Zal het universum voor altijd uitdijen of uiteindelijk in een klein stipje vallen?
Een paper die in juni werd gepubliceerd, suggereerde dat oneindige uitbreiding onmogelijk was volgens een belangrijke natuurkundetheorie - een vermoeden dat enorme golven veroorzaakte in de natuurkundegemeenschap.
'Mensen worden er heel emotioneel over, want als het waar is en ontdekt, zou het spectaculair zijn', zegt Timm Wrase, natuurkundige aan de Technische Universiteit van Wenen.
Nu hebben Wrase en zijn collega's een afzonderlijke studie gepubliceerd die een enorm gat in dat argument prikt, wat betekent dat een steeds groter wordend universum nog niet kan worden uitgesloten.
Donkere energie en kosmische expansie
Ons universum is doordrongen van een enorme, ongeziene kracht die de zwaartekracht lijkt te weerstaan. Natuurkundigen noemen deze kracht donkere energie en men denkt dat het ons universum voortdurend naar buiten duwt.
Maar in juni publiceerde een groep natuurkundigen een paper in het voorgedrukte tijdschrift arXiv, wat suggereert dat donkere energie in de loop van de tijd verandert. Dit betekent dat het universum niet voor altijd zal uitdijen, maar uiteindelijk zou kunnen instorten tot het formaat dat het was vóór de oerknal.
Vrijwel onmiddellijk ontdekten natuurkundigen echter problemen met de theorie: verschillende onafhankelijke groepen publiceerden vervolgens artikelen met voorstellen voor herzieningen van het vermoeden. Nu, een paper gepubliceerd op 2 oktober in het tijdschrift Physical Review D suggereert dat, zoals het er nu uitziet, het oorspronkelijke vermoeden niet waar kan zijn omdat het het bestaan van het Higgs-deeltje niet kan verklaren - waarvan we weten dat het bestaat, dankzij de Large Hadron Collider, de enorme deeltjesbotser op de grens tussen Frankrijk en Zwitserland.
Toch, met een beetje theoretisch tweaken, zou het vermoeden van het instortende universum nog steeds levensvatbaar kunnen zijn, vertelde Wrase, een co-auteur van het nieuwe Physical Review D-artikel, aan WordsSideKick.com.
Hoe verklaren we alles wat ooit heeft bestaan?
De snaartheorie, ook wel de theorie van alles genoemd, is een wiskundig elegant maar experimenteel onbewezen kader voor het verenigen van Einsteins theorie van algemene relativiteitstheorie met de kwantummechanica. De snaartheorie suggereert dat alle deeltjes waaruit het heelal bestaat niet echt stippen zijn, maar eendimensionale snaren die trillen - en de verschillen in die trillingen stellen ons in staat het ene deeltje als foton en het andere als elektron te zien.
Om snaartheorie een levensvatbare verklaring voor het universum te laten zijn, moet deze echter donkere energie bevatten.
Stel je deze donkere energie voor als een bal in een landschap van bergen en valleien die de hoeveelheid potentiële energie vertegenwoordigt die het heeft, zei Wrase. Als een bal op de top van de berg staat, kan hij stil zijn, maar hij kan met de minste verstoring naar beneden rollen en is dus onstabiel. Als de bal in een vallei zit, verandert of beweegt hij niet, heeft hij weinig energie en verblijft hij in een stabiel universum, want zelfs bij een sterke druk zou hij terug de vallei in rollen.
Snaartheoretici gingen er lang van uit dat donkere energie constant en onveranderlijk is in het universum. Met andere woorden, het nestelde zich in de valleien tussen bergen, rolde niet van de bergtoppen en veranderde dus niet in de tijd, zei Wrase.
Maar het vermoeden dat in juni naar voren is gebracht, suggereert dat het landschap, om de snaartheorie te laten werken, geen bergen of valleien boven zeeniveau heeft. (In deze opvatting staat ons universum boven zeeniveau - wat metaforisch het punt markeert waarop donkere energie het universum begint samen te trekken of het universum uit elkaar duwt.)
Het landschap is eerder een lichte helling en de bal van donkere energie rolt steeds naar beneden. 'Terwijl het naar beneden rolt, wordt de donkere energie steeds kleiner', zei Wrase. 'De hoogte van de bal komt overeen met de hoeveelheid donkere energie in ons universum.'
In deze theorie zou donkere energie uiteindelijk onder de zeespiegel kunnen komen en het universum weer samen kunnen trekken naar zijn pre-oerknalvorm.
Maar er is maar één probleem, zei Wrase.
'We hebben laten zien dat zulke onstabiele bergtoppen moeten bestaan', zei hij. Dat komt omdat we weten dat het Higgs-deeltje bestaat. En we hebben experimenteel bewezen dat de Higgs-deeltjes op deze bergtoppen of 'onstabiele universums' kunnen voorkomen en met de minste aanraking kunnen worden verstoord, zei hij.
Moeilijkheden met de stabiliteit van universums
Cumrun Vafa, een snaartheoreticus aan Harvard en vanaf juni senior auteur van het vermoedenartikel, vertelde WordsSideKick.com in een e-mail dat het oorspronkelijke vermoeden inderdaad "moeite heeft met onstabiele universa". Dit nieuwe artikel en een paar andere laten dit probleem zien, voegde hij eraan toe. Maar er zijn verschillende artikelen die kleine herzieningen van het vermoeden voorstellen die nog steeds voldoen aan de beperkingen die Wrase en zijn team hebben voorgesteld, zei hij.
Zelfs in het herziene vermoeden 'zouden we niet in een stabiel universum zijn, maar zouden de dingen veranderen', zei Wrase. De herziening zegt dat bergtoppen kunnen bestaan, maar stabiele valleien niet, zei hij. (Stel je de vorm voor van een paardenzadel). De bal moet uiteindelijk gaan rollen en donkere energie moet in de tijd veranderen, voegde hij eraan toe. Maar 'als het vermoeden verkeerd is, dan zou de donkere energie constant kunnen zijn, zouden we in een vallei tussen twee bergen zitten', en het universum zou zich blijven uitbreiden.
Binnen 10 tot 15 jaar hoopt hij dat satellieten die nauwkeuriger de uitdijing van het heelal meten, ons kunnen helpen begrijpen of donkere energie constant is of verandert.
Vafa was het daarmee eens. 'Dit zijn opwindende tijden in de kosmologie en hopelijk zien we de komende jaren experimenteel bewijs voor de verandering van de donkere energie in ons universum', zei hij.
