Verandering: De oerknal tot nu; en terug?

Blog datum:
Big bang expansie

I wrote the book that I would have liked to learn from.” [1]

A. Zee en Steve Weinberg

Zuid Kenya nabij Masai Mara [2]; een paar minuten over zes. De zon is onder en het is donker. Vannacht houden vier Masaï krijgers – verre familie van Narrator – aan de rand van het kamp de wacht. Het kampvuur brandt. Carla heeft haar tent voor de nacht ingericht: de slaapzak ligt opgerold op het kampeerbed, zodat een slang geen kans krijgt om erin te kruipen. Nu kijkt zij naar het vlammenspel en wacht op de anderen.

Man komt als eerste; hij heeft zijn dagelijkse medische controle achter de rug.

“Alles goed?”, vraag Carla.

“Volgens Ferdinand wel. Ik ben snel moe en overdag moet ik nog wennen aan de warmte”, zegt Man.

“Een gelukkig bij een ongeluk: in augustus is het temperatuurverschil tussen thuis en hier minder groot. Deze maand is uitstekend geschikt om de parken te bezoeken. Blijf goed op jezelf letten. Wanneer het nodig is, kunnen wij ons van de rest van onze groep afsplitsen en in een luxe hotel blijven totdat de anderen weer uit Noord Kenya terugkeren.  

Ik hoop dat wij over twee weken in deze omgeving de broer en zussen van Narrator via zijn neef kunnen ontmoeten: ik ben benieuwd naar de verhalen over hun jeugd”, zegt Carla.

Kind in Kenya

[3]

“Ik denk dat het wel zal gaan. Leuk dat wij vandaag de achterneven van Narrator hebben ontmoet. Zullen wij even bij onze kok gaan kijken hoever hij met het avondmaal is? Misschien heeft hij nog hulp nodig”, zegt Man.

Maasai

[4]

Carla en Man gaan naar de kooktent waarbuiten de kok het avondmaal bereidt. Zij helpen hem met de maaltijd. Als het eten klaar is, komen de anderen die nu ook hun slaapplaats hebben ingericht, naar de kooktent. Na de afwas zitten zij rond het kampvuur.

“Het kampvuur is mooi, maar eigenlijk zouden wij naar de sterrenhemel moeten kijken. Zo kunnen wij – volgens mij – helemaal naar de oorsprong van ons heelal kijken”, zegt Man.

“De oorsprong van het heelal zien wij overal [5]. Een standaard werk over sterrenkunde stelt:

“All places are alike: this cosmological principle declares
that apart from local irregularities the universe is the same everywhere.”

Wij zien overal de gevolgen van de grote knal – de Big Bang – die volgens het hedendaagse standaardmodel het begin van het heelal vormt dat wij vanavond in onze menselijke gedaante kunnen waarnemen. Wat er vóór de grote knal is gebeurd en wat er buiten ons waarnemingsvermogen buiten de grote knal is gebeurd, kunnen wij niet zien”,  zegt Carla.

“Wat denk jij dat er voor de Big Bang is geweest?”, vraagt Man.

“Voordat ik mijn gedachten daarover laat gaan, zal ik eerst in het kort – met weglating van veel details – het hedendaagse standaardmodel voor de grote knal met verschillende varianten vertellen. In dit standaardmodel komen in één berekening zeer klein en heel groot samen. Er wordt voorondersteld dat het heelal – dat wij kunnen waarnemen – op één punt is ontstaan, want uit astronomische waarnemingen blijkt dat het heelal op hoofdlijnen zeer uniform is en daarbij overal gelijkmatig is uitgedijd. Waar wij ook kijken, overal is de uitdijing volkomen gelijk en gelijkmatig: dit houdt in dat het midden en de randen van ons heelal evenveel uitdijen waardoor de ver verwijderde delen van ons heelal sneller van ons af bewegen dan de nabij gelegen delen. Dit betekent ook dat volgens dit model ons heelal in een flits op één uiterst miniem punt uit een uiterst grote hoeveelheid energie is ontstaan. De enorme energie die vrijkomt tijdens de uitbarsting van een supernova ster aan het einde van haar leven, is maar een minieme fractie van de energie waarmee ons heelal is ontstaan en is gaan uitdijen.

Crab nevel
 
[6]

Tot zo’n 25 jaar geleden waren de rekenmodellen van de atoomfysica en kwantummechanica (het uiterst miniem punt) niet te verenigen met de rekenmodellen van de astronomie en de algemene relativiteitstheorie voor ons hedendaags uitgestrekt en uitdijend heelal: de combinatie van beiden liet steeds een “onbepaald oneindig” als uitkomst te zien, omdat dit is de uitkomst van delen door nul.

Rekenmodellen binnen de theoretische fysica moeten wiskundig deugen. Wanneer het fysisch rekenmodel niet strookt volgens de formele taal van de wiskunde, dan is er zeer waarschijnlijk een rekenfout gemaakt; of erger: er is een denkfout aanwezig.   

