Wat gebeurde er vóór de oerknal?

De oerknal wordt algemeen gezien als het begin van dit alles: ongeveer 13,8 miljard jaar geleden ging het waarneembare universum boom en uitgebreid tot bestaan.

Maar hoe waren de dingen vóór de oerknal?

Kort antwoord: we weten het niet. Lang antwoord: het hadden veel dingen kunnen zijn, elk op zijn eigen manier verbijsterend. [Hoe massief is de Melkweg?]

In het begin

Het eerste dat u moet begrijpen, is wat de oerknal eigenlijk was.

"De oerknal is een moment in de tijd, geen punt in de ruimte", zegt Sean Carroll, een theoretisch fysicus aan het California Institute of Technology en auteur van "The Big Picture: On the Origins of Life, Meaning and the Universe Itself" (Dutton, 2016).

Het is dus mogelijk dat het universum bij de oerknal piepklein of oneindig groot was, zei Carroll, omdat er geen manier is om terug te kijken in de tijd naar de dingen die we vandaag niet eens kunnen zien. Het enige dat we echt weten, is dat het heel, heel dicht was en dat het heel snel minder compact werd.

Als gevolg hiervan is er echt niets buiten het universum, omdat het universum per definitie alles is. Dus bij de oerknal was alles dichter en heter dan het nu is, maar er was niet meer een "buitenkant" dan er nu is. Hoe verleidelijk het ook is om een ​​goddelijke kijk te hebben en je voor te stellen dat je in een leegte zou kunnen staan ​​en naar het verkreukelde baby-universum zou kunnen kijken vlak voor de oerknal, dat zou onmogelijk zijn, zei Carroll. Het universum breidde zich niet uit in de ruimte; de ruimte zelf breidde zich uit.

"Waar je ook bent in het universum, als je 14 miljard jaar teruggaat, kom je op dit punt waar het extreem heet, dicht en snel uitbreidend was", zei hij..

Niemand weet precies wat er in het universum gebeurde tot 1 seconde na de oerknal, toen het universum voldoende was afgekoeld om protonen en neutronen te laten botsen en aan elkaar te plakken. Veel wetenschappers denken dat het universum tijdens die eerste seconde een proces van exponentiële expansie heeft doorgemaakt, inflatie genaamd. Dit zou het weefsel van ruimte-tijd hebben gladgestreken en zou kunnen verklaren waarom materie tegenwoordig zo gelijkmatig in het universum is verdeeld.

Voor de knal

Het is mogelijk dat vóór de oerknal het universum een ​​oneindige strook was van een ultraheet, dicht materiaal, dat in een stabiele toestand bleef totdat, om de een of andere reden, de oerknal plaatsvond. Dit extra dichte universum werd mogelijk beheerst door de kwantummechanica, de fysica van de extreem kleine schaal, zei Carroll. De oerknal zou dus het moment zijn geweest waarop de klassieke fysica het overnam als de belangrijkste motor van de evolutie van het universum. [Wat is kwantummechanica?]

Voor Stephen Hawking was dit moment het enige dat ertoe deed: vóór de oerknal, zei hij, zijn gebeurtenissen onmeetbaar en dus ongedefinieerd. Hawking noemde dit het voorstel zonder grenzen: tijd en ruimte, zei hij, zijn eindig, maar ze hebben geen grenzen of begin- of eindpunten, net zoals de planeet aarde eindig is maar geen rand heeft..

"Aangezien gebeurtenissen vóór de oerknal geen gevolgen hebben voor de observatie, kan men ze net zo goed uit de theorie schrappen en zeggen dat de tijd begon bij de oerknal", zei hij in een interview op de National Geographic-show "StarTalk" in 2018..

Of misschien was er vóór de oerknal iets anders dat het overwegen waard is. Een idee is dat de oerknal niet het begin van de tijd is, maar eerder een moment van symmetrie. In dit idee was er voorafgaand aan de oerknal een ander universum, identiek aan dit, maar met entropie die toeneemt naar het verleden in plaats van naar de toekomst.

Toenemende entropie, of toenemende wanorde in een systeem, is in wezen de pijl van de tijd, zei Carroll, dus in dit spiegeluniversum zou de tijd tegengesteld zijn aan de tijd in het moderne universum en zou ons universum in het verleden liggen. Voorstanders van deze theorie suggereren ook dat andere eigenschappen van het universum in dit spiegeluniversum zouden worden omgedraaid. Zo schreef natuurkundige David Sloan in de University of Oxford Science Blog dat asymmetrieën in moleculen en ionen (chiraliteiten genoemd) in tegengestelde oriëntaties zouden zijn dan die in ons universum..

Een gerelateerde theorie stelt dat de oerknal niet het begin van alles was, maar eerder een moment in de tijd waarop het universum overschakelde van een periode van contractie naar een periode van expansie. Deze "Big Bounce" -begrip suggereert dat er oneindige Big Bangs kunnen zijn als het universum zich uitbreidt, samentrekt en weer uitbreidt. Het probleem met deze ideeën, zei Carroll, is dat er geen verklaring is voor waarom of hoe een uitdijend universum zou samentrekken en terugkeren naar een toestand met een lage entropie..

Carroll en zijn collega Jennifer Chen hebben hun eigen pre-Big Bang-visie. In 2004 suggereerden de natuurkundigen dat het universum zoals we het kennen misschien de nakomeling is van een ouderuniversum waaruit een beetje ruimte-tijd is weggerukt.

Het is als een radioactieve kern die aan het vervallen is, zei Carroll: wanneer een kern vervalt, spuugt hij een alfa- of bètadeeltje uit. Het ouderuniversum zou hetzelfde kunnen doen, maar in plaats van deeltjes spuugt het babyuniversums uit, misschien wel oneindig. "Het is gewoon een kwantumfluctuatie die het mogelijk maakt," zei Carroll. Deze baby-universums zijn "letterlijk parallelle universums", zei Carroll, en hebben geen interactie met elkaar en beïnvloeden elkaar niet.

Als dat allemaal nogal trippy klinkt, is het dat wel - omdat wetenschappers nog geen manier hebben om zelfs maar terug te kijken naar het moment van de oerknal, laat staan ​​wat eraan voorafging. Er is echter ruimte om te verkennen, zei Carroll. De detectie van zwaartekrachtgolven van krachtige galactische botsingen in 2015 opent de mogelijkheid dat deze golven kunnen worden gebruikt om fundamentele mysteries over de expansie van het universum in die eerste cruciale seconde op te lossen..

Theoretisch natuurkundigen hebben ook werk te doen, zei Carroll, zoals het maken van nauwkeuriger voorspellingen over hoe kwantumkrachten zoals kwantumzwaartekracht zouden kunnen werken..

'We weten niet eens wat we zoeken,' zei Carroll, 'totdat we een theorie hebben.'

• Waarom draait de aarde??
• Hoe kwam de Melkweg aan zijn naam??
• Zwarte gaten zijn geweldig. Waarom zijn hun namen meestal zo saai?

Oorspronkelijk gepubliceerd op .