12 december 2017

Waarin dijt het heelal uit?

brief history of the universe

We weten allemaal dat het heelal uitdijt. Maar waarin dijt het eigenlijk uit? Deze vraag zullen de meeste bezoekers van AstroBlogs zich wel eens gesteld hebben. Als je het vraagt aan een sterrenkundige, dan zal je altijd een onbevredigend antwoord krijgen. AstroBlogs zal je hetzelfde onbevredigende antwoord geven, maar dan wel met uitleg!

Het korte antwoord luidt: het is een onzinnige vraag. Het universum dijt nergens in uit, het dijt gewoon uit! De definitie van universum luidt dat het alles bevat. Als iets buiten het universum bestaat, dan is het dus onderdeel van het universum. Buiten dat alles? Ook universum. Ik weet zeker dat je dit een stom antwoord zal vinden, daarom zal ik het uitleggen. Waarschuwing: je brein zou het kunnen begeven!

Het universum zou oneindig kunnen zijn, oftewel eeuwig kunnen doorgaan. Het zou ook eindig kunnen zijn, oftewel een gelimiteerd volume kunnen bevatten. In beide gevallen heeft het universum geen grens of rand. Als we ons voorstellen dat het heelal sinds de oerknal is gaan uitdijen, dan denken we meestal aan een soort explosie, waarbij materie vanuit een enkel punt alle kanten is opgevlogen. Die analogie klopt echter niet.

Een betere analogie is het oppervlak van een opgeblazen ballon. Niet de driedimensionale ballon, maar gewoon z’n tweedimensionale oppervlak. Stel je voor dat je een mier zou zijn, die loopt op het oppervlak van een enorme ballon. Als deze ballon je gehele universum zou zijn, dan zou de ballon in principe plat lijken.

Okee, stel je voor dat de ballon wordt opgeblazen. In welke richting je ook kijkt, de andere mieren zullen van je vandaan bewegen. Hoe groter de afstand, hoe sneller ze lijken te bewegen. Hoewel het voelt als een plat oppervlak, zal er iets merkwaardigs gebeuren als je maar lang genoeg in een bepaalde richting zal lopen: je zal weer terugkeren bij je startpunt!

Je zou je een groeiende cirkel kunnen voorstellen en je afvragen waarin het uitdijt. Maar dat is een onzinnige vraag. Je kunt in geen enkele richting lopen die je buiten het oppervlak zal brengen. Je tweedimensionale brein kan zich simpelweg geen groeiend driedimensionaal object voorstellen. De ballon zou een centrum kunnen hebben, maar het oppervlak heeft dat niet. Gewoon een vorm die in alle richtingen groter wordt en die in zichzelf gewikkeld is. Toch zal een rondje rond de hele ballon steeds langer gaan duren naarmate de ballon groter wordt.

universe balloon analogy

Allemaal leuk en aardig, maar wat heeft dit met ons heelal te maken? Wel, laten we ons gedachtenexperiment eens opschalen met een extra dimensie. De ballon verandert van een 2D-oppervlak ingebed in een 3D-wereld naar een 3D-volume dat is ingebed in een 4D-universum. Astronomen denken dat als je snel genoeg in een rechte lijn zou kunnen vliegen, dat je dan weer zal terugkeren bij je startpunt. Als je ver genoeg zou kunnen turen, zou je de achterkant van je eigen hoofd kunnen zien!

Naarmate het heelal blijft uitdijen zal het steeds langer duren voordat je bij je startpunt bent gearriveerd. Het is echter onmogelijk om “buiten” het universum te komen, los van het “oppervlak”. Zelfs als je sneller dan het licht zal bewegen, zal je simpelweg eerder bij je startpunt arriveren. We zien andere sterrenstelsels in alle richtingen van ons vandaan bewegen, op dezelfde manier dat de mier de andere mieren van hem vandaan ziet bewegen.

Bedenkt goed dat ons gehele denkpatroon gebaseerd is op drie dimensies. Als we vierdimensionale wezens zouden zijn, zou dit verhaal veel logischer klinken. Voor een veel diepere uitleg verwijs ik graag naar Zogg the Alien, die uitlegt waarom het heelal geen rand heeft. Als je al z’n video’s hebt bekeken, ben je een expert op het gebied van de topologie van het universum!

Hopelijk is dit een enigszins bevredigend antwoord op de vraag “waarin dijt het heelal uit” Zonder rand, is er niets om in uit te dijen, het dijt gewoon uit.