In de klassieke wiskunde kan eenvoudig gerekend worden met gewone getallen of met onderdelen van getallen. Later is er het begrip oneindig – of ontelbaar – bijgekomen en pas vrij laat het begrip nul. Recent zijn wiskundigen ook met imaginaire getallen en – in de topologie [7] – met bijzondere vormen gaan rekenen.  

Voorbeeld van eenvoudige topologische vorm

[8]

Tot op heden is delen door nul in de wiskunde niet goed mogelijk; er wordt dan meestal een benadering van de berekening gemaakt met behulp van delen door een heel klein positief (en/of negatief) getal [9]. Hierdoor wordt de uitkomst van de deling benaderd: de uitkomst van deze benadering is – vanuit beide zijden – dan hetzij plus oneindig of min oneindig: hetzij plus oneindig van uit de ene kant benaderd, of min oneindig vanuit de andere kant benaderd.  

Zoals ik al zei: in het rekenmodel voor de grote knal wordt een uiterst groot getal – vanuit de kosmologie beredeneerd – gedeeld door nagenoeg nul – vanuit de Kwantummechanica bezien –, en de uitkomst is steevast plus en/of min oneindig. Deze oneindige uitkomst past niet in de kosmologie die wij waarnemen, want volgens onze waarnemingen zou het heelal ongeveer 14 miljoen jaren oud zijn, de uiterste uitdijingen kunnen wij aan de randen van het heelal met precisie-instrumenten waarnemen.   

Vanaf 1970 zijn theoretisch fysici met wisselend succes rekenmodellen voor de grote knal gaan opstellen met wiskundige snaren en later veelvlakken die eindig klein zijn: zeer veel kleiner dan alles wat wij hebben waargenomen in de atoomfysica, maar beduidend groter dan nul.

cabali yau veelvlak

[10]

Met deze snaartheorie [11] zijn de meest wonderlijke wiskundige modellen sluitend gemaakt: er zijn wiskundig heel eenvoudig heelallen parallel aan ons heelal mogelijk, deeltjes kunnen voortdurend uit de leegte – die nog steeds veel energie bevat – ontstaan en verdwijnen”, zegt Carla

“Sorry dat ik jou onderbreek. In mijn dagelijks leven ben ik leraar natuurkunde op een middelbare school. Een half jaar geleden ben ik mij in mijn vrije tijd gaan verdiepen in kwantum mechanica. Ik heb mij altijd afgevraagd hoe is de Big Bang ontstaan. Wat is jou idee daarover?”, zeg Peter.

“Volgens de theoretische natuurkunde veronderstelt het standaardmodel voor de grote knal – tijdens het ontstaan van ons heelal – een heel klein punt dat vele malen kleiner is dan een atoom. Vanuit dit punt zijn een aantal dimensies van een veelvlak gevormd of – beter gezegd – ontplooid . Dit ontvouwen valt te vergelijken met het openklappen van bloem uit een knop.

Tulpen

[12]

Het aantal dimensies dat binnen ons heelal zijn uitgevouwen – vergelijkbaar met bloesembladeren uit een knop – zijn in ieder geval de bekende vier dimensies van de “ruimtetijd”, te weten: hoogte, lengte, breedte en de tijd. Maar meestal wordt gerekend met 10 of 11 dimensies, omdat dit het kleinste aantal dimensies is, waarmee uit de berekeningen mooie sluitende uitkomsten ontstaan.

Er zijn verschillende modellen voor het ontstaan van de onvoorstelbare energie bij de grote knal. Eén model gaat uit van de veronderstelling dat de volledige energie binnen ons heelal tegelijk met het ontvouwen van de dimensies is mee ontsproten en uitgedijd. Binnen dit model vind ik het boeiend om te bedenken dat de fotonen aan de uiterste rand van de grote knal geen begrip van tijd en verandering hebben meegekregen, want geen enkele informatie over verandering – en dus tijd – kan deze fotonen nog bereiken. Deze fotonen zijn na hun ontstaan niet ouder geworden, omdat zij daarna geen verandering en nieuwe informatie meer hebben ontvangen.

Een tweede model veronderstelt dat eerst de dimensies zijn uitgevouwen om zo een leegte te creëren waarbinnen vervolgens op een plaats de volledige energie is ontsproten en uitgedijd”, zegt Carla.

“Bij dit tweede model moet ik denken aan het denkraam van de natuurkundigen in de 19e eeuw, die een medium – of een ether – noodzakelijk achtte voor het voortbewegen van lichtstralen, net zoals golven zich in water voortplanten en geluid zich voortbeweegt door de lucht. Aan het begin van de 20e eeuw hebben Michelson en Morley [13] met een interferometer voor het eerst aangetoond dat dit medium – of ether – niet aanwezig is. Ik vraag mij af of voor het ontstaan van ons heelal een medium – of leegte – nodig”, zegt Peter.

“Waarschijnlijk is er ook een derde model mogelijk waarin de leegte al bestond voordat de dimensies en de energie tegelijkertijd of achterelkaar zijn gaan ontspruiten en uitdijen.

