kosmologie

Donkere materie is alleen indirect waar te nemen. Zoalas hier door het zwaartekrachtslens-effect.

Massa van donkere materiedeeltjes nu veel nauwkeuriger

Laat een reactie achter / Ideeën, natuurkunde, Universum, Wetenschap / Door / 7 februari 2021

Theoretisch fysici hebben het mogelijke bereik voor de massa van donkere materiedeeltjes flink ingeperkt. Dit bereik blijkt veel kleiner dan voorspeld. Daardoor hoeven donkere-materiejagers maar met een beperkt aantal deeltjes rekening te houden.

Massa van donkere materiedeeltjes maximaal 20 maal zo groot als elektron

Bij hun berekeningen gingen de onderzoekers er van uit dat alleen de zwaartekracht op de deeltjes inwerkt. Ze berekenden dat de massa van de donkere materiedeeltjes tussen de 0,001 en 10 000 000 eV/c2 moet liggen. Om een indruk te geven: elektronen hebben een massa van 511 000 eV/c2, protonen en neutronen nog eens rond de duizend maal meer. Dat betekent dat de donkere materie-deeltjes maximaal 20 maal zo zwaar zijn als een elektron, of veel lichter

Dat klinkt als een enorme onzekerheid, en dat is het ook. Maar vergeleken met het eerdere massabereik – tussen de 10-24 eV en 1019 GeV (de Planck-massa, waarbij deeltjes direct ineenstorten tot een zwart gat), is dit een zeer sterke afname. Vergelijk een onzekerheid van een getal met vijftig cijfers, met die van tien cijfers. We weten nu bijvoorbeeld dat het hypothetische deeltje X ruim binnen het bereik van onze deeltjesversnellers ligt. Nu kunnen we ook veel gerichter zoeken. Deze schatting is een indrukwekkende prestatie, zeker als je bedenkt dat we alleen de massaverdeling van donkere materie kennen. En verder niets weten.

Kwantumzwaartekracht

Voor het stellen van deze grenzen is gebruik gemaakt van onze bestaande kennis over kwantumzwaartekracht. Dit laat zien dat donkere materie niet ‘ultralicht’ of ‘superzwaar’ kan zijn, zoals sommigen theoretiseren, tenzij er een nog onbekende extra kracht op inwerkt. Dit onderzoek helpt natuurkundigen op twee manieren: het perkt het zoekgebied voor donkere materie enorm sterk in, en het zal mogelijk ook helpen onthullen of er al dan niet een mysterieuze onbekende extra kracht in het universum is.[1]

Zowel de aanhangers van de snaartheorie, als van loop quantum gravity zijn het er over eens dat er iets als kwantumzwaartekracht bestaat. Een groep mensen, waaronder ik, heeft daar vraagtekens bij. En dus ook bij deze uitkomst. Mijn persoonlijke gevoel is, dat zwaartekracht in werkelijkheid de kwantumverstrengeling is tussen reële en virtuele deeltjes. Deze kwantumverstrengeling vermindert dan de vrijheidsgraden van virtuele deeltjes, dus lijkt ruimtetijd in te krimpen. Precies het effect dat je ziet door zwaartekracht. De theorie dat tijd voortkomt uit kwantumverstrengeling is overigens al onderwerp van serieus onderzoek.

De massa van donkere-materiedeeltjes is alleen indirect waar te nemen. Zoals hier door het zwaartekrachtslens-effect.
De massa van donkere materiedeeltjes is alleen indirect waar te nemen. Zoals hier door het zwaartekrachtslens-effect. De reden voor de ringen. Bron: NASA/Wikimedia Commons

Het zichtbare universum bestaat voor slechts vijf procent uit ‘normale’, baryonische materie. Vijfentwintig procent komt voor rekening van donkere materie, terwijl zeventig procent van de totale energie-inhoud van het universum uit donkere energie bestaat.

