7 juli 2020

Wiskundig bewijs gevonden dat heelal spontaan uit het niets kán zijn ontstaan

credit: NASA/JPL/STScI Hubble Deep Field Team

Dat er een oerknal is geweest waarmee het heelal ontstond is geen nieuw idee, de Belgische priester George Lemaá®tre kwam er eind jaren twintig als eerste mee aan en sindsdien weten we op grond van diverse aanwijzingen – de kosmische microgolf-achtergrondstraling, de waargenomen hoeveelheid helium-3 en helium-4  en de uitdijing van het heelal – dat er inderdaad een oerknal moet zijn geweest, pakweg 13,8 miljard jaar geleden. Grote vraag is natuurlijk waar de oerknal vandaan kwam en op die boeiende vraag wordt meestal geantwoord dat het heelal spontaan uit het niets ontstond door een kwantumfluctuatie.

loesje

OK, dat klinkt leuk zo’n spontane kwantumfluctuatie en op grond van de kwantummechanica is het nog toegestaan ook, maar natuurkundigen hebben ook wiskundig bewijs nodig voor zo’n best wel gedurfde stelling. En laat dat bewijs nou geleverd zijn! Dongshan He en z’n collegae Dongfeng Gao en Qing-yu Cai van het Wuhan Institute of Physics and Mathematics in China schrijven in dit vakartikel hoe ze op basis van de zogeheten Wheeler-DeWitt vergelijking (zie afbeelding hieronder) hebben bewezen dat door een spontane kwantumfluctuatie inderdaad een heelal uit het niets kán ontstaan.

Die vergelijking stamt uit de jaren zestig en het is een poging van de natuurkundigen John Wheeler en Bryce DeWitt om de relativiteitstheorie en kwantummechanica, de twee grote natuurkundige theorieën van de twintigste eeuw, wiskundig te combineren. He en z’n collegae borduren er op voort en gaan daarbij uit van het onzekerheidsprincipe van Heisenberg, één van de pilaren van de kwantummechanica, welke toestaat dat lege ruimte spontaan kan ontstaan vanuit fluctuaties in een metastabiel vals vacuüm. Als zoiets gebeurt zijn er twee mogelijkheden: de ontstane bel ruimte expandeert niet snel genoeg en dan verdwijnt ‘ie binnen de kortste keren, of de bel weet exponentieel te groeien en dán kan ‘ie blijven bestaan. He et al laten nu zien dat die laatste mogelijkheid wiskundig gezien kan en dat de expansie kan verlopen volgens drie scenario’s: gesloten, open of vlak, de bekende drie geometrische vormen van het heelal.

Credit: NASA/Gary Hinshaw/Wikipedia Commons

Een interessante uitkomst van de berekeningen is dat de onderzoekers werken met een factor genaamd kwantum potentiaal en dat deze factor uitstekend de rol van vervullen van Kosmologische Constante, de door Albert Einstein in 1917 geïntroduceerde factor die mogelijk zorgt voor de versnelde uitdijing van het heelal. He, Gao en Cai hebben die kwantum potentiaal weer ontleend aan een andere theorie, de pilot-wave theory, die de natuurkundige David Bohm halverwege de 20e eeuw bedacht.  Bron: Physics ArXiv Blog.

Comments

  1. Enceladus Enceladus zegt

    Al zal het wiskundig gezien dan wel kloppen, ik blijf heel veel moeite houden met dat ‘spontaan iets uit niets’-ontstaan. Klinkt me teveel als toveren. Of ben ik nu aan het vloeken in de wetenschappelijke kerk?

    Zeg eens heel eerlijk: begrijpt een van jullie die Wheeler-DeWitt-vergelijking?

    groet,
    Gert (Enceladus)

    • Het enige alternatief is dat het altijd al bestaan heeft, en we weten allemaal dat dat niet correct is.