Ik persoonlijk denk dat de lege ruimte – die in werkelijkheid volgens het standaard model nogal veel energie bevat – tezamen met het ontvouwen van de dimensies is ontstaan. Maar het is goed mogelijk dat een vorm van leegte al eerder – of zelfs altijd – aanwezig is. Hoe deze leegte eruit ziet, valt buiten ons heelal en dus buiten ons blikveld. Wanneer deze leegte uniform en volkomen leeg is, dan heeft deze leegte de hoogste ordening – dus de laagst denkbare entropie [14] – en deze leegte komt overeen met “heel-zijn” [15] volgens de zienswijze van Martin Heidegger; of  deze leegte zou wel een het oorspronkelijk “Alomvattende Eén” kunnen zijn. Ook zonder deze oorspronkelijke leegte heeft de oorsprong van ons universum waaruit het heelal vanuit één punt is uitgedijd, de hoogste ordening en dus de laagst denkbare entropie: het is – voor zover bekend – het “heel-zijn” of het oorspronkelijk “Alomvattende Eén”.

Is het “heel-zijn” of het oorspronkelijk “Alomvattende Eén” in de vorm van de lege ruimte het medium of niet? Ik weet het niet. Ik denk niet dat er een oorspronkelijke ether aanwezig is; ik kan het niet bewijzen: het is een voorgevoel. Maar ik denk dat tijdens de oerknal waarmee ons heelal is ontstaan, medium en heelal tezamen zijn ontvouwen; ook dit kan ik niet aantonen.     

De vraag waarom er slechts een beperkt aantal dimensies zijn ontvouwen, is nog niet eenduidig beantwoord. Het is wel zo dat de berekeningen met 10 of 11 dimensies sluitende uitkomsten laten zien en dat wij uitgaan van heelal dat aansluit bij logisch sluitende wiskundige berekeningen. Kortom wij gaan uit van een “elegant heelal” [16].

Bij de beschouwing van deze 10 of 11 dimensies bekruipen mij vele vragen, zoals:

  • Is er niet genoeg energie aanwezig om – vanuit de oorsprong van ons heelal – de meer dimensies tot ontplooiing te laten komen?
  • Zijn er meer dimensies vanuit de oorsprong van ons heelal tot ontplooiing gekomen dan wij weten, maar kunnen wij deze andere dimensies niet waarnemen?
  • Zijn er vanuit punten naast de oorsprong van ons heelal soortgelijke of andere universa tot ontplooiing gekomen? Zo ja, zijn deze tegelijkertijd ontstaan en hoeveel andere universa betreft het? De wiskunde laat dit eenvoudig toe door het rekenmodel met de nodige dimensies uit te breiden.

Deze vragen zijn eenvoudig gesteld, maar het eenduidige antwoord kunnen wij – in onze verschijningsvorm van mens – niet achterhalen”, zegt Carla.

“Jouw beschrijving van het standaard model voor het ontstaan van het heelal sluit mooi aan bij het scheppingsverhaal uit de bijbel. Het lijkt wel of de mensheid voor haar wereldbeschouwing slechts kan beschikken over beperkt aantal mythen [16a]. Als ik het goed begrijp, is alles binnen ons heelal op identieke manier voortgekomen uit een minieme oorsprong, die mogelijk leeg is; niets is bevoorrecht en alles is gelijkwaardig en uniform. Dan blijft de vraag hoe de melkwegstelsels, ons zonnestelsel, de sterren en de planeten uit dit nulpunt zijn voortgekomen?”, vraagt Man aan Carla.

“Jij heb gelijk: ik denk dat er in de verbeelding van de mensheid maar een beperkt aantal mythen zijn. Voor de verklaring van het ontstaan van ons heelal moeten wij met onze verbeelding de bestaande mythen te buiten gaan.

De natuurkundige Richard Feynman [17] heeft gezegd dat:

Our imagination is stretched to the utmost,
not – as in fiction – to imagine things that are not really there,
but just to comprehend those things that are there
. [18]

Zoals ik al eerder zei: ons heelal is overal gelijkmatig uitgedijd vanuit een uiterst miniem punt. Waar wij ook kijken naar de sterrenhemel: overal dijt het heelal met dezelfde snelheid uit. Dit houdt in dat alles evenveel en gelijkmatig vooruitkomt uit het oorspronkelijk minieme punt. Of, zoals jij al zei: “Niets is op enigerlei wijze bevoorrecht boven iets anders”. Dit is volkomen juist wanneer wij door onze oogharen naar het heelal kijken; alles is uniform verdeeld op de schaal die beduidend groter is dan een Melkwegstelsel. Maar wanneer wij inzoomen naar een Melkwegstelsel of zeker naar sterrenstelsels en planeetstelsels, dan neemt de uniformering van de materie en straling binnen ons heelal steeds verder af: er ontstaan steeds grotere verschillen.

melkwegstelsel   

[19]

Hoe zijn deze verschillen ontstaan? Eigenlijk weten wij dat niet, maar het standaard model – of de standaard mythe – gaat er vanuit dat ons heelal ongeveer 13,8 miljard jaren geleden op een miniem punt met een afmeting van nagenoeg nul is ontstaan. De temperatuur was meer dan 1,5 x 10¹² K. en alle materie, energie en straling was onvoorstelbaar homogeen. Na 0,1 seconde is de temperatuur gedaald tot 10¹¹ K. [20]. Niet veel later zal ten gevolge van kwantummechanische fluctuaties de eerste zeer kleine onregelmatigheid in de homogeniteit zijn ontstaan.

