universum

Documentaire: reis naar het einde van het heelal

Hoe zou het zijn de beperkingen van ruimte en tijd achter je te laten en een reis te maken langs de meest spectaculaire natuurverschijnselen in het heelal? Helaas is er, voorzover we weten althans, geen manier om Einsteins speciale relativiteitstheorie te slim af te zijn, maar er is wel wat anders: computer graphics en telescopen.

Stap in en laat je meevoeren door anderhalf uur vol kosmische wonderen, zoals deze er volgens de nieuwste wetenschappelijke inzichten ongeveer uitzien. En een zwart gat? Af en toe zijn die opmerkelijk handig zoals je op het einde zult merken…

Veel kosmologen geloven dat ons heelal maar een eilandje is in een bijna oneindig multiversum. Maar waar komt het multiversum vandaan? Bron: Florida State University

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.

Big Bang
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.
Veel kosmologen geloven dat ons heelal maar een eilandje is in een bijna oneindig multiversum. Maar waar komt het multiversum vandaan? Bron: Florida State University
Veel kosmologen geloven dat ons heelal maar een eilandje is in een bijna oneindig multiversum. Maar waar komt het multiversum vandaan? Bron: Florida State University

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)

Video: Violent universe

De serene sterrenhemel die we ’s nachts zien is, als je op grotere tijdschalen kijkt, maar schijn. Zwarte gaten, bijvoorbeeld, zijn in staat complete sterren uit elkaar te trekken en op te slokken. Een zware hypernova op minder dan enkele honderden lichtjaren van een planeet met leven, zal het leven op deze planeet ernstige schade toebrengen. En dan zijn er nog meer alledaagse kosmische gebeurtenissen, zoals asteroïde-inslagen en stervorming. Ook onze zon kent over rond de vijf miljard jaar na nu een gewelddadig einde.
Toegegeven, je moet er wel drie uur de tijd voor hebben, op zich dus wel nuttig voor een Eerste Paasdag, maar deze documentaires achter elkaar geven een goede indruk van het vaak extreme geweld dat er in het heelal plaatsvindt.

De hele serie is te vinden op: http://topdocumentaryfilms.com/violent-universe/
Met dank aan Douwe voor de tip.

Ayahuasca, slingerplant van de ziel

Is het mogelijk om met geestverruimende middelen als Ayahuasca visionaire inzichten op te doen over de aard van onszelf, het universum en het al? Psychonauten en ook telkens meer wetenschappers menen van wel.

Visuele weergave van een psychonaut druk op weg.

Een psychonaut (ψυχοναύτης: “zeevaarder van de ziel”) is iemand die op ontdekkingsreis gaat in het universum van de geest; een mentale reiziger. Een psychonaut is iemand die door middel van sjamanistische en moderne methoden op gezette tijden het alledaagse waakbewustzijn transcendeert. Tot deze methoden behoren meditatie, ritmische muziek, ademhalingsoefeningen, mantra, tantra, lucide dromen en inname van entheogene ofwel psychedelische planten en paddenstoelen.

Op de site ayahuasca-info.com is veel informatie over Ayahuasca te vinden. De geschiedenis van de drank, recepten om de drank te brouwen, ervaringen van psychonauten die het gebruikt hebben, etc. Hier een inleiding van ze:

Deze website is gewijd aan de magische drank uit het Amazonegebied die bekend staat als ayahuasca. Je kunt hier informatie vinden over de verschillende ingrediënten die gebruikt worden om de drank te brouwen, hoe inheemse volkeren het toepassen, en wat je kunt verwachten als je het zelf inneemt.

Traditioneel worden de Banisteriopsis caapi liaan en de bladeren van dePsychotria viridis (of de Diplopterys cabrerana) gebruikt om de drank te maken. Nu men heeft vast kunnen stellen wat de werkzame stoffen zijn van deze ingrediënten, worden door sommige mensen planten uit andere werelddelen gebruikt om vergelijkbare kruidenmengsels te maken. Je leest hier meer over in de botanie en chemie pagina’s.

