Als het universum geen begin zou hebben..?

x

x

Wat als het universum geen begin zou hebben?

2015 © Jan Smith (origineel: Phys.org & Brian Koberlein)

x

Berichten over de dood van de Big Bang zijn schromelijk overdreven. De Big Bang theorie is nog springlevend. Tegelijkertijd kent ons universum wellicht geen begin of eind. Heb jij wellicht de afgelopen weken de berichten gezien waarin gesuggereerd wordt dat de Big Bang nooit is voorgevallen?

Volgens astrofysicus Brian Koberlein – groot wetenschappelijk pleitbezorger aan het Rochester Instituut voor Technologie met een populaire website op G+ – komt dat echter niet naar voren uit het allernieuwste onderzoek, dat deze maand is gepubliceerd in Physics Letters B. Het nieuwe onderzoek suggereert geenszins dat er geen sprake is geweest van een Big Bang, zegt Koberlein, men beweert echter alleen dat de Big Bang niet met een singulariteit is begonnen – een punt in ruimtetijd waar materie oneindig dicht is, zoals in het hart van een zwart gat. Hoe dit kan? Koberlein legt het uit op zijn website:

‘Waar het om gaat is dat door de singulariteit te negeren, het nieuwe model nu laat zien dat het universum geen begin kent. Het universum bestond al als een soort kwantummogelijkheid, alvorens ineen te storten in de hete, dichte toestand die wij aanduiden met de Big Bang. Helaas gaat men er in tal van publicaties en berichten vanuit dat ‘geen singulariteit’ ook automatisch ‘geen Big Bang’ zou betekenen’

Het nieuwe model – waarin ons universum geen begin en geen eind heeft – is afkomstig van Ahmed Farag Ali van de Benha Universiteit in Egypte en zijn collega Saurya Das van de Universiteit van Lethbridge in Alberta, Canada. Hun paper gaat uit van een resultaat dat is afgeleid van Einsteins’ algemene relativiteitstheorie, dat bekend staat als de ‘Raychaudhuri vergelijking’. Koberlein schrijft:

‘In principe beschrijft zijn vergelijking hoe een volume materie door de tijd heen verandert, en daarom is het een fantastische manier om uit te vinden waar in jouw model sprake is van natuurkundige singulariteiten. Maar de auteurs maken echter geen gebruik van de klassike Raychaudhuri vergelijking, zij passen een variatie toe van een paar kwantumkneepjes. Deze benadering wordt vaak semi-klassiek genoemd …’

De uitkomst is dat dit onderzoek de noodzaak voor een initiële singulariteit voor de Big Bang terzijde schuift. Tenminste, het elimineert de noodzaak voor een enkel oneindig dicht punt van waaruit ons universum zo’n slordige 13,4 miljard jaar geleden ontstond. De Big Bang zelf kan volgens dit model altijd nog hebben plaatsgevonden. Koberlein hierover:

‘De Big Bang wordt vaak voorgesteld als een of andere explosie vanuit een punt, maar in werkelijkheid stelt de Big Bang theorie gewoon dat het jonge universum extreem heet en dicht was. Het model doet bepaalde voorspellingen ten aanzien van het bestaan van een thermisch kosmische achtergrond, de nog steeds voortdurende uitdijing van het universum, de overweldigende hoeveelheid elementen die erin voorkomen en dergelijke. Al die voorspellingen worden met grote precisie aangetoond door observaties. De Big Bang is een krachtige wetenschappelijke theorie die nooit zal verdwijnen en dit nieuwe onderzoek stelt hem ook absoluut niet ter discussie.’

Een aantrekkelijk aspect van dit nieuwe document is dat het tevens een kosmologische constante voorspelt, een concept dat oorspronkelijk al in 1917 door Einstein werd geïntroduceerd. Hij voegde een kosmologische constante toe aan zijn algemene relativiteitstheorie met de bedoeling om het universum stilstaand voor te stellen, in plaats van uitdijend. Later liet hij dat idee weer los en noemde het zijn ‘grootste blunder allertijden’ nadat Edwin Hubble in 1929 ontdekte dat alle sterrenstelsels buiten onze Lokale Groep zich van elkaar af bewegen.