Bronnen

  1. X. Calmet en F. Kuipers, Theoretical bounds on dark matter masses, Physics Letters B, Volume 814, 10 March 2021, DOI: 10.1016/j.physletb.2021.136068

‘Zwart gat bevat Planck-ster’

1 reactie / natuurkunde, Universum, Wetenschap / Door / 26 april 2021

In zwarte gaten bevindt zich een punt van oneindige dichtheid, waar de natuurwetten eindigen. Zegt althans de algemene relativiteitstheorie. Onzin, zeggen enfant terrible natuurkundige Carlo Rovelli en collega Francesca Vidotto van de universiteit Nijmegen. In plaats daarvan vormt zich de ultieme barrière, de planckster.

Hoe ontstaat een zwart gat?
Onze aarde stort niet in tot een zwart gat. De reden is dat materie door kwantumeffecten zijn structuur behoudt. Deze kwantumeffecten overwinnen vereist een enorme druk. Een druk, die in het binnenste van de aarde niet  gehaald wordt, maar wel in ineenstortende sterren. Er zijn in feite meerdere stadia in het samendrukken van materie, die we hieronder zullen noemen.

In het eerste stadium wordt materie zo dicht op elkaar geperst dat atomen verdwijnen en de materie degenereert, verandert in een “elektronenvloeistof”, waarin atoomkernen omgeven worden door elektronen met een snelheid in de buurt van de lichtsnelheid. Elektronenvloeistof is zeer dicht: een theelepeltje weegt ongeveer een ton. Witte dwergen, het vermoedelijke eindstadium van de zon, bestaan uit deze elektronenvloeistof.

zwart-gat-nasa

Als de druk verder toeneemt, wat het geval is boven de Chandrasekharlimiet van 1,4 zonsmassa, wordt ook de elektronenvloeistof gekraakt. De enorme druk maakt dat het energiegunstiger is voor elektronen en protonen om te fuseren tot neutronen: neutronium. Neutronium is ongeveer zo dicht als atoomkernen. Een theelepel neutronium weegt zoveel als een berg, of een complete stad. Neutronensterren, die wij waar kunnen nemen als pulsars, bestaan uit neutronium. De complete massa van een ster van enkele zonsmassa’s  is dan samengebald in een bolletje van ongeveer twintig kilometer doorsnede. De Schwarzschildradius van deze massa is negen kilometer, niet veel kleiner dus. Er is inderdaad niet veel meer nodig om een neutronenster in elkaar te laten storten tot een zwart gat.

Nu naderen we de grens van de bekende kennis. Natuurkundigen denken dat er nog een verdere fase is: de quarkster. Ook neutronen bestaan namelijk uit samenstellende deeltjes, de quarks. Neutronen kunnen nog verder samengeperst worden tot ook zij degenereren en er een quark-gluonplasma ontstaat. Deze natuurkunde is nog slecht begrepen, omdat we deze omstandigheden alleen zeer moeizaam, in de Large Hadron Collider, kunnen nabootsen.

Op een gegeven moment komt er een fundamentele limiet, waarop de zwaartekracht zo hoog wordt dat zelfs licht niet meer kan ontsnappen. Er vormt zich een waarnemingshorizon en een zwart gat is geboren. Volgens de heersende theorieën is de zwaartekracht nu zo allesoverheersend dat niets de ineenstorting tot een enkel punt van oneindige dichtheid, de singulariteit, meer kan stoppen.

Een singulariteit is een rechtgeaarde natuurkundige een gruwel. Dat is namelijk een punt waarop de natuurwetten niet meer opgaan. Zie deze video.

Planckster
Volgens Rovelli is er een fundamentele limiet aan dichtheid, die te maken heeft met ruimtetijd zelf. Als een ster ineenstort tot het volume van een atoomkern, wordt de Planckdichtheid bereikt. Dit is c5/hG2, rond de 1093gram per kubieke centimeter. De dichtheid van het heelal na het verstrijken van de Plancktijd van 10-43 seconde. Dit zorgt voor een sterk afstotend effect. Het gevolg is dat de ster “terugveert” in een fractie van een seconde. Door de extreme tijdsvertraging in de buurt van zwarte gaten, lijkt dit proces voor een waarnemer buiten het zwarte gat vele miljarden jaren te kosten. Door Hawkingstraling is het zwarte gat dan al aan het verdampen. Rovelli denkt dat op deze manier zwarte gaten van voor de Big Bang het hebben kunnen overleven.

