4 april 2020

Is het heelal toch vlak?

Wat is de vorm van het heelal? Credit: Wikipedia/ Public Domain.

Met de publicatie van een artikel van Eleonora Di Valentino, Alessandro Melchiorri en Joseph Silk november vorig jaar ontstond een flinke discussie over de vorm van het heelal: is die vlak, open of gesloten – ergo, is de kromming van de ruimte van het heelal nul, positief of negatief (zie afbeelding hierboven)? Jarenlang was de gangbare gedacht dat het heelal vlak was, dat wil zeggen dat er geen kromming was, dat  de ruimte ‘Euclidisch’ is: als je ergens in het heelal een willekeurig vlak zou nemen en je zou er een driehoek tekenen dat de drie hoeken dan samen 180 graden zouden zijn. Zend twee laserstralen in zo’n heelal evenwijdig aan elkaar een bepaalde richting uit en je weet dat in zo’n vlak heelal de stralen elkaar nooit zullen raken, iets wat in een gekromd, ‘niet-Euclidisch’ heelal wel het geval zou zijn. De metingen met de Planck satelliet aan de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels: CMB) leek dat beeld van een vlak heelal te bevestigen. Maar de analyse van de Planckgegevens door Di Valentino, Melchiorri en Silk lieten volgens de auteurs zien dat de ruimte in het heelal wel degelijk gekromd is, dat het een ‘gesloten heelal’ is en dat het heelal een bol is. Recent is een nieuw artikel verschenen van het tweetal George Efstathiou en Steven Gratton en die hebben niet alleen naar de gegevens van Planck gekeken, maar ook naar metingen gedaan aan zogeheten ‘baryon acoustic oscillations’ (BAO’s), variaties in de dichtheden van de materie in het vroege heelal, veroorzaakt door accoustische golven die toen door het plasma heen denderden. Door ver verwijderde sterrenstelsels te meten, zoals al jaren gebeurt met de Sloan Digital Sky Survey (SDSS), kan men die BAO’s meten en dat geeft een indicatie van de ‘standaardlengte’ van die variaties in het vroege heelal. Resultaat van die nieuwe analyse van CMB én BAO’s: het heelal is vlak, de kromming is nul – in de grafiek hieronder rechts te zien.

Credit: George Efstathiou en Steven Gratton

Deze analyse is een flinke steun in de rug voor de inflatietheorie, de theorie die zegt dat er kort na de oerknal, waarmee 13,8 miljard jaar geleden het heelal onstond, een zeer kortstondige periode is geweest waarin het heelal exponentiëel groeide. Bron: In the Dark.

Comments

  1. Grappig dat iedere manier van meten weer andere significante resultaten oplevert, hier zijn we vast nog niet over uitgediscussieerd 🙂 .Ik vind het wel vreemd dat bij een niet vlak heelal de inflatietheorie zomaar wordt uitgesloten, dat is wel erg krom door de bocht. Juist de inflatieperiode kan gezorgd hebben voor de vermeende anisotropie van het Planck plaatje, dat er voor alle gemeten (micro) golflengtes van de CMB weer “compleet” anders uitziet.

    • “Ik vind het wel vreemd dat bij een niet vlak heelal de inflatietheorie zomaar wordt uitgesloten, dat is wel erg krom door de bocht.”

      Dat is toch echt niet zo vreemd. Inflatie voorspelt een heelal dat (vrijwel) vlak is. Een heelal dat duidelijk niet vlak is, sluit inflatie zo goed als uit. Dat het heelal zo goed als vlak is, vormde samen met het ontbreken van magnetische monopolen en het horizonprobleem juist een belangrijke aanleiding om inflatie te introduceren.

      • @June, het was inderdaad de bedoeling van Guth om met zijn inflatietheorie aan te tonen dat het Heelal vlak is, dat lost een hoop problemen op. Feit is dat het heelal is geëxpandeerd, dat is hetzelfde als inflatie. Wat is er mis met een gemodificeerde inflatietheorie die wel toelaat dat het heelal niet isotroop is als de metingen het aantonen? Nieuwe metingen gaan er weer tegen in, vandaar mijn opmerking dat de discussie nog wel even doorgaat. Ook de string theorie past zich ook regelmatig aan aan nieuwe inzichten en ook Newton wordt door de Mond theorie aangevallen omdat we het gewoon allemaal nog niet begrijpen. Einsteins beroemde formule is ook vlak voor zijn publicatie nog even gemodificeerd, ik bedoel maar….

