25 mei 2019

Ging de oerknal vooraf door een ‘grote stilte’?

Cover van New Scientist (Credit: New Scientist)


Het zou best wel eens kunnen zijn dat de oerknal – de ‘grote knal’ (Big Bang) waarmee 13,8 miljard jaar geleden het heelal ontstond – vooraf is gegaan door een ‘grote stilte’ (Big Silence), aldus een groeiende groep onderzoekers, waaronder de Franse kosmoloog Aurélien Barrau (Joseph Fourier Universiteit in Grenoble, Frankrijk). In het nummer van 14 juni van het Engelse populair wetenschappelijke tijdschrift New Scientist staat een interessant artikel over Barrau’s opmerkelijke idee en het is niet eens zo uit de lucht komen vallen. Barrau is al een poosje bezig om te kijken hoe de twee grote natuurkundige theorieën van de twintigste eeuw – de Algemene Relativiteitstheorie (ART) voor het grote en de kwantummechanica voor het kleine – verenigd kunnen worden. Van de vier natuurkrachten is de zwaartekracht de enige die nog niet in een kwantumtheorie is vastgelegd en het is die kwantum-zwaartekracht die de grote theorieën zou moeten verenigen. In de oerknal komen beiden letterlijk bijeen en da’s ook meteen waar Barrau’s opmerkelijke stelling over gaat: zijn berekeningen laten zien dat onder de extreme omstandigheden qua druk, temperatuur, dichtheid en energie tijdens die oerknal er een moment moet zijn geweest  waar alle punten in de ruimte niet met elkaar verbonden waren en dat er geen enkele vorm van communicatie tussen de punten mogelijk was.

Een lichtsnelheid die terugloopt… naar nul!

De Big Bounce zoals voorspeld door de LQC (credit: New Scientist).

Voortbordurend op de zogenaamde Loop Quantum Gravity(LQG), een zwaartekrachtstheorie die er van uit gaat dat de ruimtetijd uit discrete punten bestaat, komt Barrau tot de conclusie dat als je terug gaat in de oerknal naar het allereerste moment – als een superkritische dichtheid op de zogenaamde Planckschaal wordt bereikt – de lichtsnelheid begint af te nemen en zelfs nul wordt. En als de lichtsnelheid nul is dan kan niets meer communiceren en kunnen krachten ook niet worden uitgewisseld. Dát is het moment van de grote stilte. Het is een soort van fase, die op een gegeven moment overgaat in de fase dat de lichtsnelheid groter wordt dan nul en communicatie mogelijk is. Die faseovergang wordt een ‘bounce’ genoemd – al in 2006 beschreven door o.a. Parampreet Singh – en het is dankzij deze veerkracht, dat er nieuwe energie vrijkomt die de daaropvolgende inflatie van het expanderende heelal voedt. De Loop Quantum Cosmology (LQC), die op haar beurt weer is afgeleid van de LQG, denkt dat die inflatieperiode twee keer langer duurde dan wat men nu inschat op basis van de schaarse informatie die men er over heeft.

Geometrie tijdens de Grote Stilte

De oerknal volgens de Loop Quantum Cosmology.


Het was Steven Carlip (Universiteit van Californië in Davis), die in 2012 diverse modellen voor kwantum-zwaartekracht vergeleek en die ontdekte dat diversen daarvan iets verrassends vertelden over het allereerste begin van het heelal: dat er toen maat twee ruimtelijke dimensies waren! De geometrie van het heelal zag er dus heel anders uit dan na de oerknal, toen er vier ruimtelijke dimensies waren. Carlip werkt zelf met een variant van snaartheorie die dilaton zwaartekracht wordt genoemd en daarin wordt gezegd dat de ruimte in de eerste 10^-43 seconde verdeeld is in hele kleine, discrete brokjes, die allemaal in los verband staan en niets van elkaars bestaan merken – geheel in lijn met de ideeën van Barrau. Het LQC model heeft nog een verrassende uitkomst: als de druk, temperatuur en dichtheid nóg hoger worden gaat licht opeens weer bewegen, alleen op een vreemde manier, want de snelheid van licht blijkt een imaginair getal te zijn, de vierkantswortel van een negatief getal. Berekeningen laten zien dat dan tijd verandert in ruimte en dat er vier ruimtedimensies zijn en géén tijdsdimensie.

