Een nieuwe theorie over het ontstaan van de kosmos
I.M. Oderberg
Niet alleen bij het ontwikkelen van nieuwe theorieën hebben natuurkundigen zich steeds weer laten leiden door hun gevoel voor schoonheid, maar zelfs in hun oordeel over de redelijkheid van natuurkundige theorieën wanneer deze eenmaal zijn ontwikkeld. Het schijnt dat we leren hoe te anticiperen op de schoonheid van de natuur op haar meest fundamentele niveau.
– dr. Steven Weinberg
De gangbare theorie over de oerknal (big bang) gaat ervan uit dat het universum 10 tot 15 miljard jaar geleden ontstond door een explosie van extreem verhitte materie die zich verspreidde en het zichtbare heelal vormde. De theorie omschrijft wat er na de oerknal gebeurde, maar verklaart niet waarom er een ‘knal’ moet hebben plaatsgevonden, hoe zoveel materie kon ontstaan uit niets als materie noch geschapen noch vernietigd kan worden, of waarom we maar een heel klein deel van het mega-universum waarnemen.
Deze en andere verbijsterende vragen worden behandeld door de kosmologische theorie over een uitdijend heelal, in de eerste plaats geformuleerd door de deeltjesfysicus Alan H. Guth. The Inflationary Universe* [Het uitdijende heelal] is Guths persoonlijke beschrijving over de ontwikkeling van deze theorie, die een gedetailleerd beeld geeft hoe hedendaagse natuurkundigen samenwerken. Voor het grote publiek verklaart hij ook duidelijk en nauwkeurig onderwerpen die nodig zijn om de theorie van een uitdijend heelal op zichzelf te kunnen begrijpen, zoals de verschillende aspecten van de oerknaltheorie, de revolutie van de deeltjesfysica in de jaren zeventig, materie en antimaterie, grote alomvattende theorieën, en verschillende ideeën uit de kwantumfysica.
*The Inflationary Universe: The Quest for a new Theory of Cosmic Origins door Alan H. Guth, Perseus Books, Reading, Mass., 1998; 358 blz., glossarium, isbn 0-201-32840-2, paperback.
De theorie van een uitdijend heelal verklaart het ontstaan van materie en het universum in het eerste ‘miljardtriljoentriljoenste deel van een seconde’ door middel van supersnelle uitdijing die tot de oerknal leidt. Het waarneembare universum ontstaat uit een ‘schijnbaar vacuüm’, een bijzondere vorm van materie zoals deze er volgens vele theorieën binnen de deeltjesfysica zou zijn geweest. In de kwantumtheorie is een vacuüm niet leeg, maar ‘een op subatomair niveau aanhoudende storm die bruist van activiteit’ (blz. 272).
Het uitdijen lost een aantal belangrijke vraagstukken van de gangbare oerknaltheorie op en de voorspellingen van deze theorie zijn, anders dan bij vele andere theorieën, niet afhankelijk van bekend veronderstelde details over de omstandigheden die voorafgingen aan de vorming van het universum. Het project is nog steeds in ontwikkeling en Guth zelf is het met dr. Frank Wilczek eens dat ‘terwijl het algemene idee van een heelal onderhevig aan uitdijing heel aantrekkelijk is, de tot nu toe daarvoor opgezette modellen niet inspireren om tot in detail erop te vertrouwen’ (blz. 235).