        • Ik ben het me je eens dat je een hoop kunt aanpassen aan een theorie. Maar niet alles. Als iemand laat zien hoe een MOND-theorie perfecte voorspellingen doet voor de rotaties van sterren in een sterrenstelsel, is RT nog steeds bruikbaar. Zoals de wetten van Newton ondanks RT nog steeds toepasbaar zijn voor allerlei gebieden. Maar als iemand demonstreert dat elektronen kunnen worden versneld tot voorbij de lichtsnelheid, dan kan RT wel inpakken, want dit hakt het fundament achter RT weg. Mocht stringtheorie ooit worden aangetoond, dan geldt hetzelfde voor het Standaardmodel.

          Inflatie, het mechanisme erachter bedoel ik, zit zo in elkaar dat het wel moet leiden naar een vlak heelal. Als observaties laten zien dat het heelal niet vlak is, kan inflatie niet langer juist zijn.

          Ik ben het verder volledig met je eens dat de discussie over het vlakheidsprobleem nog niet voorbij is.

          “Feit is dat het heelal is geëxpandeerd, dat is hetzelfde als inflatie”
          Dat is niet echt hetzelfde. Inflatie is geen manier om te zeggen dat het heelal groter is geworden, het beschrijft hoe dat gebeurde en wat de (testbare) gevolgen waren. Er kunnen best andere oplossingen zijn voor de problemen die inflatie oplost, alleen heeft niemand op het moment een (beter) idee wat die dan zijn.

          • Het doel van de wetenschap is dat je theorieën uitsluit of net zolang modificeert totdat ze uiteindelijk overeenstemmen met de werkelijkheid. Het probleem hier is dat men de werkelijkheid nog niet kent door de verschillende tegenstrijdige observaties. Overigens staat het hele internet vol met wetenschappelijke publicaties van alternatieve inflatie en verwante theorieën in gerenommeerde bladen (peer reviewed), dus “niemand” is wel wat kort door de bocht.

          • Nico, ik zou het fijn vinden als je inhoudelijk zou reageren op de link tussen de kromming van het heelal en inflatietheorie. Kun je de algemeenheden aub achterwege laten en beargumenteren waarom het raar zou zijn inflatie te verlaten als het heelal krom blijkt te zijn? Bijvoorbeeld, welke (inflatie) theorie zou niet sneuvelen bij een gekromd heelal die tegelijk minimaal even succesvol is in het oplossen van kosmologische problemen (monopolen/horizon) als inflatie?

            “het hele internet staat vol met wetenschappelijke publicaties van alternatieve inflatie en verwante theorieën in gerenommeerde bladen […]”

            Dat klopt, maar ik zei dus ook niet dat er geen alternatieven bestaan. Ik zei: niemand heeft momenteel een betere verklaring. En daar blijf ik bij tot zich een betere aandoet.

      • @June, ik vond nog het e.e.a. en niet van de minste…”I was therefore dismayed to see that the criticism by Steinhardt, Ijas, and Loeb was dismissed so quickly by a community which has become too comfortable with itself. Inflation is useful because it relates existing observations to an underlying mathematical model, yes. But we don’t yet have enough data to make reliable predictions from it. We don’t even have enough data to convincingly rule out alternatives” bron: .https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2017/09/28/is-the-inflationary-universe-a-scientific-theory-not-anymore/
        En deze link: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_unsolved_problems_in_physics ,de bekende “unknowns”, niet te verwarren met de onbekende “unknowns” …
        Ik denk zelf dat het horizon probleem (dat feitelijk in bovenstaand artikel wordt gebagatelliseerd) best wel is op te lossen met Einsteins “spooky action at a distance” dat inmiddels experimenteel 100% is bewezen.

        • Dank voor de link, erg interessant weer.

