28 maart 2024

Over de oerknal, nee wat zeg ik, over de twee oerknallen

De evolutie van het heelal. Begon die wel met een oerknal? credit: NASA / STScI / A. Felid.

De laatste dagen is er veel discussie over een slechts vier pagina’s tellend artikel van het duo Ahmed Farag Ali (Egypte) en Saurya Das (Canada), getiteld Cosmology from quantum potential, verschenen in het vakblad Physics Letters B 741, 276-279 (2015). Over de strekking van het verhaal heeft collega-Astroblogger Olaf van Kooten vanmiddag al geschreven, dus lees ook zijn blog hierover. Waar ik hier naar toe wil is duidelijkheid verschaffen over het begrip oerknal, want daar is misverstand over en het leidt tot koppen als zouden Ali en Das zeggen dat er geen oerknal is geweest, hetgeen niet hun boodschap is. Waar het hen wel om gaat is de singulariteit van de oerknal, het moment dat alles in één punt zit met een oneindig hoge dichtheid.

Het heelal dijt uit, zoals Slipher en Hubble zagen aan de van ons af bewegende sterrenstelsels, hetgeen ze maten door hun roodverschuiving. credit: NASA, retrieved via http://www.gizmag.com/hubble-spitzer-expansion-universe-redshift-cepheid/24457/pictures#12.

Sinds de eerste waarnemingen van Vesto Slipher en Edwin Hubble in de jaren twintig van de vorige eeuw aan sterrenstelsels die zich van ons af bewegen weten we dat het heelal uitdijt. Draai je als een film die terug draait dat uitdijen om dan krijg je een krimpend heelal en dat zal op een gegeven moment tot zo’n singulariteit leiden, een idee dat de Belg George Lemaá®tre als eerste omschreef – als een oeratoom, dat was in hetzelfde decennium als van Slipher en Hubble. Ali en Das stellen nu dat die singulariteit er niet is geweest, dat wil zeggen dat er wel een oerknal was, maar géén singulariteit. Ze baseren zich daarbij op de zogeheten Raychaudhuri vergelijking, ook wel de Landau-Raychaudhuri vergelijking genoemd, naar de Indiase natuurkundige Amal Kumar Raychaudhuri en de Sovjet natuurkundige Lev Landau. Het is semi-klassieke natuurkunde, d.w.z. het is klassieke natuurkunde (de relativiteitstheorie) met een vleugje kwantum mechanica, kwantum zwaartekracht is het niet, simpelweg omdat die theorie er (nog) niet is. Het resultaat van het gebruik van de Raychaudhuri vergelijking op de oerknal is dat er geen singulariteit is geweest, dat het heelal geen begin heeft gekend, maar altijd in een soort van kwantum potentiaal sluimerde, voordat het door de één of andere oorzaak ineen klapte (‘collapsing’) tot de hete, dichte toestand van de oerknal, die vervolgens via een inflatie ging uitdijen.

Heeft het heelal geen oerknal gekend?

Heeft het heelal geen oerknal gekend? Of beter: heeft de oerknal een singulariteit gekend?

Dat laatste is essentieel: de oerknal als de hete, dichte toestand, die gedurende een zeer korte periode van inflatie exponentieel expandeerde. Dát is één opvatting van het begrip oerknal en het is de opvatting die ook door Ali en Das wordt bevestigd. De andere opvatting is dat de oerknal die singulariteit is, het moment dat letterlijk alles in het heelal in één oneindig klein punt zit in een oneindig hoge dichtheid, het oeratoom van Lemaá®tre. Het is die opvatting die door Ali en Das aan de kant wordt gezet en naar mijn idee is het niet eens een gekke gedachte. Er zijn dus twee definities of opvattingen van het begrip oerknal (Engels: Big Bang, de term komt van Fred Hoyle) en natuurkundige Ethan Siegel maakt met deze afbeelding duidelijk welke nog overeind staat:

Heeft het heelal geen oerknal gekend? Of beter: heeft de oerknal een singulariteit gekend? Credit: Ethan Siegel.

In een heelal zonder inflatie zou zo’n singulariteit wel kunnen bestaat, alleen zit je dan met het probleem dat je niet over de juiste tools beschikt om het te beschrijven, de relativiteitstheorie en kwantum mechanica schieten daarin te kort. Het wordt echter anders door de inflatie, dat zorgt er voor dat er helemaal geen singulariteit is, hetgeen wederom door Siegel in een heldere afbeelding is gegoten:

Credit afbeelding: Bock et al. (2006, astro-ph/0604101); modifications by Ethan Siegel.

