote schaal hebben) en uniform in alle richtingen (overal in de ruimte, in alle richtingen van materie zijn ongeveer hetzelfde). Beide condities ontstaan wanneer gebieden in de ruimte die ver van elkaar verwijderd zijn aanvankelijk zeer dicht bij elkaar waren gelegen. De nieuwste versies van de theorie lijken echter te suggereren - of zelfs te eisen - dat inflatie niet alleen ons universum heeft geschapen, maar ook een eindeloos landschap van universums, waarop alle mogelijke soorten universums met alle sets van fysische wetten en eigenschappen werden gevormd. Sommige wetenschappers houden van deze veronderstelling,omdat het het bestaan van ons universum kan verklaren met schijnbaar willekeurige, maar ideaal afgestemde voorwaarden voor het bestaan van leven. Als er op zo'n landschap alle denkbare en onvoorstelbare soorten ruimte zijn, dan is het niet verwonderlijk dat de onze erbij is. Tegelijkertijd beschouwen andere natuurkundigen het idee van een multiversum als afstotend, deels omdat als een theorie het optreden van alle mogelijke gebeurtenissen voorspelt, ze niet op unieke wijze ons universum zal voorspellen.als een theorie het optreden van alle mogelijke gebeurtenissen voorspelt, zal ze niet op unieke wijze ons universum voorspellen.als een theorie het optreden van alle mogelijke gebeurtenissen voorspelt, zal ze niet op unieke wijze ons universum voorspellen.
De Big Rebound-theorieën voorspellen ook een vlakke en gelijkmatig gevulde ruimte vanwege de afvlakkingseffecten die kunnen optreden wanneer deze samentrekt. Het struikelblok van het rebound-idee werd echter lange tijd beschouwd als de overgang van samentrekking naar expansie, waarvoor het gehate idee van 'singulariteit' nodig is - de tijd dat het universum een punt van oneindige dichtheid was - dat door velen wordt beschouwd als een wiskundig zinloze aanname die aangeeft dat de theorie-trein uitstapte. rails. Meer recentelijk zijn natuurkundigen begonnen te beweren dat ze bounce-vergelijkingen hebben gevonden die geen singulariteiten bevatten. In 2016 publiceerden Neil Turok en Steffen Giehlen hun berekeningen in Physical Review Letters. Vervolgens gaf Turok als volgt commentaar op dit werk:
“We ontdekten dat we de kwantumevolutie van het universum nauwkeurig kunnen beschrijven, en we ontdekten dat het universum soepel overgaat door de singulariteit naar de andere kant. We hadden erop gehoopt, maar eerder hadden we dergelijke resultaten niet”.
Big Bounce Animation / Quanta Magazine.
Velen beschouwen 2016 dan ook als de geboorte van de Big Rebound, hoewel het concept zelf teruggaat op het werk van wetenschappers als in het bijzonder Willem de Sitter en Georgy Gamow. De doorbraak in de ontwikkeling van theorie was te danken aan twee technieken die door Turok en Ghilen werden gebruikt. De eerste was om de nog onvolledige theorie van de kwantumkosmologie te gebruiken - een mengeling van kwantummechanica en algemene relativiteitstheorie - in plaats van het universum te beschrijven met de klassieke algemene theorie. De tweede techniek ging ervan uit dat wanneer de ruimte nog heel jong was, materie zich gedroeg als licht - in de zin dat de wetten van de fysica die haar beschrijven onafhankelijk waren van de schaal. Licht werkt bijvoorbeeld hetzelfde, ongeacht de golflengte. De fysica van materie verschilt echter meestal afhankelijk van de schalen in kwestie. Volgens moderne modellen,Gedurende de eerste 50.000 jaar was het heelal gevuld met straling, en er was tegenwoordig niet veel gewone materie die overal in de ruimte wordt waargenomen. Recente modellen van het Big Rebound Universe geven aan dat het in de vroege stadia schaalloos was.
Turok en Ghilen ontdekten dat een kleiner wordend universum onder dergelijke omstandigheden nooit in een staat van werkelijke singulariteit zou komen. In feite "tunnelt" het door dit punt, "springt" van de staat ervoor naar de staat erna. Hoewel dit in eerste instantie misschien een gimmick lijkt, is het een bewezen fenomeen in de kwantummechanica (kwantumtunneling). Omdat deeltjes niet in absolute staten bestaan, maar eerder waarschijnlijkheidswolken zijn, is er een kleine maar reële mogelijkheid dat ze door fysieke obstakels heen "tunnelen" om op ontoegankelijke plaatsen te komen. Het is alsof je door muren loopt, alleen op microscopisch niveau. Turk merkt op dat onnauwkeurigheden in ruimte, tijd en materie erop wijzen dat het onmogelijk is om precies te zeggen waar het universum zich op een bepaald moment bevindt,waardoor het door de singulariteit gaat.
Promotie video:
In 2016 werkten Paul Steinhardt en Anna Ijas echter aan een andere manier om de mogelijkheid van rebound wiskundig aan te tonen. Ze introduceerden een speciaal soort veld in het model van het universum, waarin compressie kan uitzetten voordat de ruimte klein genoeg wordt om in een staat van singulariteit te komen. Bij hun onderzoek gebruikten ze de klassieke algemene relativiteitstheorie. Met andere woorden, met dit werk toonden ze aan dat een rebound niet alleen mogelijk is vanuit het oogpunt van de kwantummechanica, maar ook vanuit het oogpunt van de relativiteitstheorie.
Net als andere hypothesen over de oorsprong en evolutie van het heelal, probeert de Big Bounce-theorie te onthullen waarom het heelal precies is zoals we het waarnemen. De modellen die door natuurkundigen zijn gebouwd, vertegenwoordigen alleen geïdealiseerde, absoluut gladde universums, waarin er geen kleine fluctuaties in dichtheid zijn die leiden tot de vorming van sterren, melkwegstelsels en de werkelijke ruimte. Wetenschappers moeten de Big Bounce-modellen dus nog evolueren naar complexere systemen.
Als het heelal al een keer is "gestuiterd", dan rijst een logische vraag: zal het opnieuw gebeuren? Hoe het ook zij, niet alle rebound-theorieën gaan ervan uit dat de cyclus van contracties en expansies oneindig zal zijn, zoals het cyclische model van het universum beweert. Zelfs als ons universum bijvoorbeeld zo'n rebound heeft doorgemaakt, is er nog geen aanwijzing dat het naar de volgende compressie gaat. Bovendien laten waarnemingen zien dat donkere energie de ruimte steeds verder uitrekt en melkwegstelsels die niet door zwaartekracht aan elkaar zijn gebonden, steeds verder van elkaar afvoert. De wetenschap heeft geen definitief antwoord op de vraag wat ons in de toekomst te wachten staat. Het is echter direct gerelateerd aan hoe het allemaal begon.
Vladimir Guillen