De idee van een kosmologische constante werd daarna decennia lang genegeerd, maar sinds 1990 hebben nieuwe ontwikkelingen in de kosmologie ervoor gezorgd dat dit concept nieuw leven is ingeblazen door te veronderstellen dat een constante nodig is om het universum, zoals wij dat nu waarnemen, te verklaren. In het nieuwe model van Ali en Das, zorgt een kosmologische constante voor een zeker mechanisme waardoor de mysterieuze, alom aanwezige, donkere materie de waargenomen versnelling van de uitdijing van het universum veroorzaakt. De Big Bang theorie is dus springlevend. En Koberlein stelt: 

‘Hoewel het hier om een interessant model gaat, dient te worden opgemerkt dat het tevens zeer basaal is. Iets meer dan een conceptueel ontwerp is het niet. Ook dient men zich te bedenken dat het vervangen van de Big Bang singulariteit door een extern verhaal ook niet nieuw is; in vele inflatiemodellen, bijvoorbeeld, worden soortgelijke voorspellingen gedaan.’

Desalniettemin is het interessant om te zien of dit nieuwe model de interesse opwekt van kosmologen en uiteindelijk een bijdrage zal leveren aan het veranderen van onze manier van denken over de Big Bang singulariteit, die sinds de tijd dat velen van ons werden geboren een vaststaand gegeven is. Grootse ideeën als deze veranderen soms en het zou leuk zijn om te zien of dat hier ook het geval zal zijn!

Samengevat
De meesten van ons denken dat de Big Bang het idee omvat dat ons hele universum is ontstaan vanuit een enkel punt, iets wat astrofysici aanduiden met een ‘singulariteit’. Er is echter helemaal geen singulariteit nodig om toch een Big Bang te krijgen, althans volgens het laatste onderzoek van Ahmed Farag Ali uit Egypte en zij Canadese collega Saurya Das.

Alles draait er volgens astrofysicus Brian Koberlein om dat de uitkomst van dit nieuwste model is dat het universum zonder die singulariteit geen begin en geen eind heeft. Het bestond al eeuwig als een soort kwantummogelijkheid alvorens ineen te storten tot de dichte, hete toestand die wij de Big Bang noemen.

x

* * *

x

Mysterieuze donkere materie in universum aangetoond..?

2015 © Via Science Daily – vertaling Jan Smith

Ondertussen zeggen astronomen in Stockholm, dat zij met hun nieuwe technieken, het bestaan van donkere materie in het binnenste van de Melkweg hebben aangetoond, inclusief het gebied waarin onze Zon en Aarde zich bevinden. Als dat waar is, zullen de hedendaagse detectoren die donkere materie ook waarnemen/vinden en zodoende voor de aanwezigheid van die mysterieuze substantie voor het eerst en direct waarnemen. Het is een moeilijk uit te voeren meting, maar sterrenkundigen in Stockholm zeggen nu toch het bewijs te hebben geleverd. En dat dus in ons deel van het universum.

We weten inmiddels dat donkere materie bestond in de buitengebieden van onze Melkweg. Het feit dat donkere materie ons en andere spiraalvormige sterrenstelsels omringt, bracht sterrenkundigen in 1978 al op het idee van het bestaan van deze mysterieuze substantie – waarvan nu bekend is, dat die zo’n 26 % van het hele universum vult.