Er is een variant van het standaard model dat veronderstelt dat materie en antimaterie tezamen zijn ontstaan. Bij materie en antimaterie zijn de elektrische ladingen van de deeltjes elkaars tegengestelden en volgens de Feynman diagrammen [21] (mede ontwikkeld door Richard Feynman) gaat antimaterie niet in de tijd vooruit, maar gaat in de tijd terug [22]. De materie en antimaterie zijn in een ontstellende hoeveelheid energie weer samen gegaan – of beter gezegd omgezet in energie –, maar door een kleine onregelmatigheid was er net iets meer materie dan antimaterie [23]. Uit deze materie is ons heelal voortgekomen en de energie van het samengaan is de belangrijke motor voor de uitdijing.
Het is ook goed mogelijk dat de materie van ons heelal zich heeft ontplooid langs de positieve as van de tijd, terwijl de antimaterie zich heeft ontvouwen langs de negatieve as van de tijd: hierdoor zijn materie en antimaterie – ontstaan tijdens de oerknal – elkaar niet meer tegengekomen zodat beiden niet hebben kunnen annihileren in energie.

Ruim één seconde na de oerknal is ons heelal afgekoeld tot 10¹° K en de eerste deeltjes zijn ontstaan binnen het – nog steeds homogenen – geheel. Na zo’n 15 seconden is de temperatuur naar 10? K gedaald – dit is 70 keer de temperatuur van onze zon – en de eerste chemische elementen zoals Waterstof en Helium hebben zich kunnen vormen.

De volgende 700.000 jaar vormen zich atomen en dijt ons heelal zich uit. De kleine kwantummechanische onregelmatigheden die zich eerder binnen de homogeniteit hebben voorgedaan, zorgen ervoor dat materie onder invloed van de zwaartekracht gaat samenklonteren in melkwegstelsels en sterren. In beeldspraak: de homogene slagroom schift langzaam in klonters en lege doorzichtige vloeistof.

Na zo’n 10 miljoen jaren ontstaan de eerste levende wezens in ons heelal [24].  

big bang expansie

[25]

Op dit moment dijt ons heelal nog steeds uit, waardoor het totale heelal verder afkoelt. Uiteraard zal bij het ontstaan van nieuwe sterren of tijdens een super nova de temperatuur plaatselijk enorm oplopen, maar de totale energie wordt door de uitdijing over een grotere ruimte verdeeld.

Afhankelijk van de totale hoeveelheid massa in ons heelal, zijn er volgens het standaard model drie scenario’s mogelijk:

  1. Er is onvoldoende massa om ons heelal weer te laten inkrimpen. Dit houdt in dat ons heelal blijft uitdijen en alles zal steeds verder gaan afkoelen. Dit resulteert uiteindelijk in een koud heelal met mogelijk lokaal tijdelijke oplevingen van energie, misschien zelfs periodiek zoals in John Conway’s “Game of Life” [26];
  2. Er is precies voldoende massa om de uitdijing van ons heelal op een bepaald tijdstip tot stilstand te laten komen zonder verder uitdijing of inkrimping;
  3. Er is voldoende massa om de uitdijing van ons heelal te laten stoppen en vervolgens om te zetten in een inkrimping die uiteindelijk ons heelal weer tot één punt laat samenkrimpen [27].

Dit derde scenario kent twee varianten. De eerste variant: na de krimp zal ons heelal weer op het beginpunt terugkomen om te annihileren (bijvoorbeeld door samen te gaan met antimaterie) en verdwijnen. En de tweede variant: ons heelal komt nabij het beginpunt terug om dan weer in een grote oerknal te beginnen aan een volgende cyclus van uitdijen en inkrimpen [28]. Deze laatste cycli kunnen zich ontstellend veel keren herhalen. Hierbij moet ik altijd denken aan een Möbius ring waarover de heenreis gelijk loopt met de terugreis met het verschil dat de heenreis over de ene zijde van het oppervlak verloopt en de terugreis over de andere zijde van het oppervlak [29].

mobiusring

[30]

De laatste schattingen van de aanwezige massa in ons heelal duiden op:

  • een blijvende uitdijing met uiteindelijk een koud heelal of
  • net geen blijvende uitdijing, waarna ons heelal weer zal gaan krimpen”, zegt Carla.