          We hebben het over 2 types voorspelling: het ene type is die van het niveau waarover Sabine H. praat in je link. Voorbeeld: “mijn theorie laat zien dat Mercurius zich op dit-en-dat tijdstip daar-en-daar zal bevinden”.

          Als dit waar is, ondersteunt dit mijn theorie. Als ik dit keer op keer juist bereken voor diverse lichamen, verzamel ik bewijs voor mijn theorie. Dit bewijs is er (nog) niet voor inflatie: het is niet bewezen en Sabine waarschuwt er terecht voor dat kritiek die met dit punt komt, niet zomaar weggewuifd mag worden. Inflatie is op het moment zelfs niet in staat voorspellingen op dit niveau te doen.

          Maar je kunt ook bewijs tegen verzamelen. Als mijn theorie stelt dat lichamen onder een bepaalde massa zich nooit op die-en-die locatie kunnen bevinden, hoef jij maar 1 voorbeeld te vinden van een lichaam dat zich daar wel bevindt om mijn theorie onderuit te halen. In deze categorie valt “inflatie voorspelt een vlak heelal”.

          Let op: ik bedoel niet te zeggen: we hebben een vlak heelal, dus inflatie is waar. Want zo werkt het niet. Hooguit heb je dan een model dat vooralsnog lijkt te werken.

          Maar andersom werkt het wel: we hebben geen vlak heelal? Nou, dan is inflatie dus niet waar.

  2. Het is natuurlijk wel zo dat het niet zo moet zijn dat het heelal vlak en isotroop moet zijn om een theorie te ondersteunen. Volgens Guth zelf is er nog nooit een theorie bewezen, hoogstens de uitsluiting ervan. : Tja, reageert Guth. “Bij mijn weten is geen enkele theorie ooit bewezen. Of het nu om Newton of Einstein gaat, we hebben altijd alleen maar aanwijzingen die theorieën aannemelijk maken. Een experiment toont hooguit aan dat een theorie niet waar is. De vraag is dus: hoe aannemelijk is de inflatie? bron: https://www.trouw.nl/nieuws/in-een-flits-was-het-heelal-een-centimeter-groot~b38c1ebb/ Ik hoop dat de link werkt.

    • De bedoeling van je post ontgaat me enigszins. Ik heb niets gezegd over “inflatie is bewezen”, noch iets over hoe het heelal vlak “moet” zijn.

      Als het heelal niet vlak blijkt te zijn, toont dat aan dat het huidige model rond inflatie niet juist is. Dat is wat ik zeg en waarvan jij zei het vreemd te vinden. Maar dat is dus helemaal niet vreemd.

      • Hét resultaat van inflatie in het vroege heelal is een vlak heelal. Mocht het heelal niet vlak zijn dan ontkracht dat dus de inflatietheorie. Maar de laatste onderzoeken wijzen op een vlak heelal, dus een bevestiging van het inflatiemodel.

        • Precies wat ik zeg, Arie 😉

        • Arie, ik weet niet of je mijn mening deelt, maar ik vind dat je inflatie ( expansie maximaal gelijk aan de lichtsnelheid) en de inflatietheorie van Guth (snellere expansie dan de lichtsnelheid) eigenlijk niet door elkaar mag gebruiken….. Zo heet een stofzuiger in de USA een Hoover, en een kopieermachine een Zerox, dat zijn eigennamen geworden. Inflatie/inflation betekent zowel in het Engels als Nederlands “opblazen” en heeft m.i. niets met de superluminale inflatietheorie te maken maar met de huidige expansie.

          • Dat is totaal nieuw voor mij. Bij mijn weten wordt de term “inflatie” niet gebruikt voor de huidige expansie van het heelal of, meer algemeen, voor de “gewone uitdijing van het heelal”. Die nam het, ergens in die eerste seconde van het piepjonge heelal, over van de uiterst kortstondige inflatoire uitdijing uit Guths theorie. De gewone, niet-inflatoire (niet-Guth) expansie moet je dan geen inflatie gaan noemen, want dan schep je zelf nodeloos verwarring. Het neemt niet weg dat het eigenlijke heelal mogelijk een eeuwigdurende inflatie kent en dat “ons” heelal mogelijk maar een bel is waarin de inflatoire uitdijing is overgegaan in een veeleer megagezapige expansie, maar daarom moet je wat hier gebeurt nog niet gaan benoemen met een woord dat elders van toepassing is.

