Is het Kosmologische Standaard Model een Rube Goldberg Machine?

De vraag werd onlangs gesteld of het ‘Standaard Model’ ^[1]niet te verwarren met het Standaard Model van de deeltjesfysica, waarin de krachten en deeltjes die alle materie vormen, worden beschreven. dat het ontstaan en de verdere ontwikkeling van het heelal omschrijft – het zogenaamde ΛCDM-model van het heelal – niet een soort van Rube Goldberg Machine is? We kennen die machines allemaal, het zijn de wereldberoemde cartoons van de Amerikaan Rube Goldberg, waarin met allerlei ingewikkelde en aan elkaar verbonden apparaten een bepaalde actie wordt ondernomen. Tim Reyes heeft onlangs in een blog op Universe Today (zie bron) de vergelijking tussen het heelalmodel en die Goldberg machines aan de orde gesteld. Dit naar aanleiding van de recente discussie die is gerezen over de interpretatie van de BICEP2 gegevens over de kosmische achtergrondstraling en vervolgens de discussie over de relatie tussen de inflatie tijdens de oerknal en het – onlangs nog bevestigde – bestaan van het Higgs boson, waarvan de stelling was dat beiden onmogelijk beiden kunnen hebben bestaan. Die kortstondige periode van inflatie is er eentje van extreme superlatieven:

Inflatie tijdens de oerknal 0,000000000000000000000000000000000001 seconde (10^-36 s) na het begin van de oerknal begon een exponentiële expansie ^[2]Hoe zo’n exponentiële groei van iets zeer snel kan gaan zie je wel aan dit voorbeeld over een krant, die je een aantal keren vouwt. van het heelal, die 0,00000000000000000000000000000001 seconde (10^-32 s) duurde en die inflatie wordt genoemd, een zeer korte periode waarin de ruimtetijd van het heelal enorm uitdijde: een stukje ruimte van 1 nanometer groot, da’s 0,000 000 001 meter, groeide in die korte inflatieperiode tot meer dan een kwart miljard lichtjaar, da’s 2306880000000000000000000 meter!

Er wordt gezegd dat de oplossing van de inflatie-Higgs puzzel gelegen is in het afstellen van de verschillende parameters van de modellen, het zogenaamde ‘fine-tunen’. En dat is precies Reyes z’n stelling: door al dat afstellen van de radartjes van het heelal lijkt het een soort van Rube Goldberg machine te worden, waarin alles ook precies op elkaar is afgesteld, een kunstmatige afstelling welteverstaan en dan krijg je wat Brian Koberlein zegt: “tweak theories are weak theories“. De vraag is alleen: is het ΛCDM-model, dat zowel het bestaan van donkere energie (lambda Λ) als donkere materie (cold dark matter, CDM) verondersteld, ook zo’n ’tweak theory’, zitten alle parameters ervan gekunsteld in elkaar? Met de sterrenkundige Brian Koberlein ben ik het volledig eens dat dat niet het geval is en dat het ‘Standaard Model’ van het heelal robuust is en op drie stevige pijlers rust:

1. de roodverschuiving-afstand relatie, zoals het eerste is waargenomen door Edwin Hubble eind jaren twintig van de vorige eeuw.
2. de kosmische microgolf-achtergrondstraling, zoals ontdekt door Arno Penzias en Robert Wilson in mei 1964,  de straling die is overgebleven van de hete oerknal waarmee 13,8 miljard jaar geleden het heelal ontstond.

1. de waargenomen hoeveelheid elementen in het heelal, die perfect in overeenstemming is met de voorspellingen volgens de nucleosynthese (zie afbeelding hierboven).

Met het gebruik van termen als afstellen, fine-tunen en tweaken krijg je al snel de indruk van gekunsteld handelen, van draaien aan de knoppen zodat er een gewenst resultaat uitkomt. Maar dat is geenszins het geval. Neem de zogenaamde scalar-to-tensor ratio r, een zeer belangrijke parameter in de kosmologie die de verhouding weergeeft tussen de sterkte van de gravitatiegolven en de dichtheidsgolven in het vroege heelal. BICEP2 kwam met een hoge waarde van r˜0,2, op basis waarvan het Higgs boson een collaps van het heelal zou moeten hebben veroorzaakt. Maar de voorlopige Planck gegevens laten een bovenlimiet van r<0,11 zien en dan hoeft die collaps weer niet te hebben plaatsgevonden. Dat is geen afstellen op basis van voorkeuren, waardes die goed van pas komen, maar van harde wetenschap, resultaten op basis van waarnemingen. Tezamen met de robuuste basis van ΛCDM-model volgens de drie genoemde pijlers laat dit mijns inziens zien dat er géén sprake is van een Rube Goldberg machine. Bron: Universe Today + Brian Koberlein.