Nieuw onderzoek levert nu het bewijs voor de aanwezigheid van donkere materie in het binnenste deel van de Melkweg. Er zou mogelijk zelf donkere materie kunnen voorkomen in ons eigen zonnestelsel, en, als dat zo is, kan dat door hedendaagse detectoren worden bevestigd. In het op 9 februari j.l. door de Universiteit van Stockholm gepubliceerde onderzoek wordt beweerd dat er om ons heen grote hoeveelheden donkere materie aanwezig zijn, alsmede ook tussen ons en het centrum van het Melkwegstelsel. De astronomen in Stockholm schrijven in een verklaring:

Het onderzoeksresultaat draagt in grote mate bij aan een fundamentele stap voorwaarts in de zoektocht naar de aard van donkere materie.

In de jaren 70 van de vorige eeuw werd donkere materie per ongeluk ontdekt door de astronomen Vera Rubin en Kent Ford. Zij keken naar spiraalvormige stelsels en merkten op dat de sterren die ver verwijderd waren van het centrum en zich in de buitenste, dunbevolkte regionen ervan bevonden, net zo snel bewogen als sterren die dichterbij het centrum stonden. Dat lag niet in de verwachting…

Kennelijk bezat de zichtbare massa van die sterrenstelsels niet voldoende zwaartekracht om de buitenste sterren in dergelijke snelle omloopbanen te houden. Zodoende zagen de twee astronomen zich genoodzaakt om tot de ontstellende conclusie te komen dat er meer aan de hand was met sterrenstelsels dan men tot dan toe had aangenomen; er was kennelijk sprake van een geweldige hoeveelheid onzichtbare materie in de buitenste regionen van sterrenstelsels waar zichtbare sterren relatief weinig voorkomen. Aldus werd het concept van de donkere materie geboren.

Die ontdekking was zo’n enorme stap voorwaarts in de begripsvorming over ons universum en sindsdien zijn sterrenkundigen erg goed in het afleiden van het bestaan en de eigenschappen van donkere materie voor wat betreft het effect van de aantrekkingskracht ten opzichte van zichtbare materie en straling. Nu denkt men inderdaad dat de uitgestrekte structuur van het universum zelf grotendeels wordt aangedreven door donkere materie. Tot nu toe heeft nog niemand echter direct donkere materie kunnen detecteren. We kunnen het bestaan ervan afleiden, maar weten doen we het nog niet.

Het is bovendien erg moeilijk om vast te stellen dat donkere materie niet alleen in de buitengebieden van onze Melkweg bestaat, maar ook in het binnenste deel ervan waar onze Aarde en Zon zich bevinden. Dat komt doordat onze metingen – overigens van hetzelfde soort als waarmee voor het eerst het bestaan van donkere materie werd aangetoond – niet nauwkeurig genoeg zijn om donkere materie vanuit onze positie in de Melkweg te ontdekken. Miguel Pato van de Natuurkundefaculteit van de Universiteit van Stockholm zegt daarover:

‘In ons onderzoek hebben we voor het eerst een directe waarneembaar bewijs gekregen van de aanwezigheid van donkere materie in het binnenste van onze Melkweg. We hebben eerst een zo compleet mogelijke overzicht samengesteld van alle tot nu toe gepubliceerde meetresultaten van de beweging van gassen en sterren in de Melkweg en vergeleken daarna de gemeten rotatiesnelheid met de verwachte snelheid met de aanname dat er alleen sprake is van lichte materie in het zonnestelsel.

De waargenomen rotatie kan niet worden verklaard tenzij er om ons heen grote hoeveelheden donkere materie aanwezig zijn, en ook tussen ons en het galactisch centrum. Onze methode zal toekomstige astronomische waarnemers in staat stellen de verdeling van donkere materie in ons zonnestelsel met nog niet eerder vertoonde precisie te meten. Hierdoor zullen we in staat zijn om ons begrip van de structuur en evolutie van ons zonnestelsel verder te verfijnen en zal het de aanzet geven tot nog nauwkeuriger voorspellingen van de vele experimenten die wereldwijd op zoek zijn naar donkere materie.

Het onderzoek draagt op die manier bij aan een fundamentele stap voorwaarts in de zoektocht naar de aard van donkere materie.’

* * *

x