Causale Dynamische Triangulatie

Fasediagram van ruimtetijd volgens CDT.


Eén snaartheorie die een vergelijkbare stilte voorafgaand aan de oerknal voorspelt is de zogenaamde Causale Dynamische Triangulatie (CDT), een theorie die o.a. door Renate Loll (Radboud Universiteit in Nijmegen) is opgesteld. CDT zegt dat ruimte én tijd verdeeld zijn in kleine bouwstenen, genaamd pentachorons. Dat idee van die fase-overgangen is uit de CDT afkomstig en één van de drie fasen die de CDT onderscheid is wanneer de bouwstenen niet meer in contact met elkaar staan. In de afbeelding hiernaast zie je een fasediagram van ruimte en tijd volgens de theorie van de CDT. Interessante bespiegelingen allemaal, nietwaar? Bron: New Scientist, 14 juni 2014 + Back Reaction. [Update 21 juni, 10.00 uur] Ik heb hier voor de hardcore liefhebbers van sterrenkunde nog een lijstje met interessante vakartikelen over bovenstaande materie. Succes met doorworstelen.

Reacties

  1. Enceladus Enceladus zegt

    Zeer interessant! Is dat tijdschrift nog te koop in de Bruna of bij de AKO?

    groet,
    Gert (Enceladus)

  2. Ik denk het niet. Ik kocht het blad gisteren bij de Bruna, toen ik op station Rotterdam CS was, maar volgens mij is het 21 juni-nummer al te koop. Je zou morgen de bladenman kunnen vragen of hij ‘m nog heeft. En anders scan ik dat artikel en mail ik het je, simpel. 🙂

  3. Hephaistos zegt

    Ja maar, als er geen tijdsdimensie bestaat volgens die theorie, dan klopt er toch iets niet?

  4. rudiev zegt

    Er wordt gesteld dat als de lichtsnelheid terug loopt naar nul dat er niets meer kan communiceren en krachten niet meer kunnen worden uitgewisseld. Maar fotonen zijn maar één van de deeltjes die een kracht overbrengt, hoe zit het met gluonen die de quarks aan elkaar plakt?
    En als je terug gaat naar de oerknal naar dat eerste moment, waren er toen al wel fotonen of kwamen fotonen pas op het toneel toen er een uitwisseling kwam van de elektromagnetisch kracht? Bestaat ons universum uit deeltjes van het vorige universum in de big bounce of zijn alle deeltjes en energie als het ware gereset naar de basis energiën en zijn hieruit in de big bounce weer alle nieuwe deeltjes en energiën gevormd?

    • rudiev zegt

      Ik moet mezelf een klein beetje corrigeren 🙂 Ik vroeg me af of als je terug gaat in de oerknal naar dat eerste moment of er al wel fotonen waren, of dat fotonen pas op het toneel kwamen toen er een uitwisseling van de elektromagnetisch kracht kwam? Maar de eerste fotonen zullen wellicht eerder ontstaan zijn uit materie – anti-materie annihilaties, quark – antiquarks en/of elektron – positron annihilaties vermoed ik, dan fotonen voor uitwisseling van de elektromagnetisch kracht.

      Maar nog steeds de vraag of er al fotonen waren, voor deze lichtsnelheid 0, om dat stilte moment te krijgen? En kunnen andere krachtoverbrengers, zoals bv gluonen, ook niet voor ‘herrie’ gezorgt hebben?

    • evandijken evandijken zegt

      rudiev: “Bestaat ons universum uit deeltjes van het vorige universum in de big bounce” Wat ik enige tijd geleden hier ook stelde: “Tijdens de implosie van een vorig heelal, explodeerde de hele boel al. Waardoor, zoals jij nu ook suggereert, dat er deeltjes uit een vorig heelal in het huidige aanwezig zijn.

      • Monique Monique zegt

        Tijdens de implosie van een vorig heelal? Huh.. Door het uit uitdijende heelal zal toch uiteindelijk alle sterrenstelsels zó ver van elkaar verwijderd zijn dat er opnieuw een koud leeg donker heelal overblijft? En het proces begint opnieuw van voren af aan? Universum binnen universum binnen universum…
        Multiversum als een J’Adore dopje? (Mijn lievelingsparfum) 😉
        http://veracamilla.nl/wp-content/uploads/mijn_dior_jadore07.jpg
        of misschien als een roltoeter?
        http://i.imgur.com/4HJWH1W.png
        😛

        • evandijken evandijken zegt

          Hallo Monique, dat het huidige heelal zich op dit moment uitdijt, wil niet zeggen dat een vorig heelal dat ook altijd heeft gedaan. Toch? Naar mijn idee was het vorig heelal een pulserend heelal net zo goed als dat dat het huidige is. Maar daar zijn de meningen over verdeeld.