Bron: Universe Today.

Reacties

  1. Hihihi, één minuut achter elkaar twee artikelen over het expanderende heelal. De lezers van de Astroblogs worden verwend. 😀

  2. EnceladusEnceladus zegt:

    Mijn complimenten Olaf! Zeer interessante blog!

  3. “De definitie van universum luidt dat het alles bevat. Als iets buiten het universum bestaat, dan is het dus onderdeel van het universum. Buiten dat alles? Ook universum.”

    Dit lijkt mij incorrect in het huidige wetenschappelijke denken. Volgens mij is de definitie tegenwoordig dat het universum niet het geheel is van ‘alles’, maar enkel van datgene wat topologisch gezien (weg)samenhangend is met de rest van het universum. D.w.z.: het universum is al dat is, binnen één verbonden ruimtetijd.

    Motivatie:

    1) deze definitie is grofweg waar je op uitkomt als je in de klassieke definitie spreekt over ‘ons’ (deel van het) universum. Dat deel zou namelijk bepaald worden door de eigenschap van verbondenheid (samenhang) met ons: ‘ons’ universum is alles wat relevant zou kunnen zijn voor ons.
    2) het heeft veel zin om de topologie van het universum gelijk te stellen aan de topologie van onze ruimtetijd. In onze ruimtetijd is de aanname van wegsamenhang een essentiële aanname, waardoor de conclusie volgt dat een onsamenhangend deel van het universum geen deel kan uitmaken van ‘onze’ ruimtetijd.
    3) het heeft voor de wetenschap geen zin om te spreken over datgene wat op fundamentele wijze ontoegankelijk is voor ons. I.e.: het heeft geen zin om een onsamenhangend deel van het universum onderdeel te laten uitmaken van een wetenschappelijke definitie van het universum
    4) wetenschappers spreken veelvuldig over het bestaan van ‘meerdere parallelle universa’. In de klassieke definitie van ‘universum’ zou dit een incoherente uitspraak zijn: er kan geen veelheid zijn van alles, omdat al deze universa dan identiek zouden moeten zijn aan elkaar (d.w.z. ze bevatten exact dezelfde elementen).

    • EnceladusEnceladus zegt:

      Volgens de holografische theorie van Gerard ’t Hooft zou er zelfs sprake zijn van een buitenrand van het universum. Als er een buitenrand is, dan is er vanzelf ook iets buiten het universum.

      • Olaf van KootenOlaf van Kooten zegt:

        Natuurlijk hebben jullie gelijk. Bovenstaand artikel is dan ook het “light” antwoord op de vraag waarin het universum uitdijt. Bovendien is dit de insteek van de bron. In tegenstelling tot Arie, die zomaar puike artikelen uit z’n mouw kan schudden, ben ik altijd afhankelijk van een bron om een stukje te typen. Ik ben beter in vertalen dan in verzinnen, ach ieder z’n talent he 😉

  4. Eén ding is zeker, het houdt ons in ieder geval bezig om ooit een definitief antwoord te krijgen op de vraag hoe of wat is het eind van het universum.
    Wie weet is het heel simpel n.l een toegankelijke reflectie van al het voorgaande.
    In dat geval is er geen eind. Stel je reist in een supersnel ruimteschip een willekeurige richting op met de intentie het eind van ’t Universum te bereiken. Gaat niet lukken… door de toegankelijke reflectie van het “eerdere”. Een beetje vergelijkbaar met een 3-delige spiegel die je zó kunt afstellen dat je jezelf oneindig ziet.

    • EnceladusEnceladus zegt:

      Interessant Monique! Heb je wellicht een link voor mij naar meer informatie over ‘toegankelijke reflectie’?

      • Nee, volgens mij bestaat dat niet. Je weet wat reflectie is?Je weet wat toegankelijk betekent? Die twee samen maakt het verschil in die volgorde. Ik stel mij zoiets voor als een (gerealiseerde) weerkaatsing van (eerst) het huidige, teruggaand naar het “eerdere” én bereikbaar… etc. (Slik) ik vind het moeilijk om uit te leggen maar als je het kunt inbeelden dan is het simpel en duidelijk. En…. oneindig. Wat ik niet bedoel is uitdijing of holografisch (dat is uitgesloten) Er is één iets waar ik mijn vraagteken bij zet, hoewel…

        • EnceladusEnceladus zegt:

          Hoi Monique,

          Waarom is de holografische theorie volgens jou uitgesloten?