      • Of “eeuwig durende” recycling. 😕

        Groet, Paul

        • Zo maar een leek zegt

          In het geval van eeuwig durende recycling zullen we dat nooit te weten komen, we worden dan natuurlijk gewoon meegerycycled (is dat Nederlands)
          Dit is natuurlijk een prachtig onderwerp voor de wetenschap om zich mee bezig te houden, maar ik ben bang dat we er nooit helemaal precies achter zullen komen

          Groet Appie

  2. Briljant
    Mij ontbreekt de kennis om dit uit te lezen.

    PS:
    Gevonden is niet het goed woord natuurlijk.
    Men heeft het onderzocht en berekend, dus zou zeggen uitgerekend ofzo.

  3. Ary Wanno zegt

    De vraag is gesteld? Kan uit niets iets ontstaan?

    De mensheid gelooft in eigen waarheden en eigen waarnemingen.

    De wetenschap wilt begrijpelijk verantwoordingen kunnen zien en kunnen vertalen in de eigen tijdperk.

    Geloof kun je niet zien, meten of berekenen Dus bestaat het niet voor de wetenschap.

    Nu is de vraag hoe kan iets wel een naam hebben en niet bestaan.

    Voorbeeld: liefde tussen twee schepsels kunnen we niet zien, meten of berekenen maar bestaat wel.

    Voorbeeld 2: hoe kan uit niets ontstaan. De antwoord is hoe kan een Man uit niets zaad produceren. Antwoord is opwinding. Er was een opwinding en dus de productie kwam tot leven om ingridienten te verzamelen om zaad te prudeceren. Er was niks en er onstond een opwinding en er kwam nieuw leven genaamd zaad om gezaaid te worden.

    Grappige is dat we nu wiskundigen dit ook kunnen bewijzen. En nog steeds willen we niet geloven?

  4. M van Veen zegt

    Dit klinkt mij in de oren als een opiniestukje.
    Met heeft het idee dat iets uit niets moet kunnen ontstaan, en daarna gooit men allerlei ingewikkelde wiskundige theorieën er achteraan om te zeggen: “zie je wel dat ik gelijk heb, want de wetenschap staat aan mijn kant.”
    Het lijkt weer meer over rangen en standen te gaan dan over feitelijkheid.

    Welk bewijs is er nu werkelijk gevonden? geen enkel!
    Men heeft een aantal oude wiskundige modellen samengevoegd tot een enkel idee.

    Een “metastabiel vals vacuum” is niet niets, en ook vacuum zelf is niet niets.
    Idd, zodra het een naam heeft heeft het ook eigenschappen, en alles wat eigenschappen heeft kan derhalve niet niets zijn. Kwestie van logica.
    Iets uit niets gaat nog steeds niet op: waar kan dat iets dan in bestaan? welke omgeving of context?

    • Enceladus Enceladus zegt

      Ja. En los daarvan: als er iets ontstaat is daar toch energie voor nodig? Waar kwam die energie dan vandaan?

      groet,
      Gert (Enceladus)

    • Nee, het is geen opiniestukje, het is een nieuwsbericht. Het is ook niet zo dat ze wat hebben zitten goochelen met wat wiskundige theorieën en dat er als konijn uit een lege hoed een heelal ontstaat. Wat in de wiskunde een bewijs is dat is volgens mij zeer duidelijk geformuleerd, dus als de drie Chinezen het ontstaan van het heelal uit het niets wiskundig bewezen hebben (‘mathematical proof’) dan neem ik aan dat het zo is – ik ben geen wiskundige die het tegendeel kan bewijzen. Crux van dit alles is dat in de kwantummechanica het niets vol zit met virtuele deeltjes, deeltjes en hun antideeltje die na korte tijd weer verdwijnen door annihilatie. Dat uit het niets krachten (> energieën) kunnen komen bewijst het Casimireffect al.

      • Enceladus Enceladus zegt

        Maar als het niets vol zit met virtuele deeltjes, deeltjes en antideeltjes, dan is het niets dus eigenlijk niet niets?
        M.a.w.: het universum bestond dan in potentie al, in de vorm van die virtuele deeltjes, deeltjes en antideeltjes?

        groet,
        Gert (Enceladus)

  5. Ja feitelijk wel ja en da’s uiteraard de grote vraag: waar komt die wereld van virtuele deeltjes dan wel niet vandaan? Ik heb daarom wel eens gekscherend geroepen “in den beginne was er het onzekerheidsprincipe”, want die virtuele wereld van deeltjes en antideeltjes bestaat bij de gratie van meneer Heisenberg’s principe. Nog een stap verder: kennelijk waren er eerst natuurwetten, waar de deeltjes uit de virtuele wereld zich aan hielden, vervolgens ontstond er spontaan uit die wereld een werkelijke wereld vol met niet-virtuele deeltjes. Lastig te bevatten, dat ben ik direct met iedereen eens.