Over dat veranderen van het sluimerende kwantum potentieel in een exponentieel uitdijend heelal heeft Das overigens nog een idee, dat hij samen met Rajat K. Bhaduri in dit vakartikel heeft gegoten, namelijk dat gravitonen toen een soort van Einstein-Bose condensaat vormden, een kwantum vloeistof, die een kosmologische constante produceerde – één van de favoriete modellen voor de donkere energie, de mysterieuze kracht die zorgt voor de versnelde uitdijing van het heelal.Hamvraag is tenslotte: kunnen de ideeën van Ali en Das de toets der kritiek doorstaan, zoals dat zo mooi heet? Was er inderdaad geen initiële singulariteit? Voor zover ik vanavond de blogs van collega-natuurkundigen van Ali en Das heb kunnen lezen stuiten de ideeën op de nodige weerstand, met name omdat de argumenten van het tweetal rammelen. Maar komende tijd zal de discussie verder gaan en zullen er vast weer nieuwe ideeën opdoen over dat boeiende onderwerp, het ontstaan van het heelal. Bron: Koberlein + The Reference Frame + Starts with a Bang + Phys.org.

Share

Comments

  1. Rob+Heusdens zegt

    De zogenaamde “singulariteit” heeft nooit bestaan, het is slechts een kenmerk van een model van het universum dat alleen is gebaseerd op GR, en dus incompleet is. Zwaartkracht is over lange afstanden de overheersende kracht in het heelal. Die aanname is correct. Maar ze gaat niet meer op zodra je dicht in de buurt bent van die zog. “model-singulariteit”, dan moet je rekening gaan houden met de effecten van QM.
    De eerste modellen die daar wél rekening mee hielden, nl. QM correcties op GR, zoals ontwikkeld door Starobinsky kwamen uit op een model wat veel gelijkenis vertoond met de latere inflatie modellen.

  2. Rob+Heusdens zegt

    En volgens mij moeten we het hele idee loslaten van een “oerknal” waar zogenaamd alles mee begonnen zou zijn, want dat kan helemaal niet. De Big bang theorie moet worden gezien als een model dat de ontwikkeling van het heelal beschrijft over grote afstanden en lange tijdseenheden, en inhoudt dat het heelal vroeger kleiner, heter en compacter was, maar de big bang theorie zegt helemaal niets over waar die oorspronkelijke uitdeiing door wordt veroorzaakt of wat daar voor was.

  3. Michek Beekveld zegt

    Zodra een theorie- welke theorie dan ook, het heeft over oneindig, dan haak ik al af.

    Mies.