Stof om na te denken. Dit artikel dateert van 2014, maar ondertussen zijn m.b.v. de zwaartekrachtsgolfdetector LIGO zwarte gaten van plm. 30 zonsmassa’s aangetroffen. Dit zouden goed primordiale zwarte gaten kunnen zijn. Uit een periode van voor de Big Bang?

Bron
Carlo Rovelli en Francesca Vidotto, Planck Stars, ArXiv (2014)

De platte aarde, volgens gelovigen.

De platte aarde: is de aarde plat?

11 reacties / Analyses, Ideeën, Mensheid, Misvattingen, Psychologie, Visionair leven, Visionaire vragen, Wetenschap, Zonnestelsel / Door / 11 juli 2016

Terug van lang weggeweest: de platte aarde, deze keer vergezeld door de onvermijdelijke samenzweringstheorieën.
Youtube-filmmaker Vsauce maakte er dit amusante filmpje over.

De platte-aarde theorie

De platte-aarde aanhangers geloven dat we op een soort plat bord leven met een koepel er over heen. Zwaartekracht, aldus de platte-aarders, is onzin. (Uiteraard zat Sir Henry Cavendish, die de zwaartekracht tussen twee metalen bollen mat en zo g vaststelde ook in het complot).

De platte aarde, volgens gelovigen.
De platte aarde, volgens gelovigen.

Zelfs de middeleeuwers wisten beter

Al duizenden jaren, sinds de klassiek-Griekse tijd, om precies te zijn Pythagoras, is bekend dat de aarde bolvormig is. Met het befaamde experiment van Erastothenes (hij wist de afstand tussen de Egyptische steden Alexandrië en Syene, en mat de hoek van de schaduw in beide steden op het middaguur) slaagde deze hellenistische astronoom er in om de omtrek van de aarde vast te stellen. Zo was deze visie gemeengoed in de hellenistische wereld. Zelfs de rooms-katholieke kerk, niet bepaald een baken van verlichting erkende dit – denk aan de pauselijke zegening urbi et orbi, de stad en de wereld. Orbus is ook het Latijnse woord voor bol, en de “rijksappel”, die heerschappij over de wereld symboliseerde, was al in de Romeinse tijd (en ook in de middeleeuwen) een vast attribuut bij vorsten.

Ver verwijderd van de natuur

Interessant is de vraag waarom er alleen al in Nederland duizenden aanhangers van dit soort theorieën zijn, terwijl een beetje gezond verstand en logisch nadenken de theorie al kan verwerpen als onzinnig. Mijn persoonlijke theorie is dat dit komt omdat wij mensen steeds verder van de natuur zijn komen te staan. Ben je alleen in de natuur,niet omringd door gadgets, dan is niet te ontsnappen aan het ervaren van de natuurwetten. Alleen komen steeds minder mensen nog in aanraking met de natuur.

Hierdoor ontstaan er drie reacties. De eerste groep, de Makersbeweging, houdt zich intensief met wetenschap, techniek en experimenteel onderzoek bezig. Zo krijgen zij weer contact met de natuur. De tweede groep wil terug naar een eenvoudiger leven en houdt zich bezig met permacultuur en dergelijke. De derde groep wordt gevormd door mensen die zich afzetten tegen de gevestigde orde, waaronder ook de wetenschappelijke kennis van de natuur. De platte-aarders zijn een sprekend voorbeeld van deze groep.

Psychologische voordelen van de platte-aardetheorie

De drijfveer van de fanatieke aanhang van de platte-aardetheorie ligt ook in het blue-ocean voordeel. Je hoeft geen vijf jaren natuurkundestudie plus promotieonderzoek te doen om een miezerige voetnoot te kunnen toevoegen. Voor de platte-aarde theoreticus ligt er een enorme hoeveelheid aan experimenteel bewijs klaar om ontkracht te worden met gekunstelde redenaties. Niks tensormeetkunde, differentiaalvergelijkingen, Hamiltonianen en dat soort enge dingen. Een beroep doen op een wereldwijde samenzwering, met wat middelbare school wiskunde is voldoende om door mede-platte aarders gezien te worden als groot denker.
Verder vereist de platte-aarde “theorie”, dat je aan ongeveer alles wat je op school en via de media geleerd hebt, moet twijfelen en moet geloven in een wereldwijde samenzwering. Zo ongeveer iedereen lacht je uit, waardoor je als vanzelf de solidariteit van je mede-platte aarders opzoekt.

