Heeft het universum altijd al bestaan? Een nieuwe theorie haalt alles overhoop! Vergeet wat je dacht te weten over het begin van alles. Misschien was er namelijk helemaal geen begin. Klinkt dat als pure sciencefiction? Welkom: precies daar, op het grensvlak tussen harde wetenschap en wildste verbeelding, raken we aan de meest verrassende inzichten!
Sciencefiction of pure wetenschap?
- In deze bijzondere ontdekkingshoek gaat het niet alleen om wetenschap, maar worden wetenschap én sciencefiction samengebracht.
- Hier duiken we in artikelen vol verrassende vragen (en soms antwoorden!) die je niet alleen slimmer maken, maar ook doen dromen – en die droomt toch graag?
Het vraagstuk van het begin: hebben we het altijd misgehad?
De aanleiding voor deze denkoefening: een gloednieuwe studie van twee natuurkundigen, Bruno Valeixo Bento van de Universiteit van Liverpool en Stav Zalel van het Blackett Laboratorium van het Imperial College in Londen. Decennialang proberen wetenschappers het mysterie van het ontstaan van het universum te ontrafelen. Wat blijkt? Wellicht hoeven we het moment waarop alles begon niet te zoeken – misschien was er nooit een écht begin.
Een specifieke aanpak binnen de zoektocht naar een zogeheten kwantumzwaartekracht, de ‘causale verzamelingen theorie’, zet ons denken volledig op zijn kop. Deze theorie suggereert dat ons universum… altijd al heeft bestaan! Juist ja, eindeloos terug, tot in het oneindige verleden, waar het pas recentelijk is geëvolueerd naar wat wij als het begin zien: de Big Bang.
Twee fundamenten en een probleem genaamd singulariteit
Het moderne begrip van het universum leunt op twee grote pijlers:
- Kwantumfysica: beschrijft drie van de vier fundamentele natuurkrachten (elektromagnetisme, zwakke en sterke kernkracht).
- Algemene relativiteitstheorie: de krachtigste en meest complete beschrijving van zwaartekracht ooit, waarin zwaartekracht een kromming in ruimte-tijd is, afhankelijk van energiedichtheid.
Maar… waar zit de kneep? De algemene relativiteitstheorie faalt op twee bijzondere plekken: het centrum van zwarte gaten en bij het ‘begin’ van het universum, beter bekend als de singulariteiten. Op deze plekken stort ons begrip van de natuurkunde compleet in; de zwaartekracht wordt er buitensporig groot, juist op microscopisch kleine lengteschalen.
Fysici proberen dit te omzeilen én relativering en kwantummechanica te verenigen, door een theorie van kwantumzwaartekracht te bedenken. Daarmee willen ze fenomenen verklaren waarin enorme massa’s of energieën samenkomen op minuscule ruimte. Hieruit kwamen verschillende benaderingen voort: superzwaartekracht, snaartheorie, en ook de causale verzamelingen theorie.
Causale verzamelingen: het universum als LEGO-set
De meeste natuurkundigen denken dat ruimte en tijd continue, vloeiende dimensies zijn. Dat betekent: elk punt kan oneindig dicht bij een ander punt liggen. De causale verzamelingen theorie kiest echter voor een radicaal ander pad. Zij stelt:
- Ruimte-tijd is niet continu, maar fundamenteel discreet (ja, als een groot kosmisch bouwpakket!).
- Verbanden tussen gebeurtenissen zijn verbonden via een deels geordende structuur: de causale relaties tussen ruimte-tijd-gebeurtenissen.
- Op een bepaald niveau zou er een fundamentele eenheid van ruimte-tijd bestaan – het element waaruit alles is opgebouwd.
Deze visie dwingt harde grenzen af: twee gebeurtenissen kunnen nooit dichter bij elkaar zijn dan de omvang van zo’n fundamenteel ruimte-tijd-deeltje (‘atoom’). Geen ruimte tot oneindige compressie meer!
Precies dat vond Bruno Bento zo fascinerend: “Ik was opgetogen dat deze theorie niet alleen zo fundamenteel mogelijk wil zijn, maar tijd ook een centrale rol geeft,” verklaarde hij aan Live Science.
Hier speelt tijd niet zomaar de rol van teller in het theater van het universum – het doorstromen ervan is daadwerkelijk fysiek, geen fantasie of illusie uit ons brein gevangen. In deze theorie groeit een causale verzameling één eenheid per keer, stapje voor stapje. Wat dit doet? Het elimineert het probleem van de singulariteit bij de Big Bang. Materie kan namelijk nooit tot een puntje geperst worden dat kleiner is dan zo’n eenheid van ruimte-tijd. Dus: geen oneindige dichtheid, geen beginpunt waarin alles wordt opgepropt!
Zonder dat initiële singulariteitspunt, hoe moeten we ons het begin van het universum dan voorstellen? In een recent gepubliceerde preprint onderzoeken Bento en Zalel of een begin wel noodzakelijk is. Hun bevinding: misschien heeft het universum nooit één startpunt gehad en is het simpelweg altijd al geweest. Bento zegt: “In de oorspronkelijke formulering ontwikkelt een causale verzameling zich uit het niets tot het universum van nu. In ons werk is er echter geen Big Bang als begin, want de causale verzameling is oneindig naar het verleden, er was dus altijd ‘iets’.” De Big Bang zoals wij die kennen? Slechts een bijzonder moment in deze evolutie!
Tot slot: er blijft genoeg te onderzoeken voor de nieuwsgierige natuurkundigen onder ons. Want of deze causale benadering zonder oerknal daadwerkelijk in staat is de complexe evolutie van het universum tijdens de Big Bang te beschrijven, dat zal nog moeten blijken. Intussen dromen én denken we vrolijk verder – want zelfs zonder beginpunt is een goede vraag altijd het perfecte startschot voor het avontuur.
