Onderzoekers hebben een model ontwikkeld van een krimpend universum dat bestond vóór de oerknal. Klik om te vergroten
The Big Bang beschrijft hoe het universum 13,7 miljard jaar geleden begon als een enkel punt, en sindsdien is uitgebreid, maar het verklaart niet wat er daarvoor is gebeurd. Onderzoekers van Penn State University zijn van mening dat er sporen van bewijs in ons huidige universum zouden moeten zijn die gebruikt zouden kunnen worden om terug te kijken voor de oerknal. Volgens hun onderzoek was er een samentrekkend universum met een vergelijkbare ruimte-tijdgeometrie als ons expanderende universum. Het universum stortte in en 'stuiterde' als de oerknal.
Volgens de algemene relativiteitstheorie van Einstein vertegenwoordigt de oerknal het begin, het grootse evenement waarbij niet alleen materie maar ook ruimte-tijd zelf werd geboren. Hoewel klassieke theorieën vóór dat moment geen aanwijzingen geven over het bestaan, heeft een onderzoeksteam van Penn State kwantumzwaartekrachtberekeningen gebruikt om threads te vinden die naar een eerdere tijd leiden. "Algemene relativiteit kan worden gebruikt om het universum te beschrijven tot een punt waarop de materie zo dicht wordt dat de vergelijkingen niet standhouden", zegt Abhay Ashtekar, houder van de Eberly Family Chair in Physics en directeur van het Institute for Gravitational Physics. en geometrie bij Penn State. "Na dat punt moesten we kwantumtools toepassen die niet beschikbaar waren voor Einstein." Door kwantumfysica te combineren met algemene relativiteitstheorie, konden Ashtekar en twee van zijn postdoctorale onderzoekers, Tomasz Pawlowski en Parmpreet Singh, een model ontwikkelen dat via de oerknal traceert naar een krimpend universum dat fysica vertoont die lijkt op de onze.
In onderzoek gerapporteerd in het huidige nummer van Physical Review Letters, laat het team zien dat er vóór de oerknal een samentrekkend universum was met ruimte-tijdgeometrie dat anders vergelijkbaar is met dat van ons huidige uitbreidende universum. Toen de zwaartekracht dit vorige universum naar binnen trok, bereikte het een punt waarop de kwantumeigenschappen van de ruimtetijd de zwaartekracht eerder afstotend dan aantrekkelijk maakten. "Met behulp van kwantummodificaties van Einsteins kosmologische vergelijkingen hebben we aangetoond dat er in plaats van een klassieke oerknal in feite een kwantumstuiter is", zegt Ashtekar. "We waren zo verrast door de bevinding dat er een ander klassiek, pre-Big Bang-universum is dat we de simulaties met verschillende parameterwaarden gedurende meerdere maanden herhaalden, maar we ontdekten dat het Big Bounce-scenario robuust is."
Hoewel het algemene idee van een ander universum dat bestond vóór de oerknal eerder is voorgesteld, is dit de eerste wiskundige beschrijving die systematisch het bestaan ervan vaststelt en eigenschappen van ruimte-tijdgeometrie in dat universum afleidt.
Het onderzoeksteam gebruikte lusquantumzwaartekracht, een toonaangevende benadering van het probleem van de eenwording van algemene relativiteit met kwantumfysica, die ook werd gepionierd door het Penn State Institute of Gravitational Physics and Geometry. In deze theorie heeft de ruimtetijd-geometrie zelf een discrete ‘atomaire’ structuur en is het bekende continuüm slechts een benadering. Het weefsel van de ruimte is letterlijk geweven door eendimensionale kwantumdraden. Bij de oerknal wordt deze stof met geweld gescheurd en wordt de kwantumaard van geometrie belangrijk. Het maakt de zwaartekracht sterk afstotend, waardoor de Big Bounce ontstaat.
'Ons eerste werk gaat uit van een homogeen model van ons universum', zegt Ashtekar. “Het heeft ons echter vertrouwen gegeven in de onderliggende ideeën van de kwantumzwaartekracht van de lus. We zullen het model blijven verfijnen om het universum zoals we het kennen beter weer te geven en om de kenmerken van kwantumzwaartekracht beter te begrijpen. ”
Het onderzoek werd gesponsord door de National Science Foundation, de Alexander von Humboldt Foundation en het Penn State Eberly College of Science.
Oorspronkelijke bron: PSU-persbericht
