Babyheelallen van een multiversum als primordiale zwarte gaten?

Impressie van babyheelallen, die eruit zien als primordiale zwarte gaten. Credit: Kavli IPMU.

Het was een bizar jaar, dus laten we ‘m maar gelijk afsluiten met een bizarre theorie, zoals ik ‘m toch wel wil kenmerken. Een internationaal team van sterrenkundigen, waaronder Alexander Kusenko, Misao Sasaki, Sunao Sugiyama, Masahiro Takada en Volodymyr Takhistov (Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe), heeft recent gekeken naar de zogeheten primordiale zwarte gaten, dat zijn zwarte gaten die in theorie wellicht ontstaan zijn tijdens de oerknal, 13,8 miljard jaar geleden. We kennen in het huidige heelal drie categorieën zwarte gaten, van astrofysische zwarte gaten van 8 tot enkele tientallen keer de massa van de zon, via intermediaire zwarte gaten van honderden tot duizenden keren de massa van de zon, tot superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels van miljoenen tot miljarden keren zo zwaar als de zon. In theorie is er nog die vierde categorie, de primordiale of oer-zwarte gaten, die in massa sterk kunnen variëren.

De Hyper Suprime-Cam (HSC) is een enorme digitale camera verbonden aan de Subaru Telescoop (Credit: HSC project / NAOJ)

In het vakartikel genaamd Exploring Primordial Black Holes from the Multiverse with Optical Telescopes (verschenen in the Physical Review Letters) komen Alexander Kusenko en z’n collega’s met de theorie dat er in de inflatieperiode tijdens de oerknal – toen het heelal in zeer korte tijd exponentiëel in omvang toenam – babyheelallen kunnen zijn ontstaan, die samen een multiversum heelal vormen. Kleine babyheelallen (of ‘dochterheelallen’) zouden na korte tijd weer in elkaar gestort zijn (via ‘gravitational collapse’). De energie die daarbij vrijkomt kan zorgen voor de productie van primordiale zwarte gaten. Grote babyheelallen zouden nog vreemder zijn. Bekeken van binnenuit of van buitenaf zouden ze er namelijk verschillend uitzien: van binnen bekeken zou zo’n groot babyheelal er als een expanderend heelal uitzien (zoals ons heelal er uit ziet), van buiten bekeken zou je… een primordiaal zwart gat zien.

Credit: Kavli IPMU/HSC Collaboration

De sterrenkundigen denken dat het met de Hyper Suprime-Cam (HSC), verbonden aan de 8,2m Subaru Telescoop op de top van de 4.200 meter hoge Mauna Kea op Hawaï, mogelijk moet zijn om primordiale zwarte gaten te detecteren. Zoals je hierboven geïllustreerd ziet willen ze met de HSC naar het Andromedastelsel (M31) kijken. Met die camera kunnen ze elke paar minuten het gehele stelsel in de gaten houden. Als tussen ons op aarde en één van de sterren van M31 een primordiaal zwart gat passeert zou dat te zien moeten zijn als een zwaartekrachtlens, waarbij het licht van de ster eventjes wordt versterkt. Zoiets is al eens waargenomen met de HSC en toen betrof het mogelijk een primordiaal zwart gat met ongeveer de massa van onze maan.

[Naschrift 30 december] Laat ik nou het belangrijkste van dit nieuwsbericht vergeten zijn: dat ze denken dat die primordiale zwarte gaten de donkere materie in het heelal vormen. Geen WIMPS, geen steriele neutrino’s, geen axino’s, maar PBH’s als donkere materie.

Bron: Kavli.

