21-10-2010
Een langverwacht kijkje hoe het er vóór de oerknal uitzag
Steeds meer kosmologen vragen het zich af: wat voor heelal was er vóór de big bang?
Hoe ‘startte’ de oerknal? Wat gebeurde er in die picoseconde waarin het huidige heelal ontstond? En wat was er daarvóór? Die laatste vraag was jarenlang verboden terrein. Maar sinds kort durven steeds meer kosmologen hem toch te stellen. Wat kunnen berekeningen ons leren? En kunnen we nog iets van dat ‘andere’ heelal zien?
Het grote probleem is dat ze, om de oerknal te begrijpen, twee theorieën samen moeten voegen: de kwantummechanica en de Algemene Relativiteitstheorie. Beide zijn nodig: de kwantummechanica omdat die het gedrag van elementaire deeltjes beschrijft (en het heelal wás op dat moment zoiets als een elementair deeltje); de Algemene Relativiteit omdat die de zwaartekracht beschrijft – en dat was in die eerste momenten de dominante kracht. Maar beide theorieën verschillen hemelsbreed. Zelfs Einstein was niet in staat om ze te ‘unificeren’.
Reusachtige zeepbel
De bekendste poging om dat toch te bereiken, is de ‘snaartheorie’, die stelt dat elementaire deeltjes in wezen trillende snaren zijn in een wereld van vele dimensies. Een compleet andere aanpak is de theorie van de ‘luskwantumzwaartekracht’. Volgens deze theorie bestaat de ruimte uit extreem kleine ‘blokjes’ (met een inhoud van 10-99 cm3) met daarin drie vervlochten, fundamentele eenheden: ruimte, tijd en materie. Aanhangers van beide theorieën proberen nu ‘achter de oerknal’ te kijken.
Kosmologen gaan allang niet meer uit van één enkele oerknal waarbij ‘uit het niets’ het heelal ontstond. Sinds dertig jaar gaan ze ervan uit dat heelallen ontstaan door een proces dat ‘inflatie’ wordt genoemd, waarbij vanuit een punt in de ruimte, door een ongekende groei en expansie, een nieuw universum ontstaat, als een reusachtige zeepbel. Er is niet één heelal, er zijn er ontelbaar veel die elkaar mogelijk nog verdringen ook. Maar kunnen we iets zeggen over dat ‘moederheelal’ waaruit door ‘onze’ oerknal ‘ons’ heelal is ontstaan? Twee theoretici, ieder met een compleet andere aanpak, hebben met hun ideeën op dit terrein de laatste jaren veel aandacht getrokken.
Navelstreng
De eerste is de van oorsprong Albanese Laura Mersini-Houghton. Zij baseert zich op de snaartheorie. Volgens haar berekeningen blijven het oude en jonge heelal op een abstract-fysische manier ‘gekoppeld’. Zij bereikte vier jaar geleden wereldfaam met haar voorspelling dat die ‘navelstreng’ zichtbaar zou zijn in de vorm van een onverklaarbare kracht die melkwegstelsels in het uitdijende heelal opzij trekt – en kort daarop vonden astronomen zowaar een dergelijke ‘afwijking’! Indrukwekkend – maar dat afwijkende gedrag kan wellicht ook (en beter) op een andere manier worden verklaard.
De tweede is de van oorsprong Duitse fysicus Martin Bojowald. Hij maakt gebruik van luskwantumzwaartekracht – en dan vooral van het gegeven dat het begin van ons heelal volgens deze theorie niet echt een dimensieloze punt was, maar nooit kleiner dan dat kleinst mogelijke ‘blokje’ van 10-99 cm3. En zolang er ruimte is, kun je doorrekenen. Dat gaatje zorgt ervoor dat eigenschappen/eigenaardigheden van het heelal vóór onze oerknal de vorm en samenstelling van ons huidige heelal hebben kunnen beïnvloeden.
Volgens Bojowald verschilde dat ‘moederheelal’ flink van ons heelal. Hij vermoedt dat de natuurconstanten, als ze door dat erg kleine gaatje geperst worden, flink kunnen veranderen. En net als Mersini-Houghton komt hij (maar dan langs een totaal andere weg) tot de conclusie dat het moederheelal op verschillende manieren zijn ‘vingerafdruk’ kan hebben achtergelaten in ons heelal.
Rimpels
Als het moederheelal bijvoorbeeld erg inhomogeen was, kan dat ‘doorgesijpeld’ zijn naar ons heelal in de vorm van gravitatiegolven: ‘echo’s’ van de extreme massaconcentraties van dat moederheelal. Die golven kunnen op hun beurt rimpels hebben achtergelaten in de kosmische achtergrondstraling, de resterende warmte van de oerknal.
Vanaf volgend jaar zal de Planck satelliet gedetailleerde kaarten van deze straling gaan produceren, en onderzoekers kijken daar reikhalzend naar uit. Maar dat is een indirect effect. Wat eigenlijk zou moeten gebeuren, is het direct meten van die gravitatiegolven in onze kosmos. NASA heeft vage plannen voor een Big Bang Observer, bestaande uit zes satellieten die, verspreid over het zonnestelsel, passerende gravitatiegolven gaan meten. Als dat project doorgaat (dat kan tientallen jaren duren), komen we wellicht een héél klein beetje te weten over het heelal vóór ons heelal. Een uiterst vaag plaatje, meer niet. Maar dat zou wél het bewijs zijn dat er een moederheelal bestond. En dat ons heelal er slechts één is in een oneindig aantal, voortdurend exploderende heelallen
(depers.nl)