Hoe is het universum ontstaan?
Het is misschien wel het grootste Grote Mysterie en de wortel van alle andere. De grootste vragen van de mensheid - Hoe is het leven begonnen? Wat is bewustzijn? Wat is donkere materie, donkere energie, zwaartekracht? - daaruit voortkomen.
'Alle andere mysteries liggen stroomafwaarts van deze vraag', zegt Ann Druyan, de auteur en weduwe van astronoom Carl Sagan. 'Het maakt me uit omdat ik een mens ben en niet graag weet.'
Zelfs nu de theorieën die dit mysterie proberen op te lossen steeds complexer worden, worden wetenschappers achtervolgd door de mogelijkheid dat enkele van de meest cruciale schakels in hun redeneringsketen fout zijn.
Fundamentele mysteries
Volgens het standaard Big Bang-model werd het universum geboren tijdens een periode van inflatie die ongeveer 13,8 miljard jaar geleden begon. Als een snel expanderende ballon zwol hij binnen een fractie van een seconde op van een maat kleiner dan een elektron tot bijna zijn huidige grootte.
Aanvankelijk was het universum alleen doordrongen van energie. Een deel van deze energie stolt tot deeltjes, die zich samenvoegen tot lichte atomen zoals waterstof en helium. Deze atomen klonterden eerst in sterrenstelsels en vervolgens in sterren, in wier vurige ovens alle andere elementen waren gesmeed.
Dit is het algemeen overeengekomen beeld van de oorsprong van ons universum zoals afgebeeld door wetenschappers. Het is een krachtig model dat veel van de dingen verklaart die wetenschappers zien als ze omhoog in de lucht kijken, zoals de opmerkelijke gladheid van de ruimtetijd op grote schaal en de gelijkmatige verdeling van sterrenstelsels aan weerszijden van het universum.
Maar er zijn dingen aan dit verhaal die sommige wetenschappers ongemakkelijk maken. Om te beginnen kan het idee dat het universum vroeg in zijn geschiedenis een periode van snelle inflatie onderging niet rechtstreeks worden getest, en het berust op het bestaan van een mysterieuze vorm van energie in het begin van het universum dat allang is verdwenen.
"Inflatie is een buitengewoon krachtige theorie, en toch hebben we nog geen idee wat inflatie veroorzaakte of dat het zelfs maar de juiste theorie was, hoewel het buitengewoon goed werkt", zegt Eric Agol, astrofysicus aan de Universiteit van Washington.
Voor sommige wetenschappers is inflatie een onhandige toevoeging aan het Big Bang-model, een noodzakelijke complexiteit die wordt toegevoegd om het te laten passen bij waarnemingen. Dit zou niet de laatste toevoeging zijn.
'We hebben ook geleerd dat er donkere materie in het universum moet zijn, en nu donkere energie', zegt Paul Steinhardt, een theoretisch natuurkundige aan de Princeton University. 'Dus de manier waarop het model vandaag werkt, is dat je zegt:' Oké, je neemt wat Big Bang, je neemt wat inflatie, je stemt dat af op de volgende eigenschappen, en dan voeg je een bepaalde hoeveelheid donkere materie en donkere energie toe. ' Deze dingen zijn niet verbonden in een coherente theorie. '
Steinhardt maakt zich zorgen dat kosmologen meer optreden als ingenieurs dan als wetenschappers. Als een waarneming niet overeenkomt met het huidige model, bevestigen ze een ander onderdeel of sleutelen aan bestaande om te passen. De componenten zijn niet verbonden en er is geen reden om ze toe te voegen, behalve om observaties te matchen. Het is alsof je een oude auto probeert te repareren door nieuwe onderdelen toe te voegen van nieuwere maar verschillende modellen. Die onderdelen werken misschien op korte termijn, maar uiteindelijk heb je een nieuwe auto nodig.
Een tijdloos universum
Steinhardt werkte de afgelopen jaren samen met Anna Ijjas, een theoretisch natuurkundige aan de Harvard University, aan een radicaal alternatief voor het standaard Big Bang-model.
Volgens hun idee, stuiterende kosmologie genoemd, werd het universum niet slechts één keer geboren, maar mogelijk meerdere keren in eindeloze cycli van contractie en expansie. De theorie vervangt de "big bang" door een "big bounce", die periodes van contractie en uitdijing van het universum soepel met elkaar verbindt en veel van de problemen oplost die de inflatietheorie teisteren.
Het paar beweert dat hun ekpyrotische of 'cyclische' theorie niet alleen de inflatie zou verklaren, maar ook andere kosmische mysteries, waaronder donkere materie, donkere energie en waarom het universum lijkt uit te breiden met een steeds sneller wordende clip.
Hoewel controversieel, verhoogt de stuiterende kosmologie de mogelijkheid dat het universum tijdloos en zichzelf vernieuwend is. Het is een vooruitzicht dat misschien nog meer ontzag inboezemt dan een universum met een duidelijk begin en einde, want het zou betekenen dat de sterren aan de hemel, zelfs de oudste, als kortstondige vuurvliegjes zijn in het grote geheel van dingen.
"Ik hoop dat de inspanning van de samenleving voor wetenschappelijk onderzoek ons dichter bij de fundamentele waarheden brengt, en niet alleen een manier om nuttige hulpmiddelen te maken", zegt astronoom Richard Institute of Technology Richard Massey. 'Maar ik ben even bang om erachter te komen dat alles wat ik weet verkeerd is, en stiekem hoop ik van niet.'
Dit artikel is op 27 juni 2019 bijgewerkt door WordsSideKick.com-bijdrager Tim Childers.