Hawking’s laatste – nog te publiceren – artikel over multiversums ‘mogelijk belangrijkste erfenis voor de mensheid’

Stephen Hawking schreef kort voor zijn dood nog een wetenschappelijk artikel over multiversums, samen met de Belgische natuurkundige Thomas Herzog (KU Leuven). Een eerste versie van ‘A Smooth Exit from Eternal Inflation?‘ dateert al van 24 juli 2017, maar op 4 maart 2018 werd het nog gewijzigd door Hawking, tien dagen voor zijn dood – hij stierf afgelopen woensdag op 76 jarige leeftijd. Het artikel – hier te vinden in die laatste versie op de ArXiv – ligt momenteel ter beoordeling via Peer Review door collega-natuurkundigen voor bij het natuurkundig tijdschrift Physical Review Letters.

Het artikel gaat over multiversums, andere universums, die parallel naast het onze kunnen bestaan. Hawking en Herzorg beschrijven in het artikel hoe dat bewezen zou kunnen worden door metingen door een nog uit te zenden ruimtesonde met gevoelige sensoren aan de kosmische microgolf-achtergrondstraling, de straling van 2,7 Kelvin die van alle kanten komt en die een restant is van de hete straling uit de oerknal. Volgens de Britse krant The Sunday Times is het artikel mogelijk Hawkings belangrijkste erfenis voor de mensheid. Bron: Teletekst + Business Insider.

Vrijdag lezing bij Huygens over het multiversum

Bestaat het multiversum wel of niet? Credit: Geralt/Pixabay.


Op vrijdagavond 9 juni houdt Jan Pieter van der Schaar bij sterrenkundevereniging Huygens in Papendrecht een lezing getiteld ‘Voorbij de grenzen van het zichtbare heelal: aanwijzingen voor een multiversum‘. Van der Schaar is als ‘Associate Professor’ (UHD) werkzaam aan het Instituut voor Theoretische Fysica van de Universiteit van Amsterdam. Sinds 2013 coördineert hij het ‘Delta Institute for Theoretical Physics’, een in 2012 gehonoreerd ‘zwaartekracht’ initiatief dat de krachten bundelt van de theoretische fysica in Leiden, Utrecht en Amsterdam. Zijn onderzoek richt zich voornamelijk op het grensvlak tussen (theoretische) kosmologie en snaartheorie. Meer algemeen wordt zijn onderzoek gedreven door de zoektocht naar een quantumtheorie van zwaartekracht en de (waarneembare) gevolgen daarvan. Hij is een van de leidende wetenschappers van het in 2015 gehonoreerde nationale kosmologieprogramma. In de laatste 30 jaar heeft onze kennis van het heelal een enorme vlucht genomen. Dat is vooral te danken aan de indrukwekkende kosmologische waarnemingen die de begincondities en de evolutie van het heelal met ongekende precisie hebben bepaald. Dit heeft geleid tot een zogenaamd standaard model van de hete oerknal als beste en meest efficiënte verklaring van de waarnemingen tot nu toe.

Jan Pieter v.d. Schaar

Een cruciale rol in deze theoretische beschrijving is weggelegd voor een korte periode van kosmologische inflatie als verklaring voor de merkwaardige begincondities van de hete oerknal. Deze oerfase van kosmologische inflatie heeft vervolgens geleid tot nieuwe vragen over de structuur van de kosmos op de allergrootste schaal. Zijn de karakteristieken van ons heelal uniek bepaald door de fundamentele natuurwetten of zijn er wellicht vele verschillende opties? In theorie lijkt het mogelijk om met behulp van inflatie, onder bepaalde voorwaarden, een soort kosmische lappendeken te genereren. In combinatie met de gigantische variatie van heelallen die stringtheorie lijkt toe te staan biedt dit mogelijk een verklaring voor het feit dat de karakteristieken van ons heelal op een absurd toeval lijken te berusten. Dit multiversumidee, welke het bestaan voorspelt van ontelbaar vele parallelle universa, heeft de potentie om in de context van kosmologische inflatie voor het eerst het regime van de pure ‘science fiction’ te ontstijgen. Om 20:00 uur is de zaal open en ben je van harte welkom. Zoals gebruikelijk beginnen wij om 20:30 uur. Bron: Huygens.