Voor de marketeers en sociologen onder onze lezers zijn hier wijze lessen uit te trekken.

Vormen zwarte gaten de poort naar een ander universum? Bron: NASA

Leven we in een zwart gat?

21 reacties / Ideeën, natuurkunde, Universum, Visionaire vragen, Wetenschap / Door / 29 december 2015

Een zwart gat is een astronomisch object, waarvan voorbij de waarnemingshorizon de zwaartekracht zo sterk is dat zelfs licht niet meer kan ontsnappen. Het is een plaats, waar de natuurwetten zoals we die kennen ophouden te bestaan. Maar wat als we zelf in een zwart gat leven?

Big Bang en singulariteit
Wiskundigen noemen iets een singulariteit, als op dit punt een functie zich ‘raar’, discontinu, gaat gedragen. Bijvoorbeeld omdat er gedeeld wordt door nul. De natuurkunde hangt van wiskunde aan elkaar, waardoor ook natuurkundigen het begrip ‘singulariteit‘ zijn gaan gebruiken voor punten in natuurkundige theorieën waarop oneindigheden optreden. Een bekend voorbeeld is het punt in een zwart gat, waarbinnen zich alle materie ophoopt, dat de singulariteit wordt genoemd. Volgens Einsteins Algemene Relativiteitstheorie is dit een punt met een grootte nul en oneindige dichtheid (al kan je met een ander coördinatenstelsel dit probleempunt ontwijken). Ook het heelal is naar alle waarschijnlijkheid begonnen als een dergelijk punt: de Big Bang. Dit heeft sommige kosmologen geïnspireerd om de vraag te tellen: wat als het heelal zoals wij dat kennen, het binnenste van een zwart gat is?

Vormen zwarte gaten de poort naar een ander universum? Bron: NASA
Vormen zwarte gaten de poort naar een ander universum? Bron: NASA

Zou het heelal in een zwart gat kunnen liggen?
Opmerkelijk genoeg: ja. Hiervoor moet je bedenken dat de waarnemingshorizon van elk zwart gat een diameter heeft, die evenredig is met de massa. Een zwart gat van twee aardmassa’s heeft dus een doorsnede (34 mm) die twee keer zo groot is als die van een zwart gat met die van de aarde (ongeveer 17 mm, de grootte van een twee-eurocentstuk). Een zwart gat met een zonsmassa is ongeveer 6 km in doorsnede. Dat klopt precies: de zon is enkele honderdduizenden keer zwaarder dan de aarde. Uiteraard is de dichtheid van het zonne-zwarte gat veel kleiner dan dat van de aarde. We kunnen doorgaan: als alle massa van de Melkweg, rond de biljoen (1.000.000.000.000) maal die van de zon, in een zwart gat zou worden gepropt, ontstaat een zwart gat groter dan het zonnestelsel. Wordt alle massa van het waarneembare heelal in een zwart gat gestort, dan is de waarnemingshorizon van het zwarte gat zo groot als: inderdaad, de rand van het waarneembare heelal…

Omgekeerde Big Bang
Het idee lijkt absurd. Toch is de structuur van ruimtetijd binnen een zwart gat zo vreemd, dat het heelal een vorm hiervan zou kunnen zijn (al wijkt dit type dan wel sterk af van de bekende Schwarzschild- en Kerr-oplossingen). De tijdpijl zou dan andersom lopen. Ben je eenmaal binnen de waarnemingshorizon, dan word je onherroepelijk de singulariteit ingezogen. Als je tegenstribbelt nog sneller. Net zoals de tijd vertraagt, als je snelheid de lichtsnelheid nadert. Als het zwarte gat zo groot is als het waarneembare heelal, zou het er binnen wel eens uit kunnen zien als in ons heelal. Het Einde der Tijden zou dan optreden aan de waarnemingshorizon. Of, volgens een nieuwe theorie van Stephen Hawking, is deze waarnemingshorizon een poort naar een ander heelal. Dit zou goed nieuws zijn. We kunnen dan als ons heelal ten dode is opgeschreven, ontsnappen, naar een nieuw, jong universum.

Meer informatie
Is the Big Bang a black hole?, Philip Gibbs, 1997
Black holes are a passway to another universe, says Stephen Hawking – The Independent, 2015

De Big Rip, of Grote Scheur. Het einde van het heelal?

Video: drie manieren om het heelal op te blazen

1 reactie / Ideeën, Mensheid, natuurkunde, Universum, Visionaire vragen, Wetenschap / Door / 27 december 2015

Uitgaande van onze tegenwoordige kennis zijn er drie mogelijke manieren waarop het heelal kan eindigen: de Big Freeze, de Big Rip en de Big Crunch. Wat deze begrippen betekenen, en wat ons waarschijnlijk in de verre toekomst te wachten staat weet je aan het einde van deze korte, maar interessante animatie.

Het heelal kan zo snel uit gaan zetten dat uiteindelijk de tijd stopt: de Big Rip. Het heelal kan blijven uitzetten, maar met een eindige snelheid: de Big Freeze, waarin alle sterren uit zijn gedoofd. Of het heelal stort in elkaar, omdat de zwaartekracht de uitzetting overwint: de Big Crunch.
Op dit moment wijst het voorhanden bewijs vooral op een Big Rip. De uitzettingssnelheid neemt namelijk steeds meer toe. Wel duurt het nog tientallen miljarden jaren voor het zover is. De zon is dan al een witte dwerg.
Zullen wij, of andere heelalbewoners, op tijd kunnen ontsnappen?

De Big Rip, of Grote Scheur. Het einde van het heelal?
De Big Rip, of Grote Scheur. Het einde van het heelal?

De waargenomen ring van gammaflitsen wijst op een structuur van vijf miljard lichtjaar doorsnee.

Vijf miljard lichtjaar grote ring grootste structuur ooit aangetroffen

5 reacties / Ideeën, Universum, Wetenschap / Door / 7 augustus 2015

Astronomen troffen een ring van gammaflitsen aan met een doorsnede van rond de vijf miljard lichtjaar. Deze ontdekking, die volgens mainstream kosmologische theorieën onmogelijk is, zet deze op zijn kop, zeggen de ontdekkers.

De structuur is ontdekt door een team van Hongaren en Amerikanen onder leiding van prof. Lajos Balász van het Konkoly Observatorium in Boedapest.

De waargenomen ring van gammaflitsen wijst op een structuur van vijf miljard lichtjaar doorsnee.
De waargenomen ring van gammaflitsen wijst op een structuur van vijf miljard lichtjaar doorsnee.

Het waarneembare heelal is honderd miljard lichtjaar in doorsnede en het heelal is, volgens recente schattingen, rond de 13,7 miljard jaar geleden ontstaan. Dat maakt wel duidelijk hoe absurd groot deze structuur is.

Gammaflitsen zijn extreem energierijke explosies,die in enkele seconden evenveel energie produceren als de zon in zijn gehele bestaan van tien miljard jaar. Astrofysici denken dat gammaflitsen ontstaan, as extreem zware sterren instorten tot zwart gat. Daarom kunnen gammaflitsen ook op miljarden lichtjaar afstand waargenomen worden en gebruiken astronomen gammaflitsen om de plaats van ver weg gelegen sterrenstelsels te bepalen.

Ring van gammaflitsen
De gammaflitsen die de nieuw ontdekte ring vormen, werden waargenomen door een groep satellieten en op aarde gebaseerde gammatelescopen. De plaatsen van oorsprong van de gammaflitsen lijken alle op een gelijke afstand van ons te staan – rond 7 miljard lichtjaar – in een cirkel met een doorsnede van 36 graden. Dat is meer dan zeventig maal de schijnbare doorsnede van de zon of de maan aan de hemel. Een werkelijk enorme structuur dus. Een eenvoudige berekening leert dan dat de ring een doorsnede van meer dan 5 miljard lichtjaar heeft. Volgens Balász is er minder dan 1:20.000 kans dat dit patroon door toeval ontstond. Als je door een bolschil heenkijkt, lijkt het op een ring. Planetaire nevels, bijvoorbeeld, zien er uit als ringen, maar zijn  in feite bolschillen gas van geëxplodeerde sterren. Het team denkt daarom dat het hier ook om een bolschilachtige structuur moet gaan.

Kosmologisch principe
Nu is er alleen een probleem. Volgens de bestaande kosmologische theorieën is deze ring tien maal zo groot als volgens standaard theorieën mogelijk is. De grootste structuren die in de kosmische achtergrondstraling werden gevonden, zijn maar een tiende van deze grootte. Het kosmologische principe stelt dat het heelal er overal ruwweg hetzelfde uitziet. Dat wil zeggen, dat als je bijvoorbeeld vijf miljard lichtjaar ver reist met oneindige snelheid en je kijkt om je heen, het heelal er ongeveer hetzelfde uitziet als hier.  Als er dergelijke structuren bestaan als dit, klopt dit niet meer.

Botsing met ander heelal?
Een mogelijkheid die niet geopperd is door Balász en zijn team, maar goed aan zou sluiten bij eerdere waarnemingen van enorme ringen, is een botsing met een ander heelal. Het heelal is volgens de heersende theorieën een vierdimensionale sfeer. Als het heelal bij het uitzetten botst met een ander heelal, zou de botsingszone er uitzien als een boloppervlak. Een fascinerende gedachte. Niet alleen dat er andere heelallen bestaan, maar ook dat we naar een ander heelal kunnen reizen.

Bron
L.G. Balász et al., A giant ring-like structure at 0.78 < z < 0.86 displayed by GRBs, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2015

Animatie van de laatste dagen van het heelal in een Big Crunch. Bron: Wikimedia Commons.

‘Universum dreigt spoedig ineen te storten’

9 reacties / Ideeën, natuurkunde, Universum, Wetenschap / Door / 24 maart 2015

Donkere energie en de versnelde uitzetting van het heelal die daarmee samenhangt, is een symptoom van de spoedige ineenstorting van het heelal. Spoedig, in kosmologische tijdschaal althans. Dat zeggen de fysici Nemanja Kaloper van de Amerikaanse University of California, Davis en Antonio Padilla van de Britse Universiteit van Nottingham. Dreigt ons heelal binnen enkele tientallen miljarden jaren onleefbaar te worden?

Steeds snellere uitzetting
Sinds de jaren dertig weten we dankzij de Amerikaanse astronoom Hubble, dat het heelal uitzet. Ongeveer 13,8 miljard jaar geleden was het heelal zeer klein en dicht. Sinds die tijd zet het heelal sterk uit, waardoor het waarneembare heelal zijn huidige grootte heeft bereikt. Einde twintigste eeuw ontdekten kosmologen iets opmerkelijks. De uitzetting van het heelal verloopt steeds sneller. De kosmische constante lambda die door Einstein in het leven was geroepen om het heelal statisch te houden en afgedankt, is nu weer uit de mottenballen gehaald om dit vreemde effect te beschrijven. Zogeheten donkere energie zou verantwoordelijk zijn voor dit proces.

In een nieuw artikel, gepubliceerd in het gezaghebbende blad Physics Review letters, beschrijven de twee natuurkundigen wat zij als ‘kosmologische ineenstorting’ aanduiden als verklaring voor dit proces. Op grond van hun berekeningen zal het heelal zoals wij dat kennen, over enkele tientallen miljarden jaren in elkaar storten. In onderstaande video beschrijft een van hen, Joseph Padilla, hun ontdekking.

Vacuümenergie en ineenstorting

Animatie van de laatste dagen van het heelal in een Big Crunch. Bron: Wikimedia Commons.
Animatie van de laatste dagen van het heelal in een Big Crunch. Bron: Wikimedia Commons.