          • Monique Monique zegt

            Dat zou best mogelijk kunnen zijn, Evan 😉 Tja, waarom zou onze oerknal de eerste geweest zijn? Alleen in mijn veronderstelling (multiversum, universum in universum etc) zou dat een onderbreking zijn. Hoewel… Om de boel aan de gang te houden is een ‘kleine’ afwijking wel gepast. Kan het zich daarna weer corrigeren. Hmm, moet ik ineens aan mijn spirograaf tekenset uit mijn jeugd denken 😛
            Evan, denk jij dat het een heen en weer reactie is van oerknal—> uitdijing—> implosie—>oerknal enzovoort? Het is maar een vraag 😉

          • evandijken evandijken zegt

            Ja Monique, ik denk dat er sprake is van een vorig pulserend heelal net zo goed als het huidig heelal pulserend is.
            M.b.t. het vorig heelal: ik denk dat tijdens de implosie van het vorige heelal (implosie richting super zwart gat) een explosie (onze oerknal) plaatsvond. Omdat het vorig heelal nog niet geheel geïmplodeerd was, denk ik dar er elementen uit dat vorig heelal in het huidig heelal aanwezig zijn.
            Nou ja, zou denk ik erover. Voor wat het waard is…

  5. Olaf van Kooten Olaf van Kooten zegt

    Goede vragen, waar ik niet direct een antwoord op weet. Wat dat laatste betreft: ik denk dat alles weer naar de basisenergie is teruggevallen.

    P.S. interessant artikel Arie! Vol stof tot nadenken, ik heb echt het idee dat we minder weten van de “oerknal” dan we denken. Maar ik ben geen “Niburist”, ik vertrouw op de autoriteit van wetenschappelijk bewijs 😉 In dit geval wordt toch een vinger op de gevoelige plek van kwantum vs Einstein blootgelegd.

  6. Olaf en Enceladus, ik zal het artikel scannen en jullie toesturen, mag je ‘m ‘lenen’. 😉 Ik heb de blog even geupdate met een lijstje met oorspronkelijke vakartikelen van enkele genoemde onderzoekers. Hephaistos, wat die tijdsdimensie betreft: we hebben het hier over het verdwijnen van de tijdsdimensie tijdens de oerknal, in de ‘Planck-fase‘ ervan, het tijdperk van de Planck-eenheden (http://nl.wikipedia.org/wiki/Planck-eenheden). Daarna komt de tijdsdimensie tevoorschijn en is ‘ie ook niet meer weggeweest. Wat zou daar niet aan kloppen, los van dat het allemaal nog zeer speculatief is? Rudiev, om op jouw vragen in te gaan: zoals gezegd praten we over de Planck-fase, toen er vermoedelijk een soort plasma van elementaire deeltjes was, geen samengestelde deeltjes zoals protonen en neutronen, enkel quarks, gluonen, electronen, fotonen, etc…. Het was ook een tijd dat er vermoedelijk maar één natuurkracht was, de kracht volgens de ‘Grand Unification‘. Op zich zouden die fotonen wel met de lichtsnelheid willen reizen, maar het idee is nou juist dat de ruimte toen gefragmenteerd was in losse eilandjes, waartussen geen verbinding was en het voor de fotonen onmogelijk was daartussen te bewegen. De gefragmenteerde ruimte verhinderd dus het heen en weer reizen van de fotonen en andere deeltjes.

  7. rudiev zegt

    Mochten er nog mensen geinteresseerd zijn in de nederlandse Renate Loll:

    What is time? – professor Renate Loll, Utrecht University (12 min)
    https://www.youtube.com/watch?v=ACS1_5jyvHE

    Renate Loll on the Quantum Origins of Space and Time (71 min)
    https://www.youtube.com/watch?v=fv2gBjQ8xIo

    Voor mij was ze redelijk onbekend tot ik haar tegen kwam op tv, volgens mij was het met Morgan Freeman – Through the Wormhole.

Laat wat van je horen

*

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

%d bloggers liken dit: