In ons maartnummer vertelt spinozapremiewinnaar Erik Verlinde uitgebreid over zijn baanbrekende ideeën die ondermeer de oerknal degraderen tot illusie. Wij vroegen daarom vooraanstaande fysici en astronomen om alvast antwoord te geven op de vraag: wat als er geen oerknal was?
De oerknaltheorie staat stevig op haar wetenschappelijke sokkel. Toch is er in de wetenschap altijd de mogelijkheid dat een radicaal nieuw idee de boel eens flink overhoop gooit, en het idee van Verlinde stelt zich daarvoor nadrukkelijk kandidaat. Daarom vroegen wij een aantal vooraanstaande fysici en astronomen hoe stevig die oerknal nu eigenlijk op haar sokkel staat. Wat is er wel en niet wetenschappelijk bewezen? Ontstond ‘iets’ nu echt uit ‘niets’? En zijn er eigenlijk nog meer aantrekkelijke alternatieven voor de huidige oerknaltheorie? U leest het hieronder.
PAUL DAVIES
Brits-Australische theoretisch fysicus, astrobioloog, kosmoloog en schrijver van meer dan 20 populairwetenschappelijke boeken.
‘Einstein liep als theoreticus vast op de nieuwe bevindingen’
Toen de Nederlandse natuurkundige Heike Kamerlingh Onnes iets geks ontdekte over supergeleiding, was dit onder veel fysici het gesprek van de dag. Maa ...
‘Ik ken niemand die twijfelt aan de oerknal in de zin van een snel uitdijende fase die 13,7 miljard jaar gelden plaats vond. Het enige dat overblijft is de vraag of de oerknal de daadwerkelijke oorsprong van alle fysieke dingen was, inclusief de ruimte en tijd, of dat er iets aan vooraf ging.’
‘Gedurende mijn carrière is de mening daarover regelmatig verschoven – vroeger dachten vooraanstaande kosmologen nog wel dat de oerknal de oorsprong van alles was, tegenwoordig niet meer. Zo stelt de quantumkosmologische theorie van Hartle en Hawking bijvoorbeeld dat de tijd continu tevoorschijn komt uit de ruimte – waardoor er geen specifiek begin van het universum was, maar wel een eindige hoeveelheid tijd.’
‘Tegenwoordig denken veel kosmologen bovendien dat wat we het universum noemen slechts een miniscuul onderdeel is van een veel groter en ingewikkelder systeem dat het multiversum heet. In dat geval zouden er veel oerknallen kunnen zijn, verspreid over ruimte en tijd, die stuk voor stuk verantwoordelijk zijn voor een eigen geschiedenis van geboorte, evolutie en dood, terwijl het totaalconstruct – het multiversum – eeuwig is.’
‘Het conceptuele kader voor ons begrip van de kosmologie is geworteld in fysica uit het begin van de twintigste eeuw, zoals Einsteins algemene relativiteitstheorie. Ik denk persoonlijk dat dat nog steeds klopt, maar het zou te kort door de bocht zijn om te concluderen dat het laatste woord over de eigenschappen van zwaartekracht, ruimte en tijd nu wel gesproken is. Als er een radicaal nieuwe kijk op de zaken komt, is het altijd mogelijk dat nieuwe conclusies getrokken kunnen worden uit dezelfde gegevens.’
GEORGE F. R. ELLIS
Zuid-Afrikaanse kosmoloog, auteur van diverse populairwetenschappelijke boeken over kosmologie, en emiritus hoogleraar aan de universiteit van Kaapstad.
‘Er is geen enkele reden om te twijfelen aan het feit dat het heelal begon met een fase van hete uitdijing. Maar als we het hebben over de quantumoorsprong van het heelal voor de fase van inflatie, ligt alles nog open. We kennen niet eens de relevante fysica, omdat er nog altijd geen goede quantumgravitatietheorie is. Daarom weten we niet hoe het heelal precies ontstond en waar de ruimtetijd zelf precies vandaan kwam. De vraag die rijst is: wat was er voor de oerknal, als er al sprake was van een knal. Waren de wetten van de wis- en natuurkunde er eerder dan het universum zelf? En zo ja: waar kwamen ze dan vandaan?’