Het multiversum bestaat – het is geopend van 10.00 tot 16.00 uur

Sterrenkundigen debatteren er al jaren over, maar het bestaat gewoon: het multiversum. Je vindt het ergens ten zuiden van Glasgow aan de A76 in Schotland en het is geopend van 10.00 tot 16.00 uur. Meer over het Crawick Multiversum – yep, zo heet ’t – vind je in de video hieronder.

Crawick Multiverse from Garden Museum on Vimeo.

Bron: Not Even Wrong.

Boekrecensie: Tijdloos, zoektocht naar de werkelijkheid

Cover van Tijdloos

De roman Tijdloos van Sybold Deen (1962) heeft als ondertitel ‘zoektocht naar de werkelijkheid‘ en aangezien in die zoektocht allerlei interessante aspecten van natuurkunde voorkomen heb ik Tijdloos afgelopen tijd gelezen. Normaal gesproken ben ik niet zo’n romanlezer, geef mij maar liever blogs, nieuwssites en tijdschriften met artikelen die mij boeien dan dikke boeken, maar voor Tijdloos heb ik een uitzondering gemaakt. En daar heb ik geen spijt van, want ‘Sybolds universum’ is een intrigerende wereld, waarin de hoofdpersoon allerlei gebeurtenissen meemaakt in het schemergebied tussen droom en realiteit, met een fictieve reis naar Mars, een dementerende vader, een stukgelopen huwelijk, een nieuwe liefde

Sterrenkundigen maken van multiversum testbare hypothese

Credit: Perimeter Institute.

Sterrenkundigen van het Perimeter Instituut onder leiding van Matthew Johnson zijn bezig om te kijken of het multiversum een testbare hypothese kan worden, welke door waarnemingen kan worden bevestigd of ontkracht. Het idee of concept van het multiversum gaat er van uit dat er niet één universum is, maar dat er meerdere universa zijn – in sommige snaartheorieën wel 10^500 – die parallel naast elkaar bestaan en die tijdens de oerknal zijn ontstaan. In die oerknal moet een vacuüm zijn geweest, dat gevuld was met een soort van vacuümenergie. In dat vacuüm ontstonden bellen met een energie, die er voor zorgde dat al die bellen gingen expanderen en in eentje van die bellen leven wij, aldus de hypothese van het multiversum. Lijkt in theorie allemaal schitterend, maar de vraag is of het testbaar is, zoals wetenschappelijk hypothesen vereisen. Ja zeggen Johnson en zijn makkers, het multiversum is te testen. Zo denken zij dat wel degelijk metingen mogelijk zijn die iets kunnen zeggen over het wel of niet bestaan van multiversa. Tussen de multiversa zouden bijvoorbeeld botsingen kunnen plaatsvinden en die botsingen zouden in de kosmische achtergrondstraling te zien moeten zijn als circulaire afwijkingen in de temperatuur van de straling. Zie je die afwijkingen niet, dan zou  dat iets kunnen zeggen over het specifieke multiversum-model dat je hanteert. Hieronder een video over het testbaar maken van de hypothese van het multiversum.

Hieronder voor de liefhebbers een serie vakartikelen over het multiversum en inflatie van Johnson en zijn team:

– “Determining the outcome of cosmic bubble collisions in full General Relativity”
– “Simulating the universe(s): from cosmic bubble collisions to cosmological observables with numerical relativity”
– “Simulating the universe(s) II: phenomenology of cosmic bubble collisions in full General Relativity”
– “Towards observable signatures of other bubble universes”
– “First Observational Tests of Eternal Inflation” – “Hierarchical Bayesian Detection Algorithm for Early-Universe Relics in the Cosmic Microwave Background”

Bron: Science Daily.

Welkom in het Multiversum!

