Wiskundig bewezen: heelal had begin
Kosmologen gebruiken de wiskundige eigenschappen van eeuwigheid om aan te tonen dat als het heelal eeuwig zal blijven bestaan, het een absoluut begin moet hebben gehad.
De Big Bang is een begrip, sinds de getalenteerde natuur- en sterrenkundige Fred Hoyle de term bedacht om de oerknalhypothese te bespotten. Sindsdien is het begrip Big Bang niet meer weg te slaan uit de westerse cultuur. Geen wonder. De Big Bang is in de meest letterlijke betekenis van het woord, het moment waarop alles begon, zelfs de tijd. Hoyle bleef tot het einde van zijn leven geloven in de concurrerende steady state theorie, waarbij het heelal geen einde kent, maar er voortdurend materie uit het niets opduikt.
Steady state theorie
De Big Bang kosmologie is tegenwoordig zo gevestigd – en wordt ook ondersteund door veel astronomisch bewijs – dat concurrerende kosmologische theorieën vaak uit het oog verloren werden.Eén van die theorieën is de genoemde steady state theorie van Hoyle en Chandra Wickramasinghe. In deze theorie is het heelal oneindig ver in het verleden ontstaan en zal het tot oneindig ver in de toekomst blijven bestaan. Beide heren bleven eenlingen die probeerden met allerlei gekunstelde technieken zaken als achtergrondstraling en de te hoge ouderdom van sterrenstelsels te verklaren. Tot voor kort.
Pulserend heelal
Na de millenniumwisseling zijn kosmologen een aantal nieuwe ideeën gaan onderzoeken met steady state-achtige eigenschappen. Eén van die ideeën lijkt veel op de hindoeïstische kosmologie, waarin in één Brahma-leven zeer vele kleinere cycli van ontstaan en verwoesting van een heelal optreden. Een Big Bang wordt in dit model uiteindelijk gevolgd door een Big Crunch (Grote Krak), waarna weer een nieuwe Big Bang ontstaat. Een andere theorie is eeuwige inflatie, waarin verschillende delen van het universum beurtelings uitzetten en inkrimpen met verschillende snelheden. Een vorm van kosmische hartslag dus.
Multiversum
Deze delen kan je ook zien als verschillende universa in een allesomvattend multiversum. Hoewel vanuit ons gezichtspunt we in een uitzettend heelal lijken te leven, kunnen andere universa zeer verschillend zijn. Ons heelal lijkt een duidelijk begin te hebben, maar het multiversum, waar ons universum deel van uitmaakt, hoeft niet perse een absoluut begin te hebben. Ons heelal lag dan voor een oneindige tijd te ‘slapen’, waarna het door een kwantumproces dat wel wat wegheeft van de Wet van Murphy, tot leven is gewekt. Moderne kosmologische theorieën houden rekening met deze mogelijkheid. Daar kan nu verandering in komen.
‘Oneindig verleden wiskundig onmogelijk’
Audrey Mithani en Alexander Vilenkin van Tufts University in het Amerikaanse oostkuststaatje Massachusetts, stellen nu in een nieuw artikel dat deze modellen wiskundig incompatibel zijn met een eeuwigdurend verleden. Inderdaad wijst hun analyse uit dat ook de drie vormen van cyclische universa een begin moeten hebben gehad. Hun argument richt zich op de wiskundige eigenschappen van oneindigheid. Een dergelijk universum (of multiversum) moet namelijk wereldlijnen hebben die zich oneindig ver uitstrekken in het verleden.
Mithani en Vilenkin wijzen op een wiskundig bewijs uit 2003 dat dit soort wereldlijnen in het verleden niet oneindig lang kunnen zijn, als ze onderdeel uitmaken van een universum dat op een bepaalde manier (voor de liefhebbers: zoals beschreven met de Friedmann en Wheeler-DeWitt vergelijkingen) uitzet. Vervolgens tonen ze aan dat cyclische “Brahma” universa en universa die a la Hoyle eeuwig uitzetten, beide op deze manier uitzetten. In de woorden van de auteurs: hoewel inflatie eeuwig kan zijn in de toekomst, kan het niet oneindig in het verleden worden uitgebreid.
Het emergente model, het derde alternatief, blijkt weliswaar volgens de klassieke theorie stabiel, maar in kwantummechanisch opzicht instabiel. Een eenvoudig emergent universum-model kan niet ontsnappen aan kwantumcollaps, aldus de auteurs. Mithani en Vilenkin trekken een onontkoombare conclusie: geen van deze scenario’s kan een oneindig verleden hebben.
Omdat uit waarnemingen blijkt dat ons heelal uitzet, moet het dus in het verleden zijn ontstaan. Een vergaande conclusie. Wel moet de opmerking worden gemaakt dat in deze scenario’s gebruik wordt gemaakt van bijvoorbeeld de zwaartekrachtsconstante G en de kosmologische constante Λ. De vraag is of in een multiversum deze constanten wel in deze vorm voorkomen en of er niet een heel ander mechanisme ten grondslag ligt aan het multiversum. Klopt deze aanname, dan is dit inderdaad een waterdicht bewijs. En wat als de hindoegeleerden uit het grijze verleden toch gelijk hadden? Kali Yuga, het tijdperk waarin we nu leven, duurt nog meer dan vierhonderdduizend jaar. Verder hebben we nog duizenden miljarden jaren voordat dit heelal wordt vernietigd…
Bron
Audrey Mithani en Alexander Vilenkin, Did The Universe Have A Beginning?, ArXiv (2012)