“Het temperatuurverschil van 1,5 x 10¹² K naar 10? K van de oorsprong van ons heelal naar de derde seconden van het bestaan lijkt klein, maar het zijn wel 1500 °C of het verschil tussen gesmolten staal en staal bij kamertemperatuur. Dit is het temperatuur interval waarbinnen ons aardse leven plaatsvindt. Er zijn een aantal wetenschappers – veelal met een Christelijk achtergrond – die ervan zijn overtuigd, dat de nauwkeurige afstemming van ons heelal geen toeval is: het is voor hen duidelijk dat het heelal exact zo is ingericht om ons leven op aarde mogelijk te maken. Het menselijk leven op aarde kan volgens de evolutie theorie van Darwin door “trial and error” en “survival of the fittest” zijn hedendaagse gedaante hebben gekregen. Maar voor ons heelal geldt dit niet, ons universum is uit één oerknal ontstaan: het moet in een keer goed zijn verlopen om leven mogelijk te maken”, zegt Peter. 

“Ik heb mijn twijfel of ons heelal uniek in zijn soort is; ik heb ook mijn twijfel of ons heelal uit slechts één oerknal is ontstaan. Mensen hebben de neiging om het bestaan vanuit hun eigen perspectief te beschouwen. Ieder mens leeft in haar/zijn optiek binnen één omgeving, in één sociaal milieu binnen één samenleving, in één  tijdperk, in één wereld, in één planeetstelsel, in één melkwegstelsel, in één heelal waarvan wij nu een deel aan de sterrenhemel zien. Dit perspectief is zo overweldigend dat een bestaan buiten ons heelal – laat staan voorbij de oerknal en het einde van ons heelal – lastig inleefbaar is.    

Uiteraard kan ik mijn twijfels bij de uniciteit van ons heelal niet aantonen noch weerleggen, het is metafysica die buiten de mogelijkheden van de menselijke waarneming valt”, zegt Carla.

“Welke mogelijkheden zie jij tot bestaan buiten ons heelal”, vraagt Man.

“Er zijn mogelijkheden sequentieel en/of parallel binnen de ruimte van ons heelal en daarnaast sequentieel en/of parallel buiten de ruimte van ons heelal.

Laat ik met sequentieel beginnen. Als wij de tijdlijn van 13,8 miljard jaren dat ons heelal bestaat inkorten tot een paar centimeter op een tijdlijn, en stel dat ons heelal – als een harmonisch systeem – cyclisch uitdijt tot een bepaalde maximum waarde die wordt bepaald door de totale energie binnen ons heelal, om daarna weer in te krimpen tot nagenoeg één punt, om daarna met een enorme knal – een nieuwe oerknal binnen ons weer samengekrompen hedendaagse heelal – weer te ontplooien, dan ontstaat achtereenvolgens steeds een zelfde soort nieuw heelal dat weer vergaat wanneer het inkrimpt tot weer nagenoeg één punt. Dit proces kan in principe tot in het oneindige doorgaan wanneer er geen energie verloren gaat door demping of door energie die aan de randen ontsnapt. Ieder achtereenvolgend heelal lijkt van buiten op het vorige heelal, maar door kleine variaties in de begin situatie ten gevolge van kwantummechanische onregelmatigheden zal er binnen ieder heelal toch verschillen ontstaan waardoor andere vormen van sterrenstelsels mogelijk zijn en er andere vormen van leven zullen ontstaan. Wanneer dit proces tot in het oneindige doorgaat, dan kan er bij een eindige energie in ons heelal heel goed exact identieke heelallen in het verleden en in de toekomst bestaan. De oneindigheid is zo groot dat ons heelal het een oneindig aantal keren kan proberen om zichzelf exact te reproduceren. Denk maar aan de aap die oneindig doorgaat met typen: bij tijd van leven zal deze aap één keer het gehele werk van Shakespeare achter elkaar typen en heel veel later nog een keer enz..

Aap aan het typen

[31]     

Daarnaast zijn er binnen de ruimte van ons heelal voldoende mogelijkheden tot de aanwezigheid van een tweede, een derde en zelfs een oneindig aantal soortgelijke heelallen. Binnen onze leefwereld zijn vier onafhankelijke dimensies – lengte, breedte, hoogte en tijd – tijdens de oerknal uitgevouwen; in het standaard model voor de oerknal wordt uitgegaan van 8 tot 11 dimensies die zijn uitgevouwen, omdat hiermee goed bruikbare uitkomsten lijken te ontstaan. Dit standaard model is gebaseerd op een wiskundig model dat op een aantal punten redelijk sluitend is, maar niet eensluidend kan worden bewezen omdat er nog veel teveel onduidelijkheden zijn.

Stel nu dat vanuit de oorsprong van de oerknal buiten ons bevattingsvermogen – dus buiten de voor ons waarneembare dimensies – er twee keer zoveel dimensies tegelijkertijd zijn ontvouwen: er is dan op hetzelfde moment vanuit dezelfde oorsprong van ons eigen heelal een tweede heelal parallel ontvouwen.

cabali yau veelvlak
 
[32]

Op dezelfde manier kunnen drie keer zoveel, vier keer zoveel tot oneindig keer zoveel dimensies zijn ontvouwen, die evenzoveel parallelle heelallen opleveren. Er is geen enkele wiskundige regel die verbiedt om de eenheidsmatrix van vier, naar 8 tot 11 dimensies uit te breiden en vervolgens naar een veelvoud – tot aan oneindig toe – van dit aantal.