Het vacuüm is niet leeg. In een gegeven stuk ruimte springen er voortdurend paren van deeltje en antideeltje te voorschijn om binnen de onzekerheidsmarge weer te verdwijnen. Deze deeltjesparen dragen bij aan de energie van het vacuüm, die daarom enorm is (volgens sommige, bepaald niet onomstreden, berekeningen 1096 kg*c2 per kubieke meter), die vervolgens via allerlei kunstgrepen wordt “gerenormaliseerd” tot bijna nul. Andere kosmologen gaan liever uit van de waargenomen dichtheid van donkere energie, rond een tienmiljardste joule per kubieke meter, en zetten hiermee de totale massa van virtuele deeltjes op nul [2]. Dat is uiteraard veel minder, maar gezien het enorme volume van het heelal toch nog een aanzienlijke hoeveelheid energie. Deze vacuümenergie is betrokken bij de ineenstorting: deze wordt als het ware opgeslagen (gesequestreerd).

 Wat gebeurt er nu precies?
Volgens Padilla en Kaloper is de huidige fase van versnelde uitzetting een verschijnsel dat samenhangt met het beginstadium van de ineenstorting. Dat zou betekenen dat de ineenstorting enkele tientallen miljarden jaren na nu zou plaatsvinden.  Gelukkig, gesteld dat ze gelijk hebben, duurt dat nog heel lang, en hebben we nog ruim de tijd om een methode uit te dokteren om de ineenstorting van het heelal te overleven. Bijvoorbeeld door naar een ander heelal te ontsnappen.

Bron
1. Nemanja Kaloper and Antonio Padilla. “Sequestration of Vacuum Energy and the End of the Universe.” Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.101302
2. Vacuum, John Baez, homepage op University of California-Riverside, 2013

Als materie met strange quarks stabieler is dan normale materie, zou deze normale materie moeten opslokken. Een geliefd scenario voor doemdenkers.

Wat als ‘donkere materie’ gewoon uit standaardmaterie bestaat?

2 reacties / Ideeën, natuurkunde, Wetenschap / Door / 5 november 2014

Onderzoekers denken een verklaring voor donkere materie gewonden te hebben die geen nieuwe natuurkunde vereist, slechts grote brokken materie. Hoe sterk is hun ‘case’ voor zogeheten macro’s, die net zoals normale materie gewoon uit quarks en leptonen bestaat ?

Donkere materie
Uit astronomische waarnemingen blijkt dat op er grote schaal de zwaartekracht zich niet precies gedraagt zoals de zwaartekrachtswet van Newton en de algemene relativiteitstheorie voorspellen. Zo draaien  de buitenste delen van sterrenstelsels veel sneller om de kern, dan ze op basis van klassieke zwaartekrachtstheorie zouden moeten doen. Er van uitgaande dat exotische zwaartekrachtstheorieën als MOND onzin zijn, moet iets onzichtbaars voor extra zwaartekracht zorgen. De meerderheid van de astronomen denkt dat dat ‘iets’ bestaat uit exotische deeltjes, bijvoorbeeld WIMPs of axionen, die niet in het Standaardmodel voorkomen. Helaas wil het niet echt opschieten met het ontdekken van deze spookdeeltjes. Vreemd natuurlijk, als ze verantwoordelijk zijn voor plm 80% van alle materie.

Als materie met strange quarks stabieler is dan normale materie, zou deze normale materie moeten opslokken. Een geliefd scenario voor doemdenkers.
Als materie met strange quarks stabieler is dan normale materie, zou deze normale materie moeten opslokken. Een geliefd scenario voor doemdenkers.

