Zal het heelal eindigen met een knal of een piep? Een paar theoretische natuurkundigen hebben een derde weg voorgesteld: misschien zal het heelal nooit eindigen.
In een studie die probeert de aard van donkere energie te definiëren — een mysterieus fenomeen waarvan gedacht wordt dat het ervoor zorgt dat het heelal elk moment sneller en sneller uitdijt — vinden de natuurkundigen dat kosmische expansie niet altijd een gegeven is. Integendeel, schrijven zij, donkere energie kan periodiek in- en uitschakelen, waarbij de kosmos soms groeit en soms krimpt, totdat de voorwaarden voor een nieuwe oerknal en de geboorte van een nieuw universum aanwezig zijn;
De grote ontsnapping
Ons universum beleeft momenteel een fase van op hol geslagen expansie: de kosmos wordt elk moment sneller groter. Kosmologen begrijpen de oorzaak van deze versnelling, die zij donkere energie noemen, niet. Als deze versnelling aanhoudt, zal ons heelal uiteindelijk uitdijen tot vergetelheid, waarbij alle materie en straling uit elkaar worden gerukt.
Dit zou niet de eerste periode van op hol geslagen groei zijn. In de vroegste momenten van de oerknal waren de energieën en dichtheden zo extreem dat de bestaande fysica dit niet aankan — zij voorspelt een singulariteit, een punt van oneindige dichtheid waar de wiskunde het begeeft. Daarna kende het heelal een periode van ongelooflijk snelle expansie die bekend staat als inflatie, die ook slecht begrepen wordt.
Astronomen vragen zich al lang af of deze twee fasen van versnelde expansie — één in de vroegste momenten van de oerknal en één in het huidige tijdperk — met elkaar verbonden zijn, en of een entiteit die beide aanstuurt het probleem van de oerknal singulariteit vermijdt.
Dynamische demonen
Om dat te beantwoorden hebben twee theoretische natuurkundigen 7 februari een studie gepubliceerd in de preprint database arXiv (opent in nieuw tabblad) waarin een model van het heelal wordt onderzocht waarin donkere energie altijd een rol heeft gespeeld. Eerder onderzoek modelleerde donkere energie die op verschillende momenten werd "aangezet" om de kosmische uitdijing aan te drijven, maar het nieuwe onderzoek stelt een realistischer model voor dat materie en straling omvat.
Zij wilden zien of donkere energie een Oerknal-singulariteit kan vermijden, de inflatie kan aanjagen en het late heelal kan versnellen. Om die initiële singulariteit te vermijden, kan het heelal niet beginnen vanuit een punt van oneindige dichtheid. In plaats daarvan zou het universum waarin wij leven er een moeten zijn in een oneindige reeks van herhaalde "Big Bounces".
In dit scenario drijft donkere energie het heelal aan tot het een bepaalde grootte bereikt. Maar dan transformeert de donkere energie zichzelf, waardoor het heelal gedwongen wordt samen te trekken. De kosmos krijgt dan een flinke knauw, maar vlak voordat een toestand van oneindige dichtheid wordt bereikt, draait de donkere energie zich weer om, waardoor een periode van ongelooflijk snelle inflatie aanbreekt en de cyclus opnieuw begint.
Een fijn afgesteld mechanisme
De onderzoekers vonden een model van donkere energie dat de trifecta uitvoerde. Maar cruciaal is dat materie en straling niet aanwezig konden zijn in het extreem vroege heelal, anders verpestten ze de inflatie. In plaats daarvan moesten materie en straling verschijnen vlak na de inflatie, toen een deel van de donkere energie verviel en het heelal overspoelde met licht en materie;
Hoewel de onderzoekers aanvankelijk succes hadden, konden zij geen generieke klasse van donkere-energiemodellen vinden die altijd tot dezelfde resultaten leiden. In plaats daarvan moesten zij kunstmatig een kleinere waarde voor de huidige versnelde expansie invoeren dan de kwantummechanica voorspelt om precies de juiste uitkomst te krijgen.
Dit nieuwe onderzoek wijst echter in een veelbelovende richting en biedt een levensvatbaar platform om modellen als deze verder te onderzoeken. De mens is niet per se voorbestemd om in een koude, lege kosmos te leven, want donkere energie zou zich in de verre toekomst anders kunnen gedragen. Alleen verder onderzoek kan ons uiteindelijke lot aan het licht brengen;