GOVERT SCHILLING
Nederlandse sterrenkundejournalist, boekenschrijver en beheerder van de website allesoversterrenkunde.nl. Bracht begin dit jaar een hoorcollege over kosmologie uit op cd.
‘Voor zover ik weet zijn er geen seriueze wetenschappelijke theorieën waarin ons heelal lang geleden niet ooit een extreem hoge dichtheid en temperatuur heeft gehad. Maar alternatieven voor de theorie dat alle ruimte, tijd, energie en materie circa 13,7 miljard jaar geleden ‘uit het niets’ ontstonden, zijn er wel.’
‘Een model dat mij altijd erg heeft aangesproken is dat van het ‘ekyprotisch heelal’, dat enkele jaren geleden werd voorgesteld door Paul Steinhardt en Neil Turok. Daarin heeft het heelal altijd bestaan, maar zijn er andere heelallen die soms met het onze in botsing kunnen komen. Als gevolg van die botsing raakt het heelal dan plotseling weer volledig gevulg met energie, waaruit direct nieuwe materiedeeltjes ontstaan, zodat er een nieuwe ‘oerknalfase’ is met extreem hoge temperatuur en dichtheid. Dat is dus een mechanisme waarin het heelal nooit ontstaan is, maar er altijd is geweest.’
‘Wat ik persoonlijk een creatieve oplossing vind is die van Lee Smolin, waarin een heelal geboren wordt als direct gevolg van het ontstaan van een zwart gat in een ander ‘moederheelal’. Zelf waag ik me niet aan speculeren; wat de beroepstheoretici verzinnen is speculatief genoeg!’
GEORGE F. SMOOT III
Amerikaanse kosmoloog. Won de nobelprijs voor zijn metingen aam de kosmische achtergrondstraling.
‘De huidige waarnemningen – en wat logica – wijzen niet meer naar het klassieke model van de oerknal. Alle discussie die nu plaatsvindt gaat daarom over wat er in het prille begin precies gebeurde. Maar al die theorieën over wat in de eerste fractie van een seconde na de oerknal gebeurde, vallen na die beginperiode gewoon samen met de klassieke oerknaltheorie. Dat sluit nieuwe verbeteringen en zelfs verrassingen niet uit: in die eerste fractie van een seconde schuilt nog meer dan genoeg ruimte voor boeiende speculaties.’
LAURENCE M. KRAUSS
Amerikaans theoretisch fysicus en schrijver van populairwetenschappelijke boeken. Krauss stelde als één van de eersten het bestaan van donkere energie voor.
‘Het bewijs voor de oerknal staat net zo vast als het bewijs voor het feit dat de aarde rond is. Elk bewijsje dat we hebben wijst erop dat het universum 13,7 miljard jaar geleden met een oerknal begon. We kunnen terugrekenen tot een miljoenste van een seconde na de oerknal en alle voorspellingen die daaruit volgen kloppen met de waarnemingen. Wat er precies tijdens het begin gebeurde ligt op het moment nog buiten het domein van de natuurkunde, omdat we nog geen werkende quantumgravitatietheorie hebben, maar alles daarna is goed gemeten en klopt met de theorie.’
‘Wat er verder nog komen gaat, weet niemand. Het universum blijft ons verbazen. De vondst van donkere energie was bijvoorbeeld een gigantische verrassing. Die zullen er in de toekomst ook wel zijn.’
‘Als er geen oerknal was, kan het best dat het universum gewoon uit het niets ontstond – een optie die ik ook bespreek in mijn nieuwe boek A Universe From Nothing. Die optie komt alsnog neer op een soort oerknal, alleen dan zonder singulariteit.’
RIEN VAN DE WEIJGAERT
Nederlandse kosmoloog, verbonden aan de universiteit Groningen
‘Als er enige reden is om ons een beetje ongemakkelijk te voelen dan is het wel door het overweldigende succes van het kosmologisch onderzoek: met grote precisie is vastgesteld dat 23 procent van de energie-inhoud van het heelal onbekende donkere materie is, en maar liefst 73 procent mysterieuze donkere energie. Met andere woorden: 96 procent van de energie-inhoud bestaat uit donkere materie en donkere energie, wier identiteit nog steeds een volledig mysterie is.’