        • Arie,
          k geloof direct dat je gelijk hebt, maar echt begrijpen waarom dat zo is doe ik niet. Als ik er al leek naar kijk, lijkt het mij dat een vlak heelal een gevolg zou moeten zijn van een inflatie met hele sterke richting. Dat maakt inflatie nog vreemder dan ik het al vond.
          En verder roept de term “vlak” bij mij de vraag op hoe “dik” het heelal dan is ? Hoe kunnen we 360 graden rond kijken zonder de grenzen van het heelal waar te kunnen nemen ?

          • Wim, het is best ingewikkelde materie, dat ben ik met je eens. Of inflatie een richting had? Nou ja, in zekere zin wel, het was een naar buiten gerichte kortdurende exponentiële expansie, waarbij alle rimpels werden gladgestreken en een heelal met vlakke ruimte overbleef. Wat je met dikte van het heelal bedoelt weet ik even niet, maar wel dat we naar alle kanten de ‘grenzen’ kunnen zien. Hoe verder je kijkt hoe verder terug in de tijd je kijkt, dus het verste wat we kunnen zien (de straling van de CMB) is ook het oudste van het heelal. Het heelal van het moment van ‘het oppervlak van de laatste verstrooiing‘, dat dateert van 380.000 jaar na de oerknal, is de laatste grens die we nu kennen.

          • “Dikte”: als met een vlak heelal iets bedoeld zou worden met alleen een lengte en een breedte , heeft het geen of heel weinig inhoud. En aangezien er inhoud is, is het niet alleen LxB. Er moet een hoogte (of dikte) zijn. ( Maar ik realiseer me dat ik niet los kan komen van het beeld van een heelal dat zich uitstrekt in iets anders. )

  3. @June, een inhoudelijke argumentatie 🙂 Ik probeer duidelijk te maken dat er inflatie heeft plaatsgevonden vanaf t=0. Dat weet iedereen. Dat de inflatietheorie van Guth zegt dat dan in zijn model het universum vlak is. Verder, dat zijn super luminale inflatie theorie niets te maken heeft met de huidige expansie van het heelal, en vanaf t=0 er diverse alternatieven zijn bedacht. Mijn opmerking dat het krom door de bocht is om de expansie uit te sluiten als het niet vlak zou zijn (omdat Guth het zegt) heeft dus betrekking op de alternatieven die nodig zijn om een niet vlak heelal te verklaren als het zo mocht zijn dat het inderdaad toch niet vlak is. Het gaat mij om de stelligheid waarmee zijn theorie wordt aangeprezen en alternatieven constant worden aangevochten alsof hij de enige oplossing biedt. Zolang DM en DE (als het überhaupt bestaat) niet worden begrepen (en worden ingepast in het standaardmodel) kan het wat mij betreft nog alle kanten op. Je sluit niet bij voorbaat mogelijkheden uit op basis van een theorie die nog steeds niet is bewezen. Dat is ook de reden waarom die Nobelprijs nog steeds op zich laat wachten.

    • Dank voor de toelichting! Zijn jou misschien alternatieve inflatiemodellen bekend waarin het heelal niet vlak is? Ik ben nieuwsgierig, ik ken ze niet maar dat zegt weinig.

      “Je sluit niet bij voorbaat mogelijkheden uit op basis van een theorie die nog steeds niet is bewezen.”

      Nou, je kunt toch wel zeggen dat als theorie A situatie B voorspelt op zo’n wijze dat B onontkoombaar is, maar situatie C blijkt de werkelijkheid te zijn, dat theorie A ongeldig is?
      Er zijn toch diverse MOND-modellen inmiddels bewezen onjuist, omdat de voorspellingen niet matchen met waarnemingen. Ook voor supersymmetrie gelden inmiddels restricties op basis van LHC-experimenten die een aantal modellen hiervoor uitsluiten. En zowel SUSY als MOND zijn niet bewezen.