Matrices
 
[33]

Daarbij is het ook goed mogelijk dat – naast het hele kleine punt dat de oorsprong is van ons heelal – er in de onbepaalde leegte op vele andere punten zich parallelle heelallen hebben ontvouwen en gaan ontvouwen. Deze parallelle heelallen zijn – net als ons heelal – naast elkaar overal gelijkmatig uitgedijd. Dit uitdijen kan – nagenoeg identiek aan ons heelal – met kleine kwantummechanische fluctuaties hebben plaatsgevonden of met een verschillende omvang van uitdijing net als ballonnen die naast elkaar op nagenoeg identieke manier (of met een verschillende omvang) worden opgeblazen, waarbij de lege ruimte ongeveer evenveel wordt opgeblazen waardoor de ballonnen elkaar in theorie niet zullen hinderen bij het uitdijen. De kwantummechanische kleine verschillen bij de oorsprong zorgen voor waarneembare verschillen tijdens het verder uitdijen. Voor zover ik weet, wordt nergens verhinderd dat er buiten ons eigen heelal oneindig veel kernen voor andere heelallen kunnen bestaan, die oorsprong kunnen zijn voor een oneindig aantal andere soortgelijke oerknallen.   

Vele bollen in grid

[34]

Wanneer er vele universa kunnen ontstaan en weer kunnen verdwijnen – sequentieel en/of parallel binnen de oorsprong van ons heelal of, sequentieel en/of parallel vanuit oorsprongen buiten ons universum –, dan is er ook heel goed een selectie van “trial and error” en daarmee een “survival of the fittest” mogelijk binnen het ontstaan en verdwijnen van universa. Er is dus een evolutie mogelijk onder universa die overeenkomt met de evolutieleer – herontdekt door Darwin [35] – of deze evolutieleer zelfs overtreft, omdat er oneindig veel mogelijkheden zijn in plaats van eindig mogelijkheden in ons eindig universum”, zegt Carla.

“Wanneer er oneindig veel mogelijkheden zijn, dan kan volgens mij alles – ergens en op een bepaald moment – blijven bestaan en dan vindt er geen selectie plaats waardoor minder levensvatbare vormen zouden moeten afvallen”, zegt Man.

“Jij hebt volkomen gelijk, op voorwaarde dat ieder van de oneindige universa die ontstaan, ook  voldoende ruimte krijgen en er oneindig veel energie – en daarmee materie – aanwezig is. Maar voor zover ik snel overzie, zijn er tenminste twee mogelijkheden tot selectie die worden veroorzaakt door kleine kwantummechanische fluctuatie bij de oorsprong – in dit model tijdens de afzonderlijke oerknallen – die later grote en vergaande gevolgen hebben voor de ontplooiing en het voortbestaan van de universa.

Allereerst kan er tijdens het begin te weinig ruimte zijn voor de hoeveelheid energie om volgens plan te kunnen ontplooien; hierdoor ontstaat er een andere vorm en/of samenstelling van materie dan verwacht zou mogen worden. De ene vorm kan duurzamer of levensvatbaarder zijn voor nageslacht van navolgende universa, dan de andere vorm. Er kan ook teveel ruimte zijn voor de hoeveelheid energie, waardoor de energie sneller uitdooft en het universum als een slappe ballon oneindig blijft bestaan en dus geen nakomelingen oplevert en zal verstarren in een levenloze kilte. Zelfs deze levenloze kilte met een temperatuur op bijna het absolute nulpunt, kent nog veel veranderingen.    

Door kwantummechanische fluctuaties kan de verdeling van energie over de heelallen na verloop van tijd aanmerkelijk gaan variëren, waardoor de ene vorm meer levensvatbaar is voor nakomelingschap.

Wanneer er oneindig aantal mogelijkheden zijn, kunnen er ook oneindig veel – kleine – verschillen gaan ontstaan: een vorm van oneindig kan zich veel sneller gaan ontwikkelen dan de andere vorm. Hierbij kan de verdeling van energie aanmerkelijk meer wordt toegediend aan voorkeursvormen dan aan andere vormen, waardoor de voorkeursvormen zich steeds sneller gaan ontwikkelen en sneller tot ontplooiing kunnen komen. De andere vormen kunnen in oneindig stappen naar een bepaald eindige waarde groeien ”, zegt Carla.

“Nu ik deze uitleg heb gehoord, begrijp ik jouw aarzeling bij iedere vorm van oorsprong beter. En ineens schiet mij de vraag te binnen: wilde jij op dit onderwerp aan de TU Delft gaan afstuderen? [36]”, vraagt Man aan Carla.

“Voor een deel: indertijd was ik nog zeker niet zover. Ik heb de ontwikkelingen op dit onderwerp bijgehouden. Later zijn er een aantal nieuwe inzichten bijgekomen, die ik toen nog niet voor ogen had”, zegt Carla.

“Hoe zie jij de wet van behoud van energie tijdens het ontstaan van ons heelal?”, vraagt Peter aan Carla.