  4. Kees de Vos zegt

    Met maar liefst vier enorme weeffouten c.q. blinde vlekken in onze standaardtheorieën kom ik tot een volledig ander verhaal. Om maar eens te beginnen met onze aardpotentiaal van 0. Klinkt dat niet te “menselijk” sinds we al lang weten dat er een (onverklaard) potentiaalverschil is van 100 volt per meter in de atmosfeer? Die 0-potentiaal is een afgeleide van de elektriciteitswetten en daar is iets fundamenteel mis mee. Als je negatieve lading opbouwt worden elektronen namelijk niet afgestoten maar blijven ze aangetrokken en dat is een volledige paradox met de theorie. In de kathode van een TV-buis moeten de elektronen verhit worden voor ze uittreden! Dat is allemaal goed te begrijpen met het door Einstein beschreven verschijnsel dat het altijd een minimale energie kost om elektronen te kunnen laten ontsnappen (en dat alle elementen daarom een zekere elektro negativiteit vertonen -de eigenschap om elektronen aan zich te binden-). Verdere argumenten kun je herkennen in ijle en of koude omstandigheden waar negatieve ionen stabieler worden\blijven en natuurlijk het algemene gegeven dat de bulk van onze materie bestaat uit moleculen waarin elektronen van de
    samen stellende elementen worden gedeeld! De oplossing hiervan ligt in de erkenning van slechts aantrekkende elektrische krachten; afstotende zijn een misvatting geweest! In de elektrometer lijken twee geladen blaadjes misschien af te stoten maar een, twee of honderd geladen blaadjes worden altijd door geaard omhulsel aangetrokken en dat is waarom ze lijken uit te wijken (niet van elkaar maar naar het omhulsel toe).
    Een geladen (vlierpit)bolletje dat zijn omgeving influenceert blijft (bibberend) op zijn plaats omdat al die gëinfluenceerde deeltjes in zijn omgeving aan alle kanten krachten uitoefenen op het bolletje. Mocht dat bolletje deelbaar zijn geweest dan hadden die delen zich niet van elkaar af gestoten maar waren ze ieder door hun deel van de gëinfluenceerde omgeving aangetrokken!
    Een aardige proef is op te stellen met een veelvoud van geladen blaadjes die een zgn voortijdige ladingsuitwisseling ondergaan (zonder spanningsboog dus). Die vindt typisch lokaal plaats en daar zie je blaadjes dan onderhavig van het elektrische veld zich “opstellen”. Het overgrote andere deel der blaadjes in de andere richtingen vertonen geen beweging ofschoon ze ook geladen zijn!
    Als gevolg van deze argumenten moet de “zwaartekracht” opnieuw als een elektrische kracht worden overwogen. Het zou te gek voor woorden zijn als een elektron dat om een proton draait precies alle krachtwerkingen buiten hun territorium tot precies 0 zou reduceren (wat nu de aanname is). Laat u niet vangen door dit soort wiskunde van de eenvoudige getallen.
    Voor een derde argument in een heel andere orde verwijs ik naar blz. 327\328 van het boek “Energy Options” van J. O’M. Bockris waarin verslag gedaan wordt van een elektrolyseproces waarbij energie van kamertemperatuur omgezet kan worden in hoogwaardig O2 en H2 en de annotatie dat er meer als tien variabelen in moderner onderzoek zijn te benoemen die de acht bestaande nog aardig kunnen aanvullen tzt.
    Als vierde actor een besef dat er nooit rekening is gehouden met wat ik maar noem de elektronen verantwoording. Het tekort waar ik al op duidde zou wel eens algemener kunnen zijn en als die missende elektronen in een vroege fase van de big bang ver voor de wijkende materie uitgedreven zijn kunnen ze een aantrekkende kracht vormen voor het huidige uitdijen!
    Het derde argument geeft ter overweging dat voldoende energie ter hande zou kunnen komen zodat we en eventuele andere beschavingen het hele “zootje” weer eens op orde zouden kunnen krijgen zodat het bij de volgende “big bang” mogelijk net weer even anders gaat lopen. Lijkt me voer voor positief ingestelde mensen nietwaar?

  5. Dus in het kort is de big bang in deze theorie het tijdstip in het universum waar het quantum potentieel is ingestort en heeft geleidt tot het onstaan van alle deeltjes en krachten en wetten die we waar kunnen nemen.
    Maar dan blijft nog open wat het universum zelf is als deze niet in de big bang is onstaan, maar eigenlijk alleen maar een ruimte of platform biedt voor een big bang.
    En is het einde van de big bang weer het punt waar de quantum potentieel weer in zijn beginstand is? En zou het mogelijk kunnen zijn dat het quantum potentieel gestalte kan geven aan een hele andere indeling van deeltjes, krachten en wetten? Ik zou met voorstellen dat er zeg maar al eerdere big bang geweest zouden kunnen zijn die niet stand hielden en weer terug vielen in het quantum potentieel om daarna weer een nieuwe big bang te geven tot ooit dan eens onze big bang heeft plaats gevonden.

  6. Spergel omschrijft het zo; De Big Bang is niet een theorie over hoe het heelal is ontstaan, omdat we niet weten wat er gebeurde in het allereerste moment (en daarvoor). Het is een theorie over de evolutie van het heelal, vanaf het moment dat het een miljardste van een miljardste van een miljardste seconde jong was.

    • Dus zoiets als dat de (biologische) Evolutie Theorie niet de abiogenese van het leven beschrijft. 🙂

      Groet, Paul

      • Inderdaad, dat is een hele goeie vergelijking

      • Rob+Heusdens zegt

        Klopt. Dus de populaire misvatting is dat de big bang theorie een theorie over de oorsprong van het heelal zou zijn. Dat is ze niet. Ze beschrijft slechts de ontwikkeling van het heelal vanaf een zeer vroeg (dwz. in een ver verleden) stadium van het heelal toen het heelal veel heter, compacter en kleiner was (althans, het deel wat nu het waarneembare heelal was).