Credit: Cosmonline/Bern Gilliland

Ons heelal lijkt wel heel perfect. De verhouding tussen de hoeveelheid gewone materie en donkere materie schijnt perfect te zijn voor het ontstaan van leven in dit heelal, de natuurconstanten zijn heel erg afgesteld op elkaar en iedere andere verhouding zou een geheel ander heelal opleveren, de aarde staat op een perfecte afstand tot de zon en de omstandigheden op aarde zijn perfect om leven te laten ontstaan. Zo perfect kan ons heelal toch niet zijn? Eén uitweg uit deze onwaarschijnlijke ‘kosmische loterij‘ is het bestaan van het multiversum: Er is niet één universum, maar er kunnen héél veel zijn, volgens sommige snaartheorieën wel 10 tot de macht 500! Bij elkaar het multiversum geheten. Wij leven net in die ene variant waarin alles perfect is om ons soort leven te laten ontstaan. Op CosmOnline kwam ik deze hoogst interessante infografiek tegen over het multiversum.

Credit: Cosmonline/Bern Gilliland

Bron: CosmOnline.

Video: MinutePhysics over de vele werelden van parallelle heelallen

Terwijl ik dit schrijf schijnt buiten een heerlijk voorjaarszonnetje, zoemen de bijtjes vrolijk rond en beginnen bloemen eindelijk te bloeien. Maar volgens enkele natuurkundige theorieën is er tegelijk een heelal – parallel aan ‘het onze’ – waarin het nog steeds ijzig koud is, de bijtjes nog verscholen in hun nest zitten en de bloemen zowat dood vriezen. Volgens die ‘meer-werelden-interpretatie‘ – voor het eerst verkondigd in 1957 door de natuurkundige Hugh Everett III – kunnen er parallelle heelallen zijn, die in een klein detail van elkaar kunnen verschillen. Recente theorieën, zoals de snaartheorie, laten zien dat er wel 10 tot de macht 500 (!) verschillende werelden kunnen bestaan, die bij elkaar het multiversum worden genoemd. In een recente animatie laat MinutePhysics op z’n onnavolgbare wijze zien hoe dat ook weer zit met die parallelle heelallen. Kijken!

Weten we januari 2013 of het multiversum echt bestaat?

Bestaat het multiversum wel of niet? Credit: Geralt/Pixabay.

Er bestaan vele verschillende benamingen voor: het multiversum, parallelle heelallen, de veel-werelden interpretatie, het ‘landschap’ van de snaartheorie, etc… Allemaal doelend op het idee dat er niet één uniek heelal is, maar dat er tegelijkertijd vele heelallen zijn. Het idee is al erg oud: de Griekse filosoof Epicurus opperde het 300 jaar voor Christus al: werelden die náást de onze zouden bestaan, Einstein vroeg zich af of ons heelal zijn unieke eigenschappen heeft omdat er nu eenmaal geen ander heelal mogelijk is en de natuurkundige Hugh Everett III kwam in 1957 met z’n beroemde veel-werelden interpretatie van de quantum-mechanica. Vandaag staat er in de wetenschapsbijlage van NRC-Handelsblad een goed artikel over “De vele wegen naar het multiversum” van Margriet van der Heijden, met name stoelend op het nieuwste boek van de beroemde auteur Brian Green, ‘The Hidden Reality’. Het artikel geeft een overzicht van alle ideeën die omtrent het multiversum de ronde doen, zoals het zogenaamde Landschap, welke volgt uit de ingewikkelde snaartheorie en die mogelijk zo’n 10500 heelallen onderscheidt. 😯 Ik zal hier niet het gehele artikel ontleden, maar waar ik wel even op in wil gaan is de mogelijkheid om het bestaan van het multiversum verifiëren. Per slot van rekening is dat de ultieme krachtproef, die iedere wetenschappelijke theorie moet ondergaan: valt de theorie te verifiëren of niet. Een team wetenschappers onder leiding van Stephen Feeney (University College London) denkt dat dat laatste inderdaad mogelijk is. Vorig jaar kwamen ze al met een onderzoek van de zeven-jaar data van de WMAP-satelliet, waaruit zou blijken dat in de kosmische achtergrondstraling (Engels: ‘CMB’)- het afgekoelde restant van de hete oerknal waarmee het heelal 13,7 miljard jaar geleden ontstond – op vier cirkelvormige plekken de botsing tussen ‘ons’ heelal en andere naburige heelallen zichtbaar is. Een paar weken geleden doken dezelfde vier kosmische giga-botsingen op in een artikel van de BBC. De statistische betrouwbaarheid van die WMAP-data is nog te laag om er zeker van te zijn dat de waargenomen kreukelzones echt zijn en dat ze het gevolg zijn van botsende ‘branen’.  De vraag is dus of we zó scherp naar de CMB kunnen kijken dat de statistische betrouwbaarheid van de waarnemingen naar 5sigma kan worden getild, de vereiste wetenschappelijke grens. In dat genoemde artikel van de BBC stelt de kosmologe Hiranya Peiris (University College London) dat de gegevens van de Planck satelliet, de opvolger van de WMAP die nú bezig is de CMB in kaart te brengen, inderdaad de vereiste precisie zullen hebben. Alleen moeten we geduld hebben, want die gegevens worden pas in januari 2013 gepubliceerd. Kortom, dan pas zullen we volgens Peiris weten of we in een miltiversum wonen of niet. Bron: NRC-Handelsblad, 20 augustus 2011.

