Wat gebeurde er vóór de oerknal? Het conventionele antwoord op die vraag is meestal: 'Er bestaat niet zoiets als' voor de oerknal '. Dat was het evenement waarmee het allemaal begon. Maar het juiste antwoord, zegt natuurkundige Sean Carroll, is: "We weten het gewoon niet." Carroll, evenals vele andere natuurkundigen en kosmologen, zijn begonnen na te denken over de mogelijkheid van tijd vóór de oerknal, evenals over alternatieve theorieën over hoe ons universum is ontstaan. Carroll besprak dit soort 'speculatief onderzoek' tijdens een toespraak tijdens de American Astronomical Society Meeting vorige week in St. Louis, Missouri.
'Dit is een interessante tijd om kosmoloog te worden', zei Carroll. 'We zijn zowel gezegend als vervloekt. Het is een gouden eeuw, maar het probleem is dat het model dat we van het universum hebben geen zin heeft. "
Ten eerste is er een voorraadprobleem, waarbij 95% van het universum niet is geregistreerd. Kosmologen hebben dat probleem schijnbaar opgelost door donkere materie en donkere energie te verzinnen. Maar omdat we materie hebben 'gecreëerd' om in de gegevens te passen, betekent dit niet dat we de aard van het universum begrijpen.
Een andere grote verrassing over ons universum zijn de feitelijke gegevens van het WMAP-ruimtevaartuig (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) dat de kosmische microgolfachtergrond (CMB), de 'echo' van de oerknal, heeft bestudeerd.
"De WMAP-momentopname van hoe het vroege universum eruitzag, laat zien dat het heet, dicht en glad [lage entropie] is over een groot gebied van de ruimte", zei Carroll. "We begrijpen niet waarom dat het geval is. Dat is een nog grotere verrassing dan het voorraadprobleem. Ons universum ziet er gewoon niet natuurlijk uit. " Carroll zei dat staten van lage entropie zeldzaam zijn, plus van alle mogelijke initiële omstandigheden die hadden kunnen evolueren naar een universum als het onze, heeft de overgrote meerderheid een veel hogere entropie, niet lager.
Maar het meest verrassende fenomeen over het universum, zei Carroll, is dat dingen veranderen. En het gebeurt allemaal in een consistente richting van verleden naar toekomst, door het hele universum.
'Het heet de pijl van de tijd', zei Carroll. Deze pijl van tijd komt uit de tweede wet van de thermodynamica, die entropie oproept. De wet stelt dat gesloten systemen altijd veranderen van orde naar wanorde in de tijd. Deze wet is fundamenteel voor natuurkunde en astronomie.
Een van de grote vragen over de beginvoorwaarden van het universum is waarom de entropie zo laag begon? 'En lage entropie bij de oerknal is verantwoordelijk voor alles over de pijl van de tijd', zei Carroll. 'Leven en dood, geheugen, de stroom van tijd.' Gebeurtenissen gebeuren in volgorde en kunnen niet worden teruggedraaid.
"Elke keer dat je een ei breekt of een glas water morst, doe je observationele kosmologie", zei Carroll.
Daarom moeten we, om onze vragen over het universum en de pijl van de tijd te beantwoorden, misschien overwegen wat er vóór de oerknal is gebeurd.
Carroll stond erop dat dit belangrijke zaken zijn om over na te denken. 'Dit is niet alleen recreatieve theologie', zei hij. 'We willen een verhaal over het universum dat logisch is. Als we dingen hebben die verrassend lijken, zoeken we naar een onderliggend mechanisme dat een puzzel begrijpelijk maakt. Het universum met lage entropie is een aanwijzing voor iets en we moeten eraan werken om het te vinden. '
Op dit moment hebben we geen goed model van het universum en de huidige theorieën beantwoorden de vragen niet. Klassieke algemene relativiteitstheorie voorspelt dat het universum begon met een singulariteit, maar het kan niets bewijzen tot na de oerknal.
Inflatietheorie, die een periode van extreem snelle (exponentiële) expansie van het universum voorstelt tijdens de eerste paar momenten, helpt niet, zei Carroll. 'Het maakt het entropieprobleem alleen maar erger. Inflatie vereist een theorie van beginvoorwaarden. '
Er zijn ook andere modellen, maar Carroll stelde voor en leek het idee te steunen van multi-universa die steeds 'baby'-universums creëren. 'Ons waarneembare universum is misschien niet het hele verhaal', zei hij. "Als we deel uitmaken van een groter multiversum, is er geen maximale entropie-evenwichtstoestand en wordt entropie geproduceerd door het creëren van universums zoals de onze."
Carroll besprak ook nieuw onderzoek dat hij en een team van natuurkundigen hebben gedaan, en bekeek opnieuw de resultaten van WMAP. Carroll en zijn team zeggen dat uit de gegevens blijkt dat het universum 'scheef' is.
Metingen van WMAP laten zien dat de fluctuaties in de microgolfachtergrond aan de ene kant van de lucht ongeveer 10% sterker zijn dan aan de andere kant.
Een verklaring voor dit 'zwaar-aan-een-heel universum' zou zijn als deze fluctuaties een structuur vertegenwoordigen die overblijft van het universum dat ons universum heeft voortgebracht.
Carroll zei dat dit allemaal zou worden geholpen door een beter begrip van de kwantumzwaartekracht. 'Quantumfluctuaties kunnen nieuwe universums opleveren. Als thermische fluctuatie in een stille ruimte kan leiden tot babyuniversa, zouden ze hun eigen entropie hebben en universums kunnen blijven maken. '
Toegegeven, - en Carroll benadrukte dit punt - elk onderzoek naar deze onderwerpen wordt op dit moment over het algemeen als speculatie beschouwd. 'Niets van dit alles staat vast,' zei hij. 'Ik durf te wedden dat dit niet klopt. Maar hopelijk kan ik over tien jaar terugkomen en je vertellen dat we alles hebben uitgezocht. "
Toegegeven, als schrijver doet het geen goed om Carrolls toespraak en ideeën in een kort artikel samen te vatten. Bekijk Carroll's kijk op deze ideeën en meer op zijn blog, Cosmic Variance. Lees ook een geweldige samenvatting van Carroll's toespraak, geschreven door Chris Lintott voor de BBC. Ik denk nu al meer dan een week na over het gesprek van Carroll en het nadenken over het begin van de tijd - en zelfs dat er misschien tijd voor tijd is - heeft voor een interessante en boeiende week gezorgd. Of die tijd mij naar voren of naar achteren heeft gebracht in mijn begrip valt nog te bezien!
