17 november 2018

Hoe kan er nou een compleet heelal uit het niets ontstaan?

Hoe krijg je een heelal uit het niets?

Hoe krijg je een heelal uit het niets?

In één van de reacties op mijn blog over de leeftijd van het heelal – door de WMAP-sonde onlangs vastgesteld op 13,772 miljard lichtjaar – werd door lezer Shem de vraag gesteld hoe een compleet heelal uit het niets kan ontstaan. Een vraag die moeilijk te beantwoorden lijkt, want verklaar maar eens hoe 13,772 miljard jaar geleden alle miljarden sterrenstelsels met al hun miljarden sterren en planeten – inclusief ons eigen nietige planeetje de Aarde – opgepropt zaten in één klein puntje, met een oneindig grote dichtheid en temperatuur. Eigenlijk lijkt het een onmogelijkheid om te verklaren waar dat ”oeratoom”, zoals de Belgische priester George Lemaïtre het in 1931 als eerste noemde, vandaan kwam en hoe dat uit het niets oppopte. Een dilemma dat prachtig in deze tekening te zien is: ooit was er niets en toen ontplofte dat niets ook nog eens. Lijkt niet te verklaren, tenzij je in een God gelooft, die het heelal in een kleine week in elkaar knutselde en die met wat spreuken het licht, de zon, maan, planeten en sterren tevoorschijn toverde. Maar voor die gemakkelijke uitweg kiezen de sterrenkundigen niet. Sterker nog, er is wel degelijk een verklaring mogelijk hoe uit het niets een compleet heelal kan ontstaan! Voor die uitleg zijn een aantal ingrediënten noodzakelijk:

  • Het ”niets” is helemaal niet leeg. Door de quantum-mechanica (Heisenberg”s onzekerheidsprincipe) weten we dat de lege ruimte continue gevuld is met opborrelende virtuele deeltjesparen, die elkaar in korte tijd weer vernietigen en vervolgens verdwijnen. Je zou denken dat we van die virtuele deeltjes weinig merken, maar vergis je niet. Onze landgenoot Ernst Casimir was de eerste die ontdekte dat er vanuit het ogenschijnlijk lege vacuüm grote krachten kunnen komen, het Casimir-Effect. Bovendien wordt het grootste gedeelte van alle massa die wij om ons heen zien gevormd door die virtuele deeltjes! Ja ja, ik weet het, dat is nogal een zware stelling. Maar hij is juist. Neem bijvoorbeeld het proton, het deeltje dat samen met de neutronen alle atoomkernen vormt. Het proton weegt 938 MeV. Ieder proton is opgebouwd uit 2 up quarks en 1 down quark. Het up quark weegt volgens schattingen tussen 1,5 en 4,0 MeV, het down quark 4 tot 8 MeV. Die drie quarks wegen dus bij elkaar maximaal 16 MeV. En waar komt de rest van die 938 MeV vandaan? Deels als ”contributie” door de virtuele deeltjes, deels door de kinetische energie van gluonen, de kleurdragers die tussen de quarks door bewegen.
  • Het heelal is vlak. Van de vorm of geometrie van het heelal zijn er drie modellen: een heelal met een positieve kromming (bolvormig, gesloten), eentje met een negatieve kromming (hyperbolisch, open) en eentje zonder kromming, een vlak (Engels ”flat”) heelal. Niet alleen is een vlak heelal wiskundig gezien het meest aansprekend – vanwege de symmetrische eenvoud ervan – ook in kosmologische theorieën als de inflatietheorie komt een vlak heelal er als favoriet van de drie modellen uit. En de laatste WMAP gegevens laten zien dat een vlak heelal ook vanuit de waarnemingen de beste beschrijving van het heelal geeft1.
  • De totale massa-energie van een vlak heelal is… nul! En dit is de crux van de zaak, die alles feitelijk verklaart. De som van de positieve massa (zowel gewone materie als donkere materie) en de negatieve energie van de zwaartekracht is nul. Men noemt dat in het Engels het ”zero energy universe”. Omdat de weegschaal van het heelal dus netto nul is, kan het heelal vanuit het ”niets” gemakkelijk ontstaan.