    • Enceladus Enceladus zegt

      Ja, en daarom zeg ik gevoelsmatig (en dat ik kan dus absoluut niet bewijzen) dat ik vermoed dat ons universum het gevolg is van een zwart gat in een ander universum. Als dat waar zou zijn, dan zou ieder zwart gat in ons universum ook weer de start van een nieuw universum elders betekenen.

      En ja, ik weet al wat de volgende vraag wordt: waar is dan ooit het allereerste universum vandaan gekomen? Er zijn weinig zekerheden in dit bestaan, maar dit weet ik wel zeker; het antwoord op die vraag zullen we nooit vinden…

      groet,
      Gert (Enceladus)

      • evandijken zegt

        Koren op mijn molen.

        Ik kan ook niets bewijzen en ook gevoelsmatig is ons huidig heelal een gevolg van een explosie van een vorig heelal dat aan het imploderen was. Tijdens het imploderen explodeerde het enige en centrale zwarte gat.

        Pulserend heelal dus.

        Vriendelijke groet,
        Eric

    • Rob Heusdens zegt

      Natuurkundige wetten beschrijven slechts hoe de werkelijke fysieke wereld zich gedraagt, en hebben geen bestaan los van de fysieke werkelijkheid zelf. Anders zouden fysieke wetten min of meer geboden zijn, waarna de fysieke werkelijkheid zich zou dienen te gedragen, en dat is volgens mij meer een theïstische benadering…

      Zonder fysieke werkelijkheid zijn er ook geen fysische wetten. Waar dan de fysieke werkelijkheid vandaan komt, heeft als eenvoudige verklaring dat er altijd een fysieke werkelijkheid bestaan heeft. Maar een werkelijkheid van virtuele deeltjes is ook een fysieke werkelijkheid.

      En dan meer filosofisch:

      Het zijn (al het zijnde) kan natuurlijk niet zijn voortgekomen uit louter niets. Want Zijn en Niets bestaan slechts als elkaars tegenpolen, en bestaan niet los van elkaar. Het bestaan van ‘Niets’ verondersteld dus reeds het bestaan van ‘Zijn’ waar het de tegenhanger van is, en heeft buiten die eenheid van Zijn en Niets, geen betekenis.

      De hogere eenheid van het ‘Zijn’ en het ‘Niets’ wordt gevormd door het Worden (of vergaan) en in die eenheid kunnen Zijn en Nets spontaan in elkaar overgaan. Zoals in elk fysieke of chemisch proces kan worden aangetoond.

      Zo kunnen waterstof en zuurstof chemisch reageren en water produceren (en warmte). Het waterstof en het zuurstof die bij de aanvang van het proces bestonden, bestaan na afloop niet meer, en het water, wat er eerst niet was, wordt gevormd door de chemische reactie tussen waterstof en zuurstof.

      Zijn gaat dus over in Niets, en Niets in Zijn.

  6. als het heelal -spontaan- uit het -niets- kán zijn ontstaan, dan zal dat oneindig vaak plaatsvinden…(multiversum?)
    omdat het IS gebeurd (en dus weer zal gebeuren ect)

    • Het IS misschien helemaal niet Zó gebeurd.
      Er is slechts een wiskundige mogelijkheid bewezen.

      Voor de mogelijkheden van multiversa is het veel te vroeg.

      Groet, Paul

      [ Wiskundig gezien zijn tijdreizen, temperaturen kouder dan 0K, of snelheden van materie boven c ook geen probleem. ]

  7. FredvdSanden zegt

    Niets = iets wat de mens niet kan begrijpen, bevatten of waarnemen. Denk ik.

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: