Over de oerknal, nee wat zeg ik, over de twee oerknallen

De laatste dagen is er veel discussie over een slechts vier pagina’s tellend artikel van het duo Ahmed Farag Ali (Egypte) en Saurya Das (Canada), getiteld Cosmology from quantum potential, verschenen in het vakblad Physics Letters B 741, 276-279 (2015). Over de strekking van het verhaal heeft collega-Astroblogger Olaf van Kooten vanmiddag al geschreven, dus lees ook zijn blog hierover. Waar ik hier naar toe wil is duidelijkheid verschaffen over het begrip oerknal, want daar is misverstand over en het leidt tot koppen als zouden Ali en Das zeggen dat er geen oerknal is geweest, hetgeen niet hun boodschap is. Waar het hen wel om gaat is de singulariteit van de oerknal, het moment dat alles in één punt zit met een oneindig hoge dichtheid.

Sinds de eerste waarnemingen van Vesto Slipher en Edwin Hubble in de jaren twintig van de vorige eeuw aan sterrenstelsels die zich van ons af bewegen weten we dat het heelal uitdijt. Draai je als een film die terug draait dat uitdijen om dan krijg je een krimpend heelal en dat zal op een gegeven moment tot zo’n singulariteit leiden, een idee dat de Belg George Lemaá®tre als eerste omschreef – als een oeratoom, dat was in hetzelfde decennium als van Slipher en Hubble. Ali en Das stellen nu dat die singulariteit er niet is geweest, dat wil zeggen dat er wel een oerknal was, maar géén singulariteit. Ze baseren zich daarbij op de zogeheten Raychaudhuri vergelijking, ook wel de Landau-Raychaudhuri vergelijking genoemd, naar de Indiase natuurkundige Amal Kumar Raychaudhuri en de Sovjet natuurkundige Lev Landau. Het is semi-klassieke natuurkunde, d.w.z. het is klassieke natuurkunde (de relativiteitstheorie) met een vleugje kwantum mechanica, kwantum zwaartekracht is het niet, simpelweg omdat die theorie er (nog) niet is. Het resultaat van het gebruik van de Raychaudhuri vergelijking op de oerknal is dat er geen singulariteit is geweest, dat het heelal geen begin heeft gekend, maar altijd in een soort van kwantum potentiaal sluimerde, voordat het door de één of andere oorzaak ineen klapte (‘collapsing’) tot de hete, dichte toestand van de oerknal, die vervolgens via een inflatie ging uitdijen.

Dat laatste is essentieel: de oerknal als de hete, dichte toestand, die gedurende een zeer korte periode van inflatie exponentieel expandeerde. Dát is één opvatting van het begrip oerknal en het is de opvatting die ook door Ali en Das wordt bevestigd. De andere opvatting is dat de oerknal die singulariteit is, het moment dat letterlijk alles in het heelal in één oneindig klein punt zit in een oneindig hoge dichtheid, het oeratoom van Lemaá®tre. Het is die opvatting die door Ali en Das aan de kant wordt gezet en naar mijn idee is het niet eens een gekke gedachte. Er zijn dus twee definities of opvattingen van het begrip oerknal (Engels: Big Bang, de term komt van Fred Hoyle) en natuurkundige Ethan Siegel maakt met deze afbeelding duidelijk welke nog overeind staat:

In een heelal zonder inflatie zou zo’n singulariteit wel kunnen bestaat, alleen zit je dan met het probleem dat je niet over de juiste tools beschikt om het te beschrijven, de relativiteitstheorie en kwantum mechanica schieten daarin te kort. Het wordt echter anders door de inflatie, dat zorgt er voor dat er helemaal geen singulariteit is, hetgeen wederom door Siegel in een heldere afbeelding is gegoten:

Over dat veranderen van het sluimerende kwantum potentieel in een exponentieel uitdijend heelal heeft Das overigens nog een idee, dat hij samen met Rajat K. Bhaduri in dit vakartikel heeft gegoten, namelijk dat gravitonen toen een soort van Einstein-Bose condensaat vormden, een kwantum vloeistof, die een kosmologische constante produceerde – één van de favoriete modellen voor de donkere energie, de mysterieuze kracht die zorgt voor de versnelde uitdijing van het heelal.Hamvraag is tenslotte: kunnen de ideeën van Ali en Das de toets der kritiek doorstaan, zoals dat zo mooi heet? Was er inderdaad geen initiële singulariteit? Voor zover ik vanavond de blogs van collega-natuurkundigen van Ali en Das heb kunnen lezen stuiten de ideeën op de nodige weerstand, met name omdat de argumenten van het tweetal rammelen. Maar komende tijd zal de discussie verder gaan en zullen er vast weer nieuwe ideeën opdoen over dat boeiende onderwerp, het ontstaan van het heelal. Bron: Koberlein + The Reference Frame + Starts with a Bang + Phys.org.