  4. @June, het is toch beter dat je het verhaal van Sabine Hossenfelder (zie link hierboven) even doorleest, dan hoef ik het niet zelf uit te leggen, (https://en.wikipedia.org/wiki/Sabine_Hossenfelder) en hier de link naar wat alternatieven … https://scholar.google.nl/scholar?hl=nl&as_sdt=0%2C5&as_vis=1&q=alternative+inflation+models+for+universe&btnG= Ik verzin het allemaal zelf niet maar ben wel handig met zoeken op internet waarop ik mijn (eigenwijze) mening baseer ???? Feit is wel dat je op internet je wel moet conformeren aan wetenschappelijke (peer reviewed) artikelen of meningen van specialisten in het vakgebied.

    • Ik heb het gelezen, ik volg het prima, ik ben astronoom. Ik begrijp jou eigenlijk niet 😉

      Je eerste post hier stelt ongeveer: “raar als ze inflatie zomaar aan de kant schuiven”
      Waarop ik poog duidelijk te maken dat er een goede reden is om inflatie aan de kant te schuiven als het heelal niet vlak was gebleken.

      Het stuk van Sabine echter gaat over kritiek aan het adres van inflatie, waarin ze min of meer stelt dat inflatie maar nauwelijks gebruikt kan worden om meer te doen dan verklaringen te bieden voor een drietal kosmologische problemen en dat de kritiek dus terecht is.

      Dat zijn twee verschillende standpunten: het ene is, effe kort door de bocht hoor, zoiets als “zelfs bij bewijs dat inflatie niet kan kloppen zou het raar zijn het aan de kant te doen” en het andere is “eigenlijk is inflatie nog niet goed genoeg uitgewerkt om wetenschap mee te bedrijven, dus kritiek die dat benoemt, is best terecht”.

      Het maakte de discussie voor mij af en toe onduidelijk. Niettemin bedankt voor de gedachtenwisseling!

      • Je hebt helemaal gelijk. Ik vond ook dat de eerste reaktie van Nico gewoon fout was….en zodra hij zijn eigen blunder in de gaten krijgt, schrijft hij hier een hele pagina vol om toch maar zijn gelijk te halen. Zeg dan gewoon “oops foutje”. Niks ernstigs aan, moeten we allemaal regelmatig in ons leven 🙂

        • @K.J. je had me door hé… 🙂 .Maar ik geef me niet snel gewonnen…Ik was inderdaad iets te snel door de inflatietheorie te benoemen terwijl ik feitelijk inflatie als expansie bedoelde en ze dan door elkaar te gebruiken. Inflatie is blijkbaar in de astronomie een wijd geaccepteerd synoniem voor de inflatie theorie, dat wist ik niet. (wiki: ” In physical cosmology, cosmic inflation, cosmological inflation, or just inflation, is a theory of exponential expansion of space in the early universe.”). Ik zag ooit ergens alternatieve theorieën voorbij komen die niet meegaan in de snelheid van een expansie > C, je hebt dan wel inflatie, oeps, expansie van ruimte/tijd maar op een andere tijdsschaal b.v. gelijk aan C. Die > dan C is handig om het horizonprobleem en “flatness” op te lossen als je terug rekent welke uitgangsparameters je dan daarvoor in het model exact nodig hebt. Verander je deze parameters dan trekt het universum alsnog “krom” en is diezelfde inflatietheorie prima bruikbaar om ook een niet volledig vlak heelal te verklaren als dat noodzakelijk blijkt. Dus krom door de bocht? ja. Deze is ook wel aardig https://physics.aps.org/articles/v5/142 .Al met al een interessante en leerzame discussie met een echte astronoom 🙂 bedankt June.

  5. Wim, over jouw ‘dikte’: het heelal kent drie ruimtedimensies en één tijdsdimensie, door Einstein in z’n relativiteitstheorie opgevat als een vierdimensionale ruimtetijd. De drie ruimtedimensies zijn volgens de laatste inzichten Euclidisch, d.w.z. zonder kromming, dus vlak. Neem een driehoek. In de Euclidische meetkunde zijn de drie hoeken samen 180 graden. Zou het heelal niet vlak zijn, dan zijn de drie hoeken samen géén 180 graden.

Speak Your Mind

*

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

%d bloggers liken dit: