Oerknal model - Vincent Icke

Het oerknal model trekt deze waarnemingen door in het absolute, en stelt simpelweg: hel heelal bevat geen enkele structuur.

Zo blijkt dat het heelal van gisteren er precies zo uitziet als vandaag, be-
halve dat de gemiddelde afstanden overal iets kleiner waren.

Omdat het oerknalheelaI geen structuur bevat, heeft elk punt evenveel recht om als middel-
punt beschouwd te worden.

Kortom, een tijd 1./H geleden waren alle afstanden in het heelal nul op dar ogenblik bevatte het heelal geen ruimte en de dichtheid van materie en energie was oneindig hoog. De grootte
van H kan worden gemeten en daaruit blijkt dat de tijd ongeveer 15 miljard jaar is.

De uitdijing die op de oerknal volgde wordt beschreven door slechts twee getal
len: het getal van Hubble en het getal Omega.

Om de zwaartekracht daartussen te overwinnen is energie nodig, die ten koste gaat van de uitdijingssnelheid. Het getal Omega is gelijk aan 1 in een heelal waarvan de uitdijing oneindig lange tijd precies tot nul is terugelopen. Is Omega groter dan 1, dan zal het heelal op den duur weer gaan samentrekken. Omega kleiner dan 1 betekent dat het heelal altijd zal blijven uitdijen.

Als je op zijn aller kortst zou moeten sa-menvatten wat we nu ècht van de natuur
weten, dan kunnen we zeggen: ons heelal- bestaat uit deeltjes, ruimte en tijd. Ruim-
te en tijd zijn bouwstof, een soort cement tussen de bakstenen van de deeltjes. Aan
dat idee heeft Einstein vorm gegeven in zijn algemene relativiteitstheorie GRT

Ook geeft de GRT de ge-volgen van die structuur, ruw gezegd: `ge:
kromde ruimte geeft gekromde banen'. We kennen die verschijnselen onder de
historische naam `zwaartekracht'.
 

In het oerknal model zeggen we: laat die deeltjes maar even weg en vervang ze door
een perfect gladde soep van massa-ener-gie. Dan kunnen we het heelal beschrij-
ven door de GRT in een vorm die vrijwel volmaakt blijkt te zijn.
Het eerste succes is de regel van Hubble; de roodverschuiving van het spectrum
van een ver verwijderd sterrenstelsel neemt toe met de afstand
 

Daaruit besluiten we dat er ooit een strijd geweest moet zijn dat het heelal heter en
compacter was dan in het centrum van een ster. In sterren kleven atoomkernen
aaneen. Bij die kernfusie komt energie vrij, en zo stralen de Zon en de andere
sterren. Bijgevolg moet er ook in het jonge heelal kernfusie geweest zijn, waarbij
uit het lichte element waterstof zwaarde-re elementen, zoals deuterium en helium,
zijn gemaakt.

de belangrijkste conclusies is, dat Omega ongeveer gelijk is aan 0,2: het heelal zal
dus altijd blijven uitdijen.

Om serieus geno-men re worden moet een model ook een voorspelling doen. De belangrijkste voorspelling in het model is, dat de hete fase van de oerknal nog zichtbaar moet zijn.

alsof de Zon een harde rand heeft, zo ook is het heelal voorbij die schijnbare grens niet doorschijnend voor straling. Dus: als het oerknalmodel klopt verwacht je dat de hele hemel in lichterlaaie staat. Maar waarom is het 's nachts dan donker; Wel, het is helemaal niet donker. Dat lijkt alleen maar zo, omdat het: heelal uitdijt. Daardoor zien we die temperatuur niet als 6000 maar als 2,7 graden boven het absolute nulpunt. Zo worden we omringd door een zee van straling die niet met het blote oog zichtbaar is, maar wel in het gebied der millimeter-golven. Als uw oog zo gevoelig was als een radiotelescoop zoudt u verblind worden door de gloed van de oerknal.

helaas worden in populaire geschriften steeds weer de verkeerde plekken aangewezen als zwakheden, in hoofdzaak: donkere materie,

Wat die donkere materie is, weten we niet. Uit de berekeningen aan nucleosynthese leiden we af dat het misschien heel vreemd spul is, dat niet lijkt op de gewone 'baryonische' materie waaruit u, ik en de sterren zijn gebouwd.

Het getal van Hubble kan bepaald worden door de snelheden en afstanden van een groot aantal sterrenstelsels te meten, De meest waarschijnlijke waarde is 13 kilometer per seconde per miljoen lichtjaar, wat overeenkomt met een leeftijd van 15
miljard jaar.

Ruimte-tijd beschrijven we met Einsteins GRT en het oerknalmodel.
Maar de deeltjes – elementaire deeltjes, atomen, sterren én sterrenstelsels – had-
den we voor het gemak even verwaarloosd.

Op zeer kleine schaal, een miljardste meter en minder, geld de quantum velden -
theorie (quantum field theory, QFT) Berekeningen voor elementaire deeltjes
als elektronen en fotonen zi n de nauwkeurigste in de hele natuurkunde, maar
tot dusver is nog niemand erin geslaagd de QFT in overeenstemming te brengen
met de GRT.

We kunnen zelfs uitrekenen waar het misgaat. De tegenwoordige natuurkunde
is goed toepasbaar tussen heden en een tijd 10-15 (een triljoenste) seconde na de
oerknal .Tussen die tijd en 10-30 seconde kunnen we nog wel wat sleutelen. Maar
op kortere tijden gaat het moeizaam, en voor tijden korter dan to 10-43, de Planck-
tijd, hebben we geen enkel houvast meer.

HET GEWICHT VAN DE RUIMTE,
De GRT en de QFT zijn geweldig goed op hun eigen terrein. Maar als we die twee samenbrengen en de theorie van de zwaartekracht toepassen op de lege ruimte, zoals gezien vanuit het standpunt van elementaire deeltjes, klopt er niets meer van. Onzichtbare deeltjes in het vacuum , die spontaan ontstaan en weer vergaan, leveren een gigantische bijdrage
aan de dichtheid van massa-energie: 10-118, dat is 1 met 18 nullen, maal de maximale
waarde die door kosmologische waarnemingen wordt toegestaan.
We komen tot de onthutsende conclusie dat het samenvoegen van GRT en QFT vereist dat de lege' ruimte buitensporig zwaar moet zijn. Kosmologische waarnemingen sluiten dat uit.

WANHOOP ZONDER WAN
Zo'n monumentale tegenspraak tussen twee bijzonder goede theorieën betekent
dat je een enorm stuk natuurkunde mist.

Zelfs als QFT en GRT wel tot samenleven kunnen worden gedwongen blijft er nog een kosmisch mysterie over: waarom is her heelal op grote schaal homogeen en isotroop?

Sterker nog: waarom einden we in ver uiteen gelegen stukken van het heelal dezelfde natuurwetten en constanten, ondanks de afwezigheid van direct contact? Ik denk dat dat contact er geweest moet zijn. Dat maakt het echte raadsel, het Raadsel van Tijd Nul alleen maar groter en is voor mij de grootste bron van onrust over het oerknalmodel. Maar daarmee is het ook de grootste uitdaging.