Big Bang, leeggelopen? Universum heeft misschien geen begin gehad

Als een nieuwe theorie waar blijkt te zijn, is het universum misschien niet met een knal begonnen.

In de nieuwe formulering was het universum nooit een singulariteit of een oneindig klein en oneindig dicht punt van materie. In feite heeft het universum helemaal geen begin.

"Onze theorie suggereert dat de leeftijd van het universum oneindig zou kunnen zijn," zei mede-onderzoeker Saurya Das, een theoretisch fysicus aan de Universiteit van Lethbridge in Alberta, Canada.

Het nieuwe concept zou ook kunnen verklaren wat donkere materie - de mysterieuze, onzichtbare substantie waaruit het grootste deel van het universum bestaat - feitelijk is gemaakt, voegde Das eraan toe. [The Big Bang to Civilization: 10 Amazing Origin Events]

Volgens de Big Bang-theorie werd het universum ongeveer 13,8 miljard jaar geleden geboren. Alle materie die vandaag de dag bestaat, werd eens gepropt in een oneindig dicht, oneindig klein, ultra heet punt dat een singulariteit wordt genoemd. Deze kleine vuurbal explodeerde toen en gaf aanleiding tot het vroege universum.

De singulariteit komt voort uit de wiskunde van Einstein's theorie van algemene relativiteitstheorie, die beschrijft hoe massa ruimte-tijd vervormt, en een andere vergelijking (Raychaudhuri's vergelijking genoemd) die voorspelt of het traject van iets in de tijd zal convergeren of divergeren. Teruggaand in de tijd, volgens deze vergelijkingen, was alle materie in het universum eens in een enkel punt - de Big Bang-singulariteit.

Maar dat is niet helemaal waar. In de formulering van Einstein breken de wetten van de natuurkunde zelfs voordat de singulariteit is bereikt. Maar wetenschappers extrapoleren achteruit alsof de fysica-vergelijkingen nog steeds bestaan, zei Robert Brandenberger, een theoretische kosmoloog aan de McGill University in Montreal, die niet betrokken was bij de studie.

"Dus als we zeggen dat het universum met een big bang begint, hebben we echt niet het recht om dat te zeggen," vertelde Brandenberger aan Live Science.

Er zijn andere problemen bij het brouwen in de natuurkunde, namelijk dat de twee meest dominante theorieën, kwantummechanica en algemene relativiteit niet met elkaar in overeenstemming kunnen worden gebracht.

De kwantummechanica zegt dat het gedrag van kleine subatomaire deeltjes fundamenteel onzeker is. Dit staat op gespannen voet met Einsteins algemene relativiteit, die deterministisch is, wat betekent dat zodra alle natuurlijke wetten bekend zijn, de toekomst volledig vooraf bepaald is door het verleden, zei Das.

En geen van beide theorieën legt uit wat donkere materie is, een onzichtbare vorm van materie die een aantrekkingskracht uitoefent op de gewone materie, maar die door de meeste telescopen niet kan worden opgespoord.

Das en zijn collega's wilden een manier om op zijn minst een aantal van deze problemen op te lossen. Om dit te doen, keken ze naar een oudere manier om de kwantummechanica, de Bohmiaanse mechanica, te visualiseren. Daarin bepaalt een verborgen variabele het bizarre gedrag van subatomaire deeltjes. In tegenstelling tot andere formules van de kwantummechanica, biedt het een manier om het traject van een deeltje te berekenen.

Met behulp van deze ouderwetse vorm van de quantumtheorie berekenden de onderzoekers een kleine correctieterm die zou kunnen worden opgenomen in de algemene relativiteitstheorie van Einstein. Toen kwamen ze erachter wat er in een diepe tijd zou gebeuren. [8 manieren waarop je de relativiteitstheorie van Einstein in het echte leven kunt zien]

Het resultaat? In de nieuwe formulering is er geen singulariteit en het universum is oneindig oud.

Een manier om de kwantumcorrectieterm in hun vergelijking te interpreteren is dat deze gerelateerd is aan de dichtheid van donkere materie, zei Das.

Als dat zo is, kan het universum worden gevuld met een superfluïde gemaakt van hypothetische deeltjes, zoals de zwaartekracht dragende deeltjes bekend als gravitons, of ultra-koude, spookachtige deeltjes bekend als axions, zei Das.

Een manier om de theorie te testen is om te kijken hoe donkere materie wordt verspreid in het universum en kijk of het overeenkomt met de eigenschappen van de voorgestelde superfluïde, zei Das.

"Als onze resultaten overeenkomen met die, zelfs bij benadering, is dat geweldig," vertelde Das Live Science.

De nieuwe vergelijkingen zijn echter slechts één manier om kwantummechanica en algemene relativiteit met elkaar te verzoenen. Een deel van de snaartheorie, dat bekend staat als snaargaskosmologie, voorspelt bijvoorbeeld dat het universum eens een langdurige statische fase had, terwijl andere theorieën voorspelden dat er ooit een kosmisch 'stuiteren' was, waarbij het universum eerst samentrok tot het een zeer kleine grootte, begon toen uit te breiden, zei Brandenberg.

Hoe dan ook, het universum was ooit heel, heel klein en heet.

"Het feit dat er op zeer vroege tijden een hete vuurbal is: dat wordt bevestigd," vertelde Brandenberg aan Live Science. "Wanneer je helemaal terug probeert te gaan naar de singulariteit, dan ontstaan ​​de problemen."

De nieuwe theorie werd uitgelegd in een artikel dat op 4 februari werd gepubliceerd in het tijdschrift Physical Letters B, en een ander artikel dat momenteel wordt beoordeeld door een peer review, gepubliceerd in het preprint-tijdschrift arXiv.