 

50% kans dat het heelal er binnen 3,7 miljard jaar niet meer is?

Einde heelal binnen 3,7 miljard jaar? Credit: NASA/Lynette R. Cook

Ik heb er wel eens een compleet dossier aan gewijd, aan het einde van alles: hoe komt ooit aan alles een einde, aan de aarde, het leven óp die aarde, aan de andere planeten, de zon, de sterren, de sterrenstelsels en tenslotte… het heelal?  Raphael Bousso (Universiteit van Californië, Berkeley) en z’n maatjes hebben over dezelfde vraag nagedacht en hun antwoord luidt eenvoudig: er bestaat een kans van 50% dat het heelal er binnen 3,7 miljard jaar niet meer is. Da’s kort de uitkomst van hun onderzoek, zoals te lezen valt in Eternal Inflation Predicts That Time Will End. Het team van Bousso begon met de constatering die in 1998 werd gedaan dat ons heelal versneld uitdijt. Die expansie zal eeuwig doorgaan en een dergelijk heelal is oneindig en eeuwig. Een oneindig heelal levert het probleem op dat in theorie iedere gebeurtenis kan plaatsvinden, hoe onwaarschijnlijk ook. Ik zal in mijn leven nooit de Postcodeloterij winnen – helaas pindakaas – maar in een oneindig heelal – met meerdere versies in een zogenaamd Multiversum – moet dat ooit door een andere ik wél gebeuren. In zo’n oneindig heelal kunnen geen uitspraken meer worden gedaan over waarschijnlijkheden dat dingen zullen plaatsvinden, want ze vinden hoe dan ook plaats. En dá t vinden Bousso e.a. niet te verkroppen. Vandaar hun stelling dat het heelal niet eeuwig doorgaat met expanderen, maar dat er een catastrofe zal plaatsvinden. Door een dergelijke cut-off worden waarschijnlijkheden weer eindig en dus uitrekenbaar.

De Guth-Vanchurin paradox

Credit: Katniss12/Pixabay.

Hoe ze aan die 50% kans van een catastrofaal einde aan het heelal binnen 3,7 miljard jaar komen zal ik een andere keer uitleggen – lees: daar heb ik nou effe geen zin in – maar interessant op dit moment is wel te weten dat de zogenaamde Guth-Vanchurin paradox er een rol in speelt. In die paradox gaat het over iemand die een munt gebruikt om te bepalen hoe laat hij gewekt wordt door de wekker. Gooit hij (of zij, OK kan ook) munt dan gaat de wekker na 1 minuut al af, wordt kop gegooid dan gaat de wekker na 1 miljard jaar af. En dat allemaal in een oneindig heelal levert leuke situaties op, zo zal ik later nog wel eens betogen. Wordt vervolgd! Bron: Technology Review + New Scientist.