23 oktober 2017

Opnieuw twijfels aan de juistheid van de inflatietheorie

Februari dit jaar was er al een eerste barst in het stevige firmanent van de inflatietheorie, de theorie die zegt dat er zeer kort na de oerknal waarmee het heelal begon een korte periode van exponentiële expansie was. Drie natuurkundigen – Anna Ijjas en Paul J. Steinhardt (één van de bedenkers van de inflatietheorie) van Princeton en Abraham Loeb van Harvard – kwamen toen met het artikel Cosmic inflation Theory faces challenges in het populair wetenschappelijke tijdschrift Scientific American, waarin ze de theorie van de inflatie, die in 1979 als eerste was bedacht door Alan Guth, als niet te testen kwalificeerden en daarmee als onwetenschappelijk. En nu is daar een tweede barst verschenen, een artikel van natuurkundige Sabine Hossenfelder, bekend van haar blog Backreaction, voor de blog Starts with a Bang van haar collega Ethan Siegel. Kern van Hossenfelders betoog om de inflatietheorie óók als niet wetenschappelijk te beschouwen – en daarmee rijp voor de prullenbak – is dat de theorie in het leven is geroepen om drie problemen waar de kosmologie in 1979 mee worstelde op te lossen, maar dat die problemen met de kennis die we nu hebben géén inflatietheorie meer nodig hebben. De drie problemen even op een rijtje:

  1. Het monopool-probleem: er zijn tot op heden geen monopool-deeltjes ontdekt, hypothetisch elementaire deeltjes die maar één magnetische pool bezitten, een noord- of een zuidpool, niet allebei. In diverse natuurkundige theorieën worden ze voorspeld als een soort topologisch defect, maar ze zijn nooit waargenomen. Door de inflatie zou de dichtheid aan monopolen echter enorm afnemen en daardoor zijn ze nooit ontdekt, zo redeneerde Guth. Hossenfelder zegt hierop dat monopolen een uitkomst zijn van zogeheten ‘grand symmetry’, een theorie die zegt dat in de eerste fasen van de oerknal de sterke, electromagnetische en zwakke wisselwerking één verenigde kracht waren. Maar die grand symmetry is helemaal niet zeker, experimenten hebben geen enkele aanwijzing voor het bestaan ervan gevonden. Eén van de gevolgen van grand symmetry zou het verval van het proton moeten zijn, een proton met een eindige levensduur. Maar zo’n (spontaan) verval is nog nooit waargenomen. Kortom, er zijn gewoon helemaal geen monopolen en derhalve is er ook geen inflatie nodig om het niet vinden daarvan te verklaren.
  2. Het vlakheidsprobleem: het heelal lijkt volstrekt vlak te zijn, dat wil zeggen een niet gekromd heelal, dat beschreven kan worden met euclidische meetkunde. Mocht er een kromming zijn, dan is die zeer klein. Omdat de kromming samenhangt met de dichtheid van de materie moet de kromming tijdens de oerknal exact bij ? = 1 hebben gelegen, waarin Omega (?) de dichtheidsparameter is. Iets dat exact 1 is vinden natuurkundigen niet goed te verklaren en daarom hanteerde men de inflatietheorie, die alle krommingen door de exponentiële expansie glad streek, zoals je in onderstaande afbeelding ziet.
  3. Het horizonprobleem: de temperatuur van de kosmische microgolf-achtergrondstraling – het restant straling van de hete oerknal – is naar alle kanten toe overal gelijk. Oftewel: het heelal is in alle richtingen uniform. Je zou verwachten dat delen van het heelal die (vanwege de eindigheid van de lichtsnelheid) niet met elkaar in contact kunnen hebben gestaan, verschillende temperaturen en dichtheid hebben. De inflatie lost dit op doordat het gehele zichtbare heelal uit een gebied is ontstaan dat zo klein is, dat het in de korte tijd voor het begin van de inflatie wel in contact geweest kan zijn, en zelfs tot een thermodynamisch evenwicht kan zijn gekomen. Hossenfelder zegt dat de homogene temperatuur een initiële condititie in het vroege heelal was, eentje die de inflatietheorie niet nodig heeft om te worden verklaard.

Afijn, de inflatietheorie, die enkele jaren terug nog Nobelprijswaardig leek met de (onjuist gebleken) claim van het Bicep2 experiment op de Zuidpool dat ze primordiale zwaartekrachtsgolven hadden ontdekt, ligt zwaar onder vuur. Hier horen we vast nog meer over. Bron: Starts with a Bang.

Reacties

  1. Gerrit Vermeer zegt:

    De ruimte is of lijkt wel recht op een onvoorstelbare manier die we vrijwel niet kunnen bevatten.
    Je kan hier een meerdimensionaal ruimtelijk beeld aanhangen.
    De materie kromt zich in die ruimte via verstrengeling, die verstrengeling is dan ook ruimtelijk meerdimensionaal.
    Een energie toestand in het atoom is dan een put in die meerdimensionale ruimte.
    Het is lastig voor te stellen en moeilijk te berekenen.
    Maar het kan wel.
    Misschien kan hierover nagedacht worden.

  2. Wybren de Jong zegt:

    En hoe zit het met de verklaring van de samenstelling van het heelal?
    In het begin blijkt er, uit waarnemingen, een bepaalde verhouding tussen waterstof, helium en lithium te zijn geweest.
    Kan die specifieke verhouding ook zonder inflatie verklaard worden?

  3. Het Horizon probleem is op te lossen door aan te nemen dat de snelheid van het licht vroeger anders was dan nu, en daar wordt nijver naar gezocht. En als blijkt dat C achteraf geen constante is dan breekt de hel pas echt los 🙂
    De modificatie van de formule E=4/3mc^2 van Hasenöhrl naar E=mc^2 was eigenlijk een grote gok van Einstein waarbij hij aannam (bewijzen kon hij niet want de laser was nog niet uitgevonden) dat de lichtsnelheid constant zou zijn. Dat is vele jaren na zijn publicatie pas echt bewezen en in 1983 pas is uitgekristalliseerd. Dus een theorie als onwetenschappelijk afwijzen bij gebrek aan bewijs is wat voorbarig, zeker als men niet met een alternatief komt dat wel bewijsbaar is. Mijn grote winnaar is Heisenberg met zijn onzekerheidsprincipe dat maakt dat niets zeker is 🙂

  4. Wat hier beschreven wordt is een nieuwe moderne visie over het heelal, deze visie verandert de laatste eeuwen sterk.

    De visie, waar men vroeger dacht dat de aarde stil stond en de zon rond de aarde draaide. Er wordt nog steeds gedacht dat de waarnemer stil staat en de rest van het heelal beweegt. De mens is eigenlijk het enige object in het heelal dat stil staat in onze visie, atomen, planeten, zonnestelsels, elektronen fotonen, alles spint of beweegt, behalve de waarnemer, de mens als kijker.

    Met hetzelfde gemak kunnen we licht en (elektromagn.) golfbewegingen stil zetten, en alle materie met de lichtsnelheid laten bewegen, de mens valt met de lichtsnelheid de toekomst in, waarbij wij ‘het licht’ van anderen passeren. Het driedimensionale heelal valt met een constante snelheid langs de tijd-as, het vertrekpunt is het verleden, de toekomst een stip op de horizon.

Laat wat van je horen

*