Veel interessante ideeën sluiten de theorie van het uitdijen in zich, waaronder ‘eeuwig uitdijen’. Door de aard van het proces van uitdijen gelooft Guth dat ‘als het uitdijen eenmaal is begonnen, het nooit meer ophoudt!’ (blz. 246). Met het verstrijken van de tijd worden er meer oerknallen verwacht vanwege het onderliggende ‘schijnbare vacuüm’ waaruit ons heelal tevoorschijn kwam. Dit voortgaande kosmische proces doet tenslotte een oneindig aantal heelallen zoals het onze ontstaan, die Guth definieert als ‘pocket universes’ [kleine heelallen]. Door de eigenschap van het uitdijen worden deze kleine heelallen in een steeds hoger tempo voortgebracht volgens een fractaal patroon – dat wil zeggen, volgens een herhaalde reeks kopieën op een steeds kleinere schaal. Guth gelooft dat ‘ons hele waargenomen universum’ slechts ‘een heel klein deeltje van één van deze kleine heelallen is. Daartegenover staat dat het kleine universum slechts een heel klein deeltje is van alles dat bestaat . . .’ (ibid). Hoewel de theorie van het uitdijen veronderstelt dat er op een bepaald moment een begin moet zijn geweest en dat individuele kleine heelallen een keer ophouden te bestaan, ‘bestond het gehele universum lange tijd vóór ons kleine universum, en zal tot in de eeuwigheid blijven bestaan’ (blz. 271). Vanuit een perspectief dat alle kleine heelallen omvat, zal evolutie
een sterke gelijkenis vertonen met het oude model van een onveranderlijk universum. Als de kleine heelallen het einde van hun bestaan hebben bereikt en zich weer samenvouwen of in kracht afnemen, worden er nieuwe heelallen voortgebracht om hun plaats in te nemen. Hoewel het uiteindelijke lot van ons eigen kleine universum in het scenario van het uitdijen niet aantrekkelijker is dan in een eenvoudige oerknaltheorie, zal het universum als geheel zichzelf steeds opnieuw voortbrengen, en eeuwig nieuwe kleine heelallen doen ontstaan. Terwijl het leven in ons kleine universum waarschijnlijk zal uitsterven, zal het leven in het universum als geheel eeuwig gedijen. – blz. 248
Guth wijst erop dat op dit moment ‘de overheersende opvatting over de oorsprong van het universum, zowel in joods-christelijke als in wetenschappelijke context, het universum als een unieke gebeurtenis beschrijft’, en dat ‘hedendaagse wetenschappers regelmatig naar de oerknal verwijzen om het begin van de tijd aan te duiden’ zelfs als ze niet weten wat er vóór de oerknal plaatsvond.
Als de denkbeelden van het eeuwige uitdijen echter juist zijn, dan was de oerknal niet een unieke scheppingsdaad, maar leek het meer op het biologische proces van celdeling. Als een bioloog een bacterie zou ontdekken die bij geen enkele bekende soort kan worden ondergebracht, zou hij vermoedelijk een nieuwe soort bedenken om haar te classificeren. Maar al was er slechts één enkel exemplaar van de nieuwe soort gevonden, dan zou de bioloog zonder twijfel aannemen dat het de nakomeling was van een bacteriële moedercel. Hoewel de bioloog heilig ervan overtuigd is dat leven op aarde uit levenloze materie is ontstaan, is de mogelijkheid dat deze individuele cel het resultaat is van zo’n onwaarschijnlijke gebeurtenis te ongerijmd om zelfs maar in overweging te nemen. Uitgaande van de aannemelijkheid van eeuwigdurende uitdijing, geloof ik dat algauw elke kosmologische theorie die niet tot eeuwigdurende reproductie van heelallen leidt, als even onvoorstelbaar zal worden beschouwd als een bacteriesoort die zich niet kan voortplanten. – blz. 251-2
In verschillende opzichten weerklinkt in het idee van een uitdijend universum de opeenvolging van uitdijingen gevolgd door ‘inkrimpingen’ of ‘het zich naar binnen terugtrekken’ zoals die voorkomen in de oude Sanskrietliteratuur. In de kleurrijke terminologie van het oude India werd dit uitdijen het ‘uitademen’ van Brahma genoemd, gevolgd door het ‘inademen’, waarvan het ritme uiteindelijk een invloed heeft op alles wat behoort tot het deel van de kosmos dat door juist die Brahma wordt bezield. Deze ‘dagen’ en ‘nachten’ van Brahma werden duizenden jaren geleden opgetekend in de religieuze geschriften van de eerste bewoners van India en mondeling overgeleverd lang voor het ontstaan van het later gebruikte devanagari schrift.