Donkere neutronium?
David M. Jacobs en Glenn D. Starkman, onderzoekers van de Case Western Reserve University  in de Amerikaanse deelstaat Ohio denken dat de verklaring hiervoor simpel is. De spookdeeltjes bestaan niet; de “donkere materie” is normale materie, maar opgesloten in macroscopische objecten, die we gewoon met het blote oog kunnen zien. Zij het dat ze wel een extreem hoge dichtheid hebben, in de orde van grootte van een neutronenster. Neutronium is extreem compact. Een neutroniumobject met de massa van de aarde is ongeveer zo groot als een eengezinswoning en dus van een verre afstand erg moeilijk waar te nemen. Er is alleen een probleempje met deze materie. Ongebonden neutronen vallen in gemiddeld een kwartier uit elkaar tot waterstofatomen. Neutronium is, voor zover we weten, alleen bij de extreme drukken zoals in de kern van een ineengestorte ster heersen, stabiel. Er zal dus een nog dichter, stabiel materiaal moeten worden gevonden. Sommige theoretici veronderstellen dt er zogeheten ‘strange matter’, vreemde materie, die is gegroepeerd in strangelets, moet bestaan. Strangelets zijn in feite enorme baryonen (atoomkerndeeltjes), die naast de gebruikelijke up- en downquarks, ook bestaan uit zwaardere strange quarks. Op dit moment is er geen empirisch bewijs aangetroffen voor het bestaan van strangelets. Dat is maar goed ook, want als een strangelet de aarde zou raken, zou een kettingreactie op kunnen treden, die alle materie op aarde in een strangelet verandert. De auteurs denken dan ook dat kleine strangelets niet bestaan: immers de zon schijnt nog steeds. Zij geloven in objecten tussen 1018 gram en 1023 gram. Om een indruk te geven: dat zijn objecten met een massa tussen ruwweg die van een grote asteroïde en de planeet Mars. Deze objecten zijn inderdaad zo klein dat ze optisch alleen binnen ons zonnestelsel waargenomen kunnen worden. Ook kunnen ze zo zeldzaam zijn dat ze niet vaak met normale materie botsen. Volgens de onder- en bovengrenzen die de auteurs noemen, kunnen er zich tussen de 0,1 en 1014 macro’s in de bol tussen de zon en de omloopbaan van de aarde bevinden [1].

Empirisch bewijs
De empirische bewijzen voor deze objecten blijken echter afwezig. Zware macro’s van een planeetmassa zijn uitgesloten, gezien de zeer nauwkeurige zwaartekrachtsmetingen op aarde die geen afwijkingen geven. Zeer lichte macro’s met de massa van enkele kilo’s zouden misschien kunnen bestaan. Deze zouden kleiner zijn dan een atoom. Hiervoor gelden de gebruikelijke issues met strangelets: het zijn er erg veel, dus zouden ze massaal met bestaande materie in aanraking moeten komen en deze omzetten in strangelets. Persoonlijk geef ik daarom niet veel voor deze theorie.

Bronnen
1. David M. Jacobs en Glenn D. Starkman, Macro dark matter, Arxiv prepublish server, 2014

Docu: heeft het heelal een grens?

Laat een reactie achter / Universum, Wetenschap / Door / 12 maart 2014

Heeft het heelal een einde? Nee,volgens de Big Bang hypothese, die door vrijwel alle astronomen en kosmologen aanvaard wordt.  Volgens deze hypothese is het heelal eindig van omvang, maar vormt het een in zichzelf gekromde ruimte, een hypersfeer, een soort vierdimensionale bol. Echter: een handjevol astronomen gelooft niet in de Big Bang en denkt dat het heelal inderdaad grenzen kent, althans: niet homogeen is.

Bizarre meetresultaten aan verre quasars in tegenover liggende delen van het heelal lijken inderdaad uit te wijzen dat de fijnstructuurconstante, en dus sommige natuurwetten, iets afwijken afhankelijk van de locatie. Klopt ons beeld van een volmaakt,homogeen heelal wel? In deze docu meer achtergrondinformatie.

)

Docu: voorbij oneindig

3 reacties / Wetenschap / Door / 4 september 2013

Oneindig is een begrip dat nogal wat voeten in de aarde heeft. Zo kan een hotel met een oneindig aantal kamers nooit vol raken. Je kan namelijk altijd alle gasten laten verhuizen naar een kamernummer dat twee keer zo groot is als hun bestaande nummer. Ook kan – en zal – in een oneindig groot heelal letterlijk alles gebeuren. Zolang de natuurwetten het maar niet verbieden. In deze BBC Horizon docu een speelse uiteenzetting van wat oneindigheid precies inhoudt.

Toch is het begrip oneindig minder onomstreden dan het lijkt. In een volgend artikel gaan we in op denkers, die knagen aan het wiskundige begrip oneindig. Want waar oneindig weliswaar vele wiskundige problemen oplost, komen er de nodige natuurkundige problemen bij…