          • Tussen reflectie en holografie twijfelde ik. Dan ga ik toch voor reflectie omdat holografie mij doet denken aan een visueel effect. Ik vind holografie verwarrend omdat het ook serieus in de natuurkunde een issue is. Dan zou ik mij eerst moeten verdiepen in de overeenkomsten tussen “toegankelijke” reflectie en holografie.
            Op jouw vraag waarom ik de holografische theorie uitsluit is het antwoord dat ik dan meer aan een kunstmatig “patroon” denk en dat bedoel ik niet.

          • EnceladusEnceladus zegt:

            Hoi Monique,

            De holgrafische theorie is ontwikkeld door Gerard ’t Hooft, dus ja, dan mag je het inderdaad wel een serieus issue in de natuurkunde noemen. Persoonlijk vind ik het een briljante theorie. En zeer aannemelijk. Daarbij moet ik wel opmerken dat ik zelf geen wetenschapper ben, maar toen ik voor het eerst kennis nam van de ideeën van Gerard ’t Hooft was dat een ware aha-erlebnis.

        • Zou je mij kunnen uitleggen wat ‘toegankelijk’ betekent? Ook ‘reflectie’ is me niet helemaal duidelijk.

          Als je bedoelt dat het universum een kleine gesloten manifold is waardoor het licht van miljarden jaren gelden al meerdere malen rond het universum zijn gereisd, met als resultaat dat we alles enkele malen verdubbeld zien omdat we de de oude lichtstralen nog steeds opvangen, dan is dat grotendeels uitgesloten door de observatie. Er zijn in ieder geval al flinke beperkingen aan de minimale grootte van het universum.

          • @ Lukas
            Nee, het is totaal niét wat ik bedoel. (Zucht) Ik was al blij dat het er zo duidelijk opstond (eerste reactie) Toegankelijke reflectie bestaat niet (verzonnen ter ondersteuning) maar als je de betekenis van de woorden opzoekt en er een voorstelling bij kunt maken… Dan weet je wat ik bedoel met het oneindige Universum. Als ik ga uitleggen wordt het alleen maar ingewikkelder 🙁 Beter doe ik dat niet.

          • “maar als je de betekenis van de woorden opzoekt en er een voorstelling bij kunt maken”

            Maar ik kan de betekenis niet vinden en me er dus geen voorstelling bij maken.

            Ingewikkeld maakt me niet uit. Ik heb een universitaire graad in filosofie en natuurkunde en ben wel wat gewend.

            Dan kunnen we toch samen helderheid scheppen? 🙂

          • EnceladusEnceladus zegt:

            Lukas screef: “Ik heb een universitaire graad in filosofie en natuurkunde en ben wel wat gewend.”
            Interessante combinatie! Kun jij eens zeggen hoe jij tegen de theorie van ’t Hooft aankijkt?

  5. Pieter Servranckx zegt:

    Olaf, leuke blog maar er is toch iets dat niet klopt.
    U schrijft: “Hoewel het voelt als een plat oppervlak, zal er iets merkwaardigs gebeuren als je maar lang genoeg in een bepaalde richting zal lopen: je zal weer terugkeren bij je startpunt!”
    Maar dat zou betekenen dat het heelal gekromd is. En dat klopt niet. Dit is onderzocht door astronomen en ze zijn duidelijk: het heelal is VLAK.
    Dat wil zeggen dat je oneindig kunt blijven doorgaan, je zal nooit meer bij je beginpunt komen. Dit betekent ook dat het heelal oneindig groot is en dat het ook al oneindig lang aan het uitdijen is. De oerknal waarmee “ons” heelal begonnen was een toevallige quantumfluctuatie in “inflaton”. De uitdijing is tot stilstand gekomen en de energie ervan is omgezet in de materie die wij rondom ons zien. Een beetje zoals water dat afkoelt en ijs wordt.
    Ons heelal is een bubbel in een Zwitserse kaas. En ongetwijfeld zijn er buiten ons heelal nog oneindig veel andere bubbels in dit uitdijende inflaton.
    We dijen dus uit in iets dat gewoon nog veel sneller uitdijt. En onze uitdijing versnelt. Binnen enkele tientallen miljarden jaren zullen alle atomen uiteengereten worden door deze donkere energie die de uitdijing veroorzaakt. En dan kan er in dit immens grote, leeg en koud heelal opnieuw een quantumfluctuatie gebeuren waardoor er een nieuwe bubbel ontstaat.

Laat wat van je horen

*