‘Een punt van zorg is het feit dat de oerknaltheorie een aantal fine tuning problemen heeft: het zogenaamde vlakheidsprobleem en horizonprobleem zijn daarvan de meest urgente. Het valt moeilijk te begrijpen waarom de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling over de hele hemel tot op 10-5 K uniform is, gegeven het feit dat in een standaardextrapolatie van de expansie van het Heelal gebieden op een afstand van meer dan 1 graad nooit met elkaar in contact zijn geweest.’
‘Dit wordt grotendeels opgevangen door de uitbreiding van de oerknaltheorie met inflatie, een geweldige expansie met een factor 1060 gedurende de eerste 10-34 seconden. De inflatietheorie is uitermate aantrekkelijk, maar heeft observationeel nog geen sterk bewijs (met uitzondering van enkele aspecten van de microgolfachtergrondstraling). Echter, zelfs als inflatie niet gebeurd blijkt te zijn, blijft de oerknal het enige model dat de waarnemingen verklaart.’
‘In mijn visie is ‘oerknal’ het woord waarmee wij aanduiden ‘dat waaruit het universum is ontstaan’. Merk op dat de oerknal geen explosie was – ook niet volgens de standaardtheorie. Het is een plotselinge universele uitdijing die op ieder punt is gebeurd. Wij zijn integraal onderdeel van de oerknal en ons ontstaan en bestaan, en dat van onze intelligentie, lag dus al besloten in die allereerste momenten van de oerknal. Nu denken wij na over deze oerknal en dus denkt het heelal na over zichzelf. Is dit niet een waanzinnige constatering?’
SALEEM ZAROUBI
Kosmoloog, verbonden aan de universiteit Groningen
‘Alternatieven voor de oerknal zijn over het algemeen niet goed ontwikkeld. Dat is logisch, want ze zouden een enorme hoeveelheid meetgegevens moeten verklaren die momenteel gelden als ondersteuning voor de oerknaltheorie. Dat is verre van simpel. Natuurlijk is er altijd een optie dat er iets is voorbij de oerknal, of een nieuwe theorie die dezelfde gegevens verklaart die we nu waarnemen. Maar zoiets is er nu nog niet.’
‘Gedurende de geschiedenis van de kosmologie was de oerknaltheorie zeker niet altijd favoriet. Maar na verloop van tijd bleek dat het de meest correcte theorie was, met de grootste verklarende kracht. Natuurlijk zijn er wel nog wat problemen. Zo is er bijvoorbeeld het toevalsprobleem. De dichtheid van gewone materie en donkere energie zijn namelijk gelijk – dat is toeval, denken we, maar astronomen houden niet van toeval.’
‘De oerknaltheorie heeft een gebrek aan ’totale elegantie’. Elk onderdeel (donkere materie, enzovoorts), heeft een onderzoeksgeschiedenis van dertig jaar of meer. Ze voegen kennis en begrip toe, maar niet voldoende. Zo is de kosmologische constante, oftewel de donkere energie, zeer belangrijk. De fundamentele parameters van het universum zijn daarom misschien niet zo simpel als we hadden gewild en dat betekent dat er wellicht een wat fundamentelere of simpelere theorie mogelijk is.’
‘Zwaartekracht is erg moeilijk te begrijpen. Zwaartekracht quantiseren is heel erg moeilijk. Je kunt de benodigde omstandigheden niet simpelweg nabootsen in het lab. Maar je kunt wel naar andere dingen kijken, zoals zwarte gaten of singulariteiten, zoals degene waar het universum uit is voortgekomen. Wanneer de dichtheid zo hoog wordt en de schaal waarbinnen je werkt zo klein, dan moet de zwaartekracht op een quantummechanische manier werken. Dat is nu al zo’n 70 á 80 jaar een openstaande vraag. Wel zijn er veel pogingen geweest dat probleem op te lossen. Voorbeelden zijn de quantumsnaartheorie, quantumzwaartekracht en de theorie van Verlinde, die stelt dat zwaartekracht geen fundamentele kracht is. Maar er is geen duidelijke theorie om dit op te lossen – het is nog altijd een open vraag.’
Meer over de radicale ideeën van Verlinde en hoe dankzij de oerknal iets ontstond uit niets, leest u in het maartnummer van NWT Magazine, dat vanaf morgen in de winkel ligt.