In zijn boek A Universe From Nothing” beschrijft de kosmoloog Lawrence M. Krauss hoe door deze ingrediënten vanuit het ”niets” een compleet heelal kan ontstaan. Ik heb in 2009 een blog geschreven, waarin een video van ruim een uur te zien is, waarin Krauss dieper op dit onderwerp in gaat. En dat is dus ook hoe ik denk dat het ruim 13,7 miljard jaar geleden moet zijn gegaan: vanuit het ”niets” borrelde vanuit het ”quantum schuim” een heelal op dat vlak was en dat een totale massa-energie van nul had. Kortom, de eerste zin van Genesis I zou eigen moeten luiden: “In den beginne was er het Onzekerheidsprincipe“. 🙂

Noten
  1. De kromming van het heelal wordt ook wel weergegeven door de term Omega. In een heelal met positieve kromming is Omega > 1, in een heelal met negatieve kromming is Omega < 1 en in een vlak heelal is Omega gelijk aan 1. WMAP heeft waargenomen dat Omega ongeveer 1,,003 is, dus bijna gelijk aan 1. []

Reacties

  1. Jolanda kwast zegt:

    Als er dan van niets iets is ontstaan dan vraag ik mij af hoe dat quanten schuim er is gekomen

  2. De som van alle positieve en negatieve massa energie was natuurlijk niet nul.. anders was het heelal niet ontstaan; er was een quantum fluctuatie die deze balans op enig moment even verstoorde. En het is m.i. ook duidelijk dat niet alle massa in dat “oeratoom” zat maar er later aan toegevoegd is tijdens de expansie; als een weegschaal die telkens aan weerszijden met standaard gewichtjes (quanta) aangevuld moet worden om die minuscule fluctuatie te corrigeren. Zo zijn er vele theorieën waarvan deze van Kraus er maar 1 van is.

  3. Marc Opdebeeck zegt:

    Natuurlijk kan het heelal uit het niets ontstaan!
    Zo zie je maar weer eens hoe de huidige wetenschap in de knoop zit.
    Groet Marc 🙂

  4. Citaat Rumsfeld: “There are known knowns; there are things we know we know. We also know there are known unknowns; that is to say we know there are some things we do not know. But there are also unknown unknowns – the ones we don’t know we don’t know.”
    Ofwel, wat is de zin van de wetenschap als alles bekend zou zijn, gewoon blijven zoeken dus…
    To explore strange new worlds, to seek out new life and new civilizations, to boldly go where no man has gone before 🙂

  5. Marc Opdebeeck zegt:

    Die indruk heb ik ook al opgemerkt, Nico.
    Sommige willen de echte waarheid zelfs niet weten omdat zo hun geloof in gevaar komt. Raar he!
    Het is een feit dat als de puzzle opgelost wordt door een ander het plezier en de betrachting van zelf erachter te komen wegvalt.
    Daarom wil ik die droom van velen niet meteen vernietigen. Laat iedereen( the scheep) maar genieten van de onwetendheid
    🙂 Marc

  6. Ondat ‘niets’ nooit heeft bestaan.
    Wij denken met onze hersenen. Voor ons moet een begin bestaan uit niets.
    Dat is verkeerd denken.
    Het heelal ontstaat uit een coördinaat met enorme hoge energiewaarde en deze zal een fractie na ineenstorting tot dat punt weer uiteengaan. Er zijn ontelbare universums ontstaan uit deze energie en er zullen nog ontelbare universums ontstaan. De energie gaat nooit verloren, deze is enkel onderhevig aan transitie.
    Van oersoep tot waterstof tot elementen tot een koud heelal dat weer ineenkrimpt tot een puntcoördinaat en weer begint. Het hele verhaal gaat eindeloos zo door.

  7. Volgens mijn bescheiden mening is tijd een belangrijke constante. Zoveel te zwaardere materie zoveel te meer tijd . Geen materie is geen tijd. Heel het heelal zonder materie is tijdloos. Licht heeft nog altijd tijd nodig om afstand te overbruggen. Het punt waar het heelal ontstond moet bijgevolg het hele heelal geweest zijn . Tijdloos en oneindig.

  8. Denk eens aan een slechte verdeling van niets. De toale som van materie, anti-materie, energie, evt. Donkere materie en evt. Donkere energie etc… zou NUL kunnen zijn.
    Zou dat een mogelijkheid kunnen zijn?

  9. Materie, energie kan worden omgezet in ruimte-tijd of het tegengestelde ervan, het vreet in dat proces de ruimte-tijd op, waardoor de totale zwartekracht van het zwartegat afneemt.. Zie wat er volgens Hawkings gebeurt op de waarnemingshorizon van een zwartgat. Dus is ook het omgekeerde mogelijk. Bij het ontstaan van de Ruimte-tijd ontstond een evenredige hoeveelheid materie, energie ….. BigBang noemen ze dat.
    P.S. niet serieus nemen, gedachten kronkels van een leek op dit gebied.

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.