  7. Even ter referentie aan de laatste vier zinnen van Kees de Vos : Ik denk dat hij doelt op het begrip “entropie” .
    Het heelal denkt over zichzelf na, zowiezo omdat wij mensen er deel van uitmaken en misschien in de verre toekomst de entropie de “baas ” kunnen worden, en zo de loop van het heelal kunnen beïnvloeden. Misschien is dat wel de bedoeling van het “geheel”.

    • Allemaal leuk en aardig dat gepraat over geloof, maar nogal offtopic. Om ontopic te zijn:, heeft op bovenstaande bijdrage van mij hier nog iemand een reactie op ?

      • Ja klopt, geloof en wetenschap kunnen tot een oeverloze discussie leiden, dat zal ook hier het geval zijn. Entropie is ook niet helemaal on topic, maar we zijn flexibel. 🙂 Zelf denk ik dat die entropie op geen enkele manier om te keren zijn, d.w.z. dat de toename van de entropie, zoals omschreven door de Tweede Hoofdwet van de Thermodynamica, niet tegen te houden is. Ja wel lokaal, door toevoeging van energie, maar niet op kosmische schaal.

      • ik zie het geheel als een grote in en uitademing van het heelal, het eind van de inademing is opnieuw het begin van een volgende oerknal, ons tijdsbesef is beperkt.
        Alles ademt, eb en vloed.

  8. Hahahahahahahaha dus eerst was er niks en dat is inmiddels 2 keer ontploft ? Je moet wel zwaar gelovig zijn om dit allemaal aan te nemen en dan zeggen ze wat over moslims of christenen, evolutiE dat is pas een gevaarlijk GELOOF.

  9. Nou Leon, je moet er wel hard om lachen. Vertel eens, hoe is het dan allemaal wel gegaan volgens jou?

  10. Je eigen mensen zeggen het ! https://m.youtube.com/watch?v=XEmn0uaQCYc

    U weet misschien wel dat 0 x 0 0 is
    En 1 keer 0 ook ?

    Dus niets x niets is nog steeds niets.

    Ontploffing of knal, explosie, implosie heeft nog nooit leven voortgebracht maar vernietiging.
    Hoef je niet hoog geleerd voor te zijn.
    Groetjes Leon

  11. Ik weet niet wat je bedoelt met mijn eigen mensen, die astronauten van de Apollo 8 uit de video zijn niet mijn mensen. Ik vraag hoe jij denkt dat alles ontstaan is, waar het heelal vandaan komt, het heelal met meer dan honderd miljard sterrenstelsels, elk met honderden miljarden sterren en planeten.

  12. Ik neem aan dat je gehoord heb wat deze mensen hebben gezegd in het filmpje? Sorry dat ik het uw mensen noemde ik dacht dit zijn astronauten en dit blog heet astroblog dus vond jullie in hetzelfde hokje passen, nogmaals sorry dat ik in hokjes denk.

    Hoe ik denk dat het gebeurt is ?

    In den beginne schiep God den hemel en de aarde.
    De aarde nu was woest en ledig, en duisternis was op den afgrond; en de Geest Gods zweefde op de wateren.
    En God zeide: Daar zij licht! en daar werd licht.

    Let op de woordjes god zeide.

    Een woord is een trilling gemaakt door stembanden.

    Nu komt het mooie als je iemand voorsteld met enorme stembanden
    In onderstaand filmpje zie je wat ik bedoel
    https://m.youtube.com/watch?v=wvJAgrUBF4w

    Dus hoe is alles ontstaan ?
    En God zeide: Daar zij licht! en daar werd licht.

    En God zeide: Daar zij een uitspansel in het midden der wateren; en dat make scheiding tussen wateren en wateren!
    Wederom een trilling.

    En God zeide: Dat de wateren van onder den hemel in een plaats vergaderd worden, en dat het droge gezien worde! En het was alzo.
    Wederom dezelfde trilling

    Vrij simpel dus….
    Maar goed je moet nog wel even toegeven dat alles geschapen is in plaats van dat niets is ontploft tot iets.

    Vind het ook heel erg moeilijk om te geloven dat mijn over over over over over overover over overover over over over over overover over over over over overover over overover over overover over over grootvader een kikker was .

    Groetjes Leon.

    Ps. vergeef me voor mijn typefouten overal.

