Credit: NASA
Februari dit jaar was er al een eerste barst in het stevige firmanent van de inflatietheorie, de theorie die zegt dat er zeer kort na de oerknal waarmee het heelal begon een korte periode van exponentiële expansie was. Drie natuurkundigen – Anna Ijjas en Paul J. Steinhardt (één van de bedenkers van de inflatietheorie) van Princeton en Abraham Loeb van Harvard – kwamen toen met het artikel Cosmic inflation Theory faces challenges in het populair wetenschappelijke tijdschrift Scientific American, waarin ze de theorie van de inflatie, die in 1979 als eerste was bedacht door Alan Guth, als niet te testen kwalificeerden en daarmee als onwetenschappelijk. En nu is daar een tweede barst verschenen, een artikel van natuurkundige Sabine Hossenfelder, bekend van haar blog Backreaction, voor de blog Starts with a Bang van haar collega Ethan Siegel. Kern van Hossenfelders betoog om de inflatietheorie óók als niet wetenschappelijk te beschouwen – en daarmee rijp voor de prullenbak – is dat de theorie in het leven is geroepen om drie problemen waar de kosmologie in 1979 mee worstelde op te lossen, maar dat die problemen met de kennis die we nu hebben géén inflatietheorie meer nodig hebben. De drie problemen even op een rijtje:
- Het monopool-probleem: er zijn tot op heden geen monopool-deeltjes ontdekt, hypothetisch elementaire deeltjes die maar één magnetische pool bezitten, een noord- of een zuidpool, niet allebei. In diverse natuurkundige theorieën worden ze voorspeld als een soort topologisch defect, maar ze zijn nooit waargenomen. Door de inflatie zou de dichtheid aan monopolen echter enorm afnemen en daardoor zijn ze nooit ontdekt, zo redeneerde Guth. Hossenfelder zegt hierop dat monopolen een uitkomst zijn van zogeheten ‘grand symmetry’, een theorie die zegt dat in de eerste fasen van de oerknal de sterke, electromagnetische en zwakke wisselwerking één verenigde kracht waren. Maar die grand symmetry is helemaal niet zeker, experimenten hebben geen enkele aanwijzing voor het bestaan ervan gevonden. Eén van de gevolgen van grand symmetry zou het verval van het proton moeten zijn, een proton met een eindige levensduur. Maar zo’n (spontaan) verval is nog nooit waargenomen. Kortom, er zijn gewoon helemaal geen monopolen en derhalve is er ook geen inflatie nodig om het niet vinden daarvan te verklaren.
- Het vlakheidsprobleem: het heelal lijkt volstrekt vlak te zijn, dat wil zeggen een niet gekromd heelal, dat beschreven kan worden met euclidische meetkunde. Mocht er een kromming zijn, dan is die zeer klein. Omdat de kromming samenhangt met de dichtheid van de materie moet de kromming tijdens de oerknal exact bij ? = 1 hebben gelegen, waarin Omega (?) de dichtheidsparameter is. Iets dat exact 1 is vinden natuurkundigen niet goed te verklaren en daarom hanteerde men de inflatietheorie, die alle krommingen door de exponentiële expansie glad streek, zoals je in onderstaande afbeelding ziet.
- Het horizonprobleem: de temperatuur van de kosmische microgolf-achtergrondstraling – het restant straling van de hete oerknal – is naar alle kanten toe overal gelijk. Oftewel: het heelal is in alle richtingen uniform. Je zou verwachten dat delen van het heelal die (vanwege de eindigheid van de lichtsnelheid) niet met elkaar in contact kunnen hebben gestaan, verschillende temperaturen en dichtheid hebben. De inflatie lost dit op doordat het gehele zichtbare heelal uit een gebied is ontstaan dat zo klein is, dat het in de korte tijd voor het begin van de inflatie wel in contact geweest kan zijn, en zelfs tot een thermodynamisch evenwicht kan zijn gekomen. Hossenfelder zegt dat de homogene temperatuur een initiële condititie in het vroege heelal was, eentje die de inflatietheorie niet nodig heeft om te worden verklaard.
Afijn, de inflatietheorie, die enkele jaren terug nog Nobelprijswaardig leek met de (onjuist gebleken) claim van het Bicep2 experiment op de Zuidpool dat ze primordiale zwaartekrachtsgolven hadden ontdekt, ligt zwaar onder vuur. Hier horen we vast nog meer over. Bron: Starts with a Bang.