“Voor zover mij bekend, zijn er nog nooit afwijkingen gevonden van de wet van behoud van energie. Alle afwijkingen zijn op papier tot nu toe altijd te herleiden tot rekenfouten of tot observatiefouten. Ik denk dat jij vraagt waar de ontstellende energie bij het begin van de oerknal vandaan komt?”, vraagt Carla aan Peter.

“Ja, dat is eigenlijk mijn vraag”, zegt Peter.

“Een eenvoudige verklaring voor de energie die de oerknal heeft veroorzaakt, is het samenkomen van materie en antimaterie na een inkrimping van een heelal tot een miniem punt door de zwaartekracht. Of beter: materie krimpt door de zwaartekracht aan de ene kant langs een positieve tijdslijn en antimaterie krimpt door de zwaartekracht aan de andere kant langs de negatieve tijdslijn, om op een punt kleiner dan de Planck ruimte bij elkaar te komen om daarna in fractie van een fractie van de kleinste tijdseenheid te annihileren en daarna te ontvouwen en expanderen via kwantumfluctuaties volgens dezelfde dimensies, of misschien wel te ontvouwen via andere dimensies.

Een andere verklaring is weer samenkomen van alle materie/energie binnen ons heelal op een miniem punt dat kleiner is dan de Planck ruimte. De materie/energie wordt zodanig samengeperst door de zwaartekracht, dat iedere vorm van materie, energie en straling weer homogeen wordt. Totdat de samengebalde inwendige energie van het totale heelal het karakter van massa verlies en er nog alleen straling en energie overblijft; de andere mogelijkheid is dat inwendige energie de zwaartekracht te boven gaat en het homogene punt uiteenspat in een oerknal en het heelal opnieuw ontstaat.    

De natuurkundige John Archibald Wheeler heeft hierover – volgens een quote in een boek – gezegd:

“No point is more central then this, that empty space is not empty.
It is the seat of the most violent physics”
[37]

Het ontstaan van de eerste oerknal is in nevelen gehuld en vraagt om alle verbeeldingskracht die wij kunnen opbrengen of deze gebeurtenis gaat onze verbeeldingskracht zelfs te buiten. Ik moet hierbij denken aan de beschrijving van Dante’s Vagevuur:  

Verbeeldingskracht, jij die ons vele malen
Belette op (het ontstaan van) de wereld acht te slaan
Al schalde er een duizendtal cimbalen.

Wat drijft jou, buiten onze zinnen, aan?
Een lichtflits, in de hemel vormgegeven,
Vanzelf of door de wil van God ontstaan
. [38]

Misschien kunnen wij een ander keer hierop terugkomen, want het is al laat. Volgens mij is er ook een verband met jouw vraag over kwantum mechanica”, zegt Carla.

“Ik ga nu slapen, want ik ben moe. Ik wens jullie een goede nachtrust toe”, zegt Man.

“Welterusten”, zeggen Carla, Ferdinand, en Peter tegen Man.

Zij schenken de laatste wijn in hun glazen.

“Jij bent vanavond wel op dreef met jouw uitleg van het ontstaan van de heelal”, zegt Peter tegen Carla.

“Ik heb gemerkt dat ik wat doordraaf, maar als ik aan het uitleggen ben, dan maak ik mij geen zorgen over Man. Hij is vanavond snel moe en ik heb de indruk dat hij nog niet goed aan de warmte is gewend. Ik merk zelf ook dat het overdag warm is, maar ’s-avonds leef ik weer op”, zegt Carla.

“Man heeft heel bewust voor deze reis gekozen, terwijl hij weet dat zijn gezondheid zwak is. Wanneer hij tussentijds extra rust nodig heeft, dan zullen Man en ik de rondreis onderbreken en een rustplaats zoeken”, zegt Ferdinand.

“Gelukkig ben jij als arts bij ons om over zijn gezondheid te waken”, zegt Peter.

“Dit stelt mij maar een beetje gerust. Ik ga mij ook klaar maken voor de nacht, want morgen moeten wij weer vroeg op. Welterusten”, zegt Carla.

“Welterusten”, zeggen Ferdinand en Peter.

 

 

[1] Bron: Zee, A, Einstein Gravity in a Nutshell. Princeton and Oxford: Princeton University Press, 2013, p. XIII

[2] Zie ook: https://nl.wikipedia.org/wiki/Masai_Mara

[3] Bron afbeelding: https://nl.wikipedia.org/wiki/Masai_%28volk%29

[4] Bron afbeelding: https://en.wikipedia.org/wiki/Maasai_people

[5] Bron: Harrison, Edward, Cosmology – The Science of the Universe (2nd Edition). Cambridge: Cambridge University Press: 2013, p. 138. “All places are alike: this cosmological principle declares that apart from local irregularities the universe is the same everywhere.”

[6] Foto van de Krabnevel die is ontstaan uit de explosie van een supernova. Een supernova is een ster die een aantal keren zwaarder is dan de zon, en aan het einde van haar leven als ster is gekomen. De supernova heeft niet voldoende energie meer om haar omvang te behouden en implodeert onder invloed van de zwaartekracht van de grote eigen massa. Deze implosie duurt ruim een maand waarbij de supernova net zoveel energie en materie uitstraalt totdat weer een nieuwe stabiele afgekoelde toestand ontstaat. De witte punten rondom de Krabnevel zijn sterren.

