De oerknal wordt algemeen beschouwd als het begin van alles: ongeveer 13,8 miljard jaar geleden ging het waarneembare universum boom en uitgegroeid tot zijn.
Maar hoe was het voor de oerknal?
Kort antwoord: we weten het niet. Lang antwoord: het kan een heleboel dingen zijn geweest, elk op zijn eigen manier.
In het begin
Het eerste dat u moet begrijpen, is wat de oerknal eigenlijk was.
"The Big Bang is een moment in de tijd, geen punt in de ruimte", zegt Sean Carroll, een theoretisch natuurkundige aan het California Institute of Technology en auteur van "The Big Picture: On the Origins of Life, Meaning and the Universe Itself" (Dutton, 2016).
Het is dus mogelijk dat het universum bij de oerknal piepklein of oneindig groot was, zei Carroll, omdat er geen manier is om terug te kijken in de tijd naar de dingen die we vandaag niet eens kunnen zien. Alles wat we echt weten is dat het heel, heel dicht was en dat het heel snel minder dicht werd.
Als uitvloeisel is er echt niets buiten het universum, omdat het universum per definitie alles is. Dus bij de oerknal was alles dichter en heter dan het nu is, maar er was niet meer een 'buitenkant' dan vandaag. Hoe verleidelijk het ook is om een goddelijk standpunt in te nemen en je voor te stellen dat je in een leegte zou kunnen staan en naar het opgefokte babyuniversum zou kijken vlak voor de oerknal, dat zou onmogelijk zijn, zei Carroll. Het universum breidde zich niet uit in de ruimte; ruimte zelf uitgebreid.
'Het maakt niet uit waar je bent in het universum, als je jezelf 14 miljard jaar terug traceert, kom je op een punt waar het extreem heet, dicht en snel uitbreidend was', zei hij.
Niemand weet precies wat er in het universum gebeurde tot 1 seconde na de oerknal, toen het universum voldoende was afgekoeld om protonen en neutronen te laten botsen en bij elkaar te houden. Veel wetenschappers denken dat het universum tijdens die eerste seconde een proces van exponentiële expansie heeft doorgemaakt, inflatie genaamd. Dit zou de structuur van de ruimte-tijd hebben gladgestreken en zou kunnen verklaren waarom materie tegenwoordig zo gelijkmatig in het universum is verdeeld.
Voor de knal
Het is mogelijk dat het universum vóór de oerknal een oneindig stuk ultrahot, dicht materiaal was, dat in een stabiele toestand bleef totdat, om een of andere reden, de oerknal plaatsvond. Dit extra dichte universum is mogelijk geregeerd door de kwantummechanica, de fysica van de uiterst kleine schaal, zei Carroll. De oerknal zou dan het moment zijn geweest waarop de klassieke fysica het overnam als de belangrijkste motor van de evolutie van het universum.
Voor Stephen Hawking was dit moment het enige dat telde: vóór de oerknal, zei hij, zijn gebeurtenissen onmeetbaar en dus ongedefinieerd. Hawking noemde dit het voorstel zonder grenzen: tijd en ruimte, zei hij, zijn eindig, maar ze hebben geen grenzen of begin- of eindpunten, net zoals de planeet aarde eindig is maar geen rand heeft.
"Aangezien gebeurtenissen vóór de oerknal geen waarnemingsgevolgen hebben, kan men ze net zo goed uit de theorie halen en zeggen dat de tijd bij de oerknal begon", zei hij in een interview op de National Geographic-show "StarTalk" in 2018.
Of misschien was er nog iets anders vóór de oerknal dat het overwegen waard was. Een idee is dat de oerknal niet het begin van de tijd is, maar eerder dat het een moment van symmetrie was. In dit idee, vóór de oerknal, was er een ander universum, identiek aan dit universum, maar met entropie die toeneemt naar het verleden in plaats van naar de toekomst.
Toenemende entropie, of toenemende wanorde in een systeem, is in wezen de pijl van tijd, zei Carroll, dus in dit spiegeluniversum zou tijd in tegenstelling tot tijd in het moderne universum verlopen en zou ons universum in het verleden zijn. Voorstanders van deze theorie suggereren ook dat andere eigenschappen van het universum in dit spiegeluniversum zouden worden omgedraaid. Fysicus David Sloan schreef bijvoorbeeld op de Science Blog van de University of Oxford dat asymmetrieën in moleculen en ionen (chiraliteiten genoemd) in tegengestelde oriëntaties zouden zijn dan wat ze in ons universum zijn.
Een verwante theorie stelt dat de oerknal niet het begin van alles was, maar eerder een moment waarop het universum overging van een periode van contractie naar een periode van expansie. Deze 'Big Bounce'-gedachte suggereert dat er oneindig veel Big Bangs kunnen zijn naarmate het universum uitzet, krimpt en weer uitzet. Het probleem met deze ideeën, zei Carroll, is dat er geen verklaring is waarom of hoe een uitdijend universum zou samentrekken en terugkeren naar een toestand met lage entropie.
Carroll en zijn collega Jennifer Chen hebben hun eigen pre-Big Bang-visie. In 2004 suggereerden de natuurkundigen dat het universum zoals we dat nu kennen misschien wel het nageslacht is van een ouderuniversum waaruit een beetje ruimte-tijd is verdwenen.
Het is alsof een radioactieve kern vervalt, zei Carroll: wanneer een kern vervalt, spuugt hij een alfa- of bètadeeltje uit. Het ouderuniversum zou hetzelfde kunnen doen, behalve dat het in plaats van deeltjes, babyuniversa uitspuugt, misschien oneindig. 'Het is gewoon een kwantumfluctuatie waardoor het kan gebeuren', zei Carroll. Deze baby-universums zijn 'letterlijk parallelle universums', zei Carroll, en hebben geen interactie met of beïnvloeden elkaar niet.
Als dat allemaal nogal trippy klinkt, is het - omdat wetenschappers nog geen manier hebben om terug te kijken naar zelfs het moment van de oerknal, laat staan wat eraan voorafging. Er is echter ruimte om te verkennen, zei Carroll. De detectie van zwaartekrachtsgolven door krachtige galactische botsingen in 2015 opent de mogelijkheid dat deze golven kunnen worden gebruikt om fundamentele mysteries over de uitdijing van de universa in die eerste cruciale seconde op te lossen.
Theoretische natuurkundigen hebben ook werk te doen, zei Carroll, zoals het maken van nauwkeurigere voorspellingen over hoe kwantumkrachten zoals kwantumzwaartekracht zouden kunnen werken.
'We weten niet eens wat we zoeken,' zei Carroll, 'totdat we een theorie hebben.'