  13. Ja, ik ken het Apollo 8 verhaal, ze citeerden daar op die Kerstavond het Genesis-verhaal. Prachtige beelden, prachtig verhaal. Maar om terug te keren naar jouw visie op het ontstaan van het heelal: dat is gestoeld op het geloof, dat je weer ontleend aan de Bijbel. En zoals je weet staat dat mijlenver van de wetenschappelijke modellen die er zijn over het heelal en ik denk niet dat het gat ooit overbrugd zal worden. Hoeft ook niet, als ieder de ander maar respecteert. De voorstelling dat de sterrenkundigen denken dat er eerst niets was klopt overigens niet hoor, dat staat ook niet in de Astroblog hierboven. En de kritische vragen over dat model kan je ook op het geloof toepassen; waar kwam God vandaan, hoe deed hij die schepping in zes dagen, hoe oud is de aarde, zijn mensen met hun slechte eigenschappen echt volgens zijn evenbeeld geschapen, waarom zijn er vele varianten van de Bijbel, etcetera….

    • Echte wetenschap gaat heel erg goed hand in hand met de bijbel het is alleen jammer dat zowel de gelovigen als de wetenschappers eigenwijs zijn.

      Je hoeft namelijk niet in god te geloven om te zien dat alles uit een trilling is ontstaan. Het enige wat je nodig hebt is gezond verstand en geen vooroordelen.

      Dan valt de puzzel als 1 stuk op tafel.

    • Waar kwam god vandaan vraag je. God is er altijd al geweest in alles en door alles God is de trilling die leven geeft.

      Hoe oud is de aarde vraag je ? Kijk naar de Sahara woestijn en kijk hoeveel meters het groeit per jaar, redelijk makkelijk terug te berekenen +/- 10 000 jaar

      zijn mensen met hun slechte eigenschappen echt volgens zijn evenbeeld geschapen? Ja we leven in dualiteit
      Zonder goed is er geen kwaad, zonder kou geen warmte, zonder kop geen munt. Dus elk mens heeft dezelfde eigenschappen het is maar net aan wat ieder mens gehoor geeft want zonder gevoel zouden er ook geen keuzes gemaakt kunnen worden.

      waarom zijn er vele varianten van de Bijbel, etcetera….?

      Die zijn er niet er is maar 1 grondtekst!

      Maar ga verder ik kan dit wel waarderen.

      Groetjes leon

  14. Oja wel grappig om te weten !

    Betekenis universum

    De betekenis van universum is: “uni` ver – sum(«Latijn)het -woordheelal
    Het Universum is een andere naam voor het Heelal.
    heelal, kosmos, wereld
    “.

  15. Waarom moet ik met Kees weg ? Het was Arie die vroeg waarom ik zo hard moest lachen, en ik heb antwoord gegeven, ik ben niet aan het discussiëren ik geef antwoord.

    Maar goed veel plezier allemaal en het gaat jullie goed.

    Nog 1 tip!

    Verdiep uzelf is in de karman line dan zult u zien dat er een berg theorieën niet deugen en probeer is een wereldkaart om een bal heen te vouwen hahahahahahahah

    Groetjes

  16. @ Leon -> Quote : “Waarom moet ik met Kees weg ? ”

    Je ‘moet’ niet weg, je wordt niet als een klein kind weg gestuurd !
    Je bent uitgenodigd om verder te converseren/discussiëren, echter wel op een iets andere plek: de astrocorner (
    https://www.astroblogs.nl/forum/forum/astrocorner/ ).

    Deze plek, hier, is gereverseerd voor commentaren over bovenstaande blog, en jij lijkt, of schijnt, te ver Off-Topic te raken.
    Dit is een normale procedure, niet een af serveer kunstje ! 🙂

    Groet, Paul

    @Arie

    Vanaf HOME vind je (ik tenminste ) niet erg eenvoudig de Astro Corner.
    Kan er niet een verwijzing in een van die werkbalken komen ?

    Gr, Paul

    • Paul, bedankt voor je reactie. Je hebt helemaal gelijk. Sommigen schieten direct in een slachtofferrol, terwijl dat absoluut niet nodig is. Eh… over jouw suggestie een link naar de Astrocorner op te nemen in de werkbalk: u vraagt, wij draaien. Hij staat er hoor. 😀

Laat een antwoord achter aan Arie Nouwen Reactie annuleren

*