Noot van de redacteur: het artikel 'Het universum kan 250 keer groter zijn dan wat waarneembaar is' leidde tot een flinke discussie onder onze lezers, waarbij verschillende suggereerden dat de UT een reeks artikelen over kosmologie zou moeten hebben - een kosmologie 101, als je wilt. Onze nieuwste schrijfster, Vanessa D'Amico, die het bovengenoemde artikel schreef, begint vandaag aan de Cosmology 101-serie, te beginnen bij het begin.
Hoe is het universum ontstaan? Het is een van de meest prangende vragen in de kosmologie, en waarschijnlijk zal het nog een tijdje bestaan. Hier zal ik beginnen met uit te leggen wat wetenschappers denken dat ze weten over de eerste vormende seconden van het leven van het universum. Meer dan waarschijnlijk is het verhaal niet helemaal wat je zou denken.
In het begin was er ... nou, we weten het niet echt. Een van de meest voorkomende misvattingen in de kosmologie is dat het universum begon als een immens kleine, onvoorstelbaar dichte verzameling materiaal die plotseling explodeerde, waardoor er ruimte ontstond zoals wij die kennen. Er zijn een aantal problemen met dit idee, niet in het minst de veronderstelling die impliciet is in een gebeurtenis die de 'big bang' wordt genoemd. In feite 'knalde' niets. Het idee van een explosie doet denken aan een uitdijende stroom materiaal, die geleidelijk de ruimte eromheen vult; maar toen ons universum werd geboren, was er geen ruimte. Er was ook geen tijd. Er was geen vacuüm. Er was letterlijk niets.
Toen werd het universum geboren. Extreem hoge energieën tijdens de eerste 10-43 seconden van zijn leven maken het voor wetenschappers erg moeilijk om iets overtuigends te bepalen over de oorsprong van de kosmos. Natuurlijk, als kosmologen gelijk hebben over wat ze denken dat er daarna is gebeurd, maakt het natuurlijk niet zoveel uit. Volgens de inflatietheorie, op ongeveer 10-36 seconden, het universum onderging een periode van exponentiële expansie. In een kwestie van een paar duizendsten van een seconde is de ruimte opgeblazen met een factor van ongeveer 1078, wat snel de aangrenzende gebieden scheidde door onpeilbare afstanden en kleine kwantumfluctuaties in het weefsel van de ruimtetijd opblaast.
Inflatie is om een aantal redenen een aansprekende theorie. Allereerst verklaart het waarom we waarnemen dat het universum op grote schaal homogeen en isotroop is - dat wil zeggen, het ziet er in alle richtingen en voor alle waarnemers hetzelfde uit. Het verklaart ook waarom het universum er visueel vlak uitziet in plaats van gebogen. Zonder inflatie vereist een plat universum een uiterst nauwkeurig afgestemde reeks beginvoorwaarden; inflatie maakt van deze verfijning echter een schaalvergroting. Een bekende analogie: de grond onder onze voeten lijkt plat te zijn (ook al weten we dat we op een bolvormige planeet leven) omdat wij mensen zo veel kleiner zijn dan de aarde. Evenzo is het opgeblazen universum zo enorm vergeleken met ons lokale gezichtsveld dat het ruimtelijk vlak lijkt.
Zoals de theorie luidt, maakte het einde van de inflatie plaats voor een universum dat iets meer leek op het universum dat we vandaag waarnemen. De vacuümenergie die de inflatie veroorzaakte, veranderde plotseling in een ander soort energie - het soort dat elementaire deeltjes zou kunnen creëren. Op dit moment (slechts 10-32 seconden na de geboorte van het heelal), was de omgevingstemperatuur nog veel te hoog om uit deze deeltjes atomen of moleculen te bouwen; maar naarmate de seconden verstreken, breidde de ruimte zich uit en koelde af tot het punt waarop quarks konden samenkomen en protonen en neutronen konden vormen. Hoogenergetische fotonen bleven rondschieten, voortdurend opvallende en opwindende geladen protonen en elektronen.
Dus wat gebeurde er daarna? Hoe werd deze chaotische soep van materie en straling de enorme uitgestrektheid van georganiseerde structuur die we vandaag zien? Wat gaat er in de toekomst met het universum gebeuren? En hoe weten we dat dit de manier is waarop het verhaal zich ontvouwde? Bekijk de volgende afleveringen van Cosmology 101 voor de antwoorden op deze vragen en meer!
