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

Hoe krijg je een heelal uit het niets? Credit: NASA/JPL/STScI Hubble Deep Field Team

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 geeft [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 … Continue reading.
  • 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“. 🙂

References[+]

References
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.

116 gedachten over “Hoe kan er nou een compleet heelal uit het niets ontstaan?

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

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