Zie ook: https://nl.wikipedia.org/wiki/Supernova
Bron afbeelding: https://en.wikipedia.org/wiki/Crab_Nebula

[7] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Topology

[8] De klaverbladknoop is de eenvoudigste niet-triviale knoop, zie ook:  https://en.wikipedia.org/wiki/Trefoil_knot. Bron afbeelding: https://en.wikipedia.org/wiki/Topology

[9] Bijvoorbeeld: de Constante van Planck, of de Constante van Dirac voor de energie van een foton, zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Planck_constant of de Dirac delta functie, zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Dirac_delta_function

[10] Een voorbeeld van een Calibi-Yau veelvlak. Dit type veelvlakken zijn toegepast in de snaartheorie. Bron afbeelding: https://de.wikipedia.org/wiki/Calabi-Yau-Mannigfaltigkeit

[11] Zie ook: https://nl.wikipedia.org/wiki/Snaartheorie

[12] Bron afbeelding: https://en.wikipedia.org/wiki/Bud

[13] Zie: https://en.wikipedia.org/wiki/Michelson%E2%80%93Morley_experiment

[14] Zie ook: https://nl.wikipedia.org/wiki/Entropie

[15] Zie ook: Origo, Jan van, Wie ben jij – een verkenning van ons bestaan – deel 2.3 – Leegte. Amsterdam: Omnia – Amsterdam Uitgeverij,  2015, p. 61 en 63

[16] Titel van een populair wetenschappelijk boek over dit onderwerp: Greene, Brian, The Elegant Universe – Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory. New York: W.W. Norton & Company, 2003

[16a] See also: Booker, Christopher, The seven basic Plots – Why we tell stories. London: Continuum, 2010 and Lewis-Williams, David & Pearce, David, Inside the neolithic Mind – Conscious, Cosmos and the Realm of Gods. London: Thames & Hudson, 2009

[17] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Richard_Feynman

[18] Bron: Taylor, Edwin F., Wheeler, John Archibald, Spacetime Physics – Introduction to special relativity; second edition. New York: W.F. Freeman and Company, 1992, p. 1

[19] Bron afbeelding: https://nl.wikipedia.org/wiki/Astronomie

[20] Bron: Weinberg, Steven. The First Three Minutes – A modern view of the Origin of the Universe. New York: Basic Books, 1993, p. 101 - 121

[21] Zie: https://en.wikipedia.org/wiki/Feynman_diagram

[22] Bron: https://en.wikipedia.org/wiki/Feynman_diagram

[23] Bron: Harrison, Edward, Cosmology – The Science of the Universe (2nd Edition). Cambridge: Cambridge University Press: 2013, p. 433

[24] De beschrijving van de eerste drie seconden van ons heelal en de eerste 10 miljoen jaren waarin de eerste levende wezens zijn ontstaan, is in eigen bewoording overgenomen uit:  Weinberg, Steven. The First Three Minutes – A modern view of the Origin of the Universe. New York: Basic Books, 1993, p. 101 - 121

[25] Bron afbeelding: https://en.wikipedia.org/wiki/Big_Bang

[26] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Conway's_Game_of_Life

[27] Zie ook: Harrison, Edward, Cosmology – The Science of the Universe (2nd Edition). Cambridge: Cambridge University Press: 2013, Chapter 18

[28] Zie ook: Harrison, Edward, Cosmology – The Science of the Universe (2nd Edition). Cambridge: Cambridge University Press: 2013, p. 370 figure 18.15

[29] Zie ook de houtsnede Möbius II uit 1963 van M. C. Escher via: http://www.mcescher.com/gallery/recognition-success/mobius-strip-ii/

[30] Bron afbeelding: https://en.wikipedia.org/wiki/M%C3%B6bius_strip

[31] Bron afbeelding: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Monkey-typing.jpg

[32] Vanuit drie dimensies bezien: voorbeeld van 6 assen die zijn ontvouwen vanuit één oorsprong. Bron afbeelding: https://simple.wikipedia.org/wiki/Calabi-Yau_manifold

[33] Bron afbeelding: https://en.wikipedia.org/wiki/Identity_matrix

[34] Bron afbeelding: https://www.quora.com/What-do-string-theorists-mean-when-they-say-extra-dimensions-are-rolled-up-tightly

[35] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/On_the_Origin_of_Species

[36] Zie ook: Narayana, Narrator, Carla Drift – Een Buitenbeentje, Een Biografie. Amsterdam: Omnia – Amsterdam Uitgeverij, 2012, p. 43 - 50

[37] John Harrison, M.  Space – A Haunting. London: Gollancz, 2012, p. 2

[38] Dante “Purgatorio” XVII.13-18; vertaling uit: Dante Alighieri, De goddelijk komedie. Amsterdam: Atheneum – Polak & Van Gennep, 2008, p. 282

Soortgelijk

Taxonomy