Site pictogram Astroblogs

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.

FacebookTwitterMastodonTumblrShare
Mobiele versie afsluiten