Wat het visionaire karakter van ayahuasca betreft is het belangrijkste werkzame bestanddeel een lichaamseigen stof die DMT (dimethyltryptamine) wordt genoemd. DMT heeft een sterke invloed op het bewustzijn dat moeilijk onder woorden te brengen is. Het wordt door velen als “spiritueel” beschreven, en uit zich met name in het zien van gedetailleerde, zeer heldere en kleurrijke beelden. Inheemse volkeren zeggen dat ze tijdens de circa vier uur durende trance communiceren met de geestelijke wereld, terwijl psychologen DMT rekenen tot de hallucinogenen, of psychedelica: “middelen die de geest zichtbaar maken.”

We nodigen je uit om de site op je gemak te verkennen, de interviews te lezen en je goed voor te bereiden voordat je zelf besluit deze krachtige drank uit te proberen. Indien je nog geheel onbekend bent met ayahuasca, raden we je aan om te beginnen met het lezen van de introductie.

Daarnaast geeft deze documentaire Shamanism – Other Worlds – Ayahuasca Documentary ook een goed en interessant beeld over Ayahuaca.

In Nederland kunnen mensen onder meer een Ayahuasca ervaring opdoen binnen de Santo Daime kerk en er zijn ook telkens meer centra in Nederland die in een therapeutische vorm met Ayahuasca werken. Een gratis E-boek over dit laatste met de titel De Gewijde Reis is te downloaden van: degewijdereis.nl.

Eén van vele door Ayahuasca geïnspireerde kunstwerken

Interessant om te noemen is dat er ook telkens meer wetenschappers geïnteresseerd zijn in de werking van dit soort geestverruimende middelen. Zij willen via de wetenschappelijke methode eerlijke informatie over de werking van dit soort middelen verkrijgen. Internationaal is er hiervoor het platform MAPS Multidisciplinary Association for Psychedelic Studies, in Nederland is er met hetzelfde doel de Stichting Open.

Stichting OPEN is een interdisciplinair initiatief dat onderzoek naar alle facetten van de psychedelische ervaring wil stimuleren. Door het organiseren van lezingen, symposia en andere informatieve bijeenkomsten op universiteiten, hopen we de interesse van toekomstige onderzoekers te wekken. We willen eerlijke informatie verspreiden over zowel het potentieel als de risico’s van psychedelica, en hopen daarmee het stigma te verminderen dat rust op onderzoek naar psychedelica. Ook willen we een virtuele ontmoetingsplek creëren voor alle studenten die geïnteresseerd zijn in het doen van onderzoek. Zodoende kunnen ze onderzoeksteams vormen en elkaar helpen bij het schrijven van onderzoeksvoorstellen. Kort gezegd: we willen de drempel verlagen voor het onderzoeken – en toepassen – van het psychedelische potentieel.

Zelf heb ik (nog?) geen ervaringen met Ayahuasca, maar het moge duidelijk zijn dat mensen dit alleen na zorgvuldige voorbereiding zouden moeten gebruiken, op een respectvolle manier en met behulp van professionele begeleiding.  Mochten er lezers zijn met ervaringen met Ayahuasca dan zijn die uiteraard zeer welkom in de reacties.

(Dit artikel is mede tot stand gekomen met dank aan Mendel Kaelen, medeinitiatiefnemer van Stichting Open) 

Meer informatie:
-) Dit is een Trip – informatie over wat je op een trip kunt verwachten
-) Uitjebol – De Nederlandse Drugsbijbel
-) Uitjebol over Ayahuasca
-) Ayahuasca-info.com
-) Santo Daime religie NL
-) De Gewijde Reis

Aanverwante artikelen:
-) DMT – The Spirit Molecule
-) De psychedelische ervaring
-) Terence McKenna over DMT en andere Psychedelica
-) Deus Ex McKenna – Youtube kanaal Terrence Mc Kenna
-) Transpersoonlijke psychologie
-) Ayahuasca, slingerplant van de ziel
-) Stichting Open – Stichting OPEN is een interdisciplinair initiatief dat onderzoek naar alle facetten van de psychedelische ervaring wil stimuleren.
-) Eindeloos Bewustzijn
-) De dood, een verkenning
-) Het begin en einde van goed en kwaad
-) Diversiteit, de bouwsteen van het leven

(Op het internet hebben de lezers de macht! Zij bepalen welke informatie de wereld rond gaat! U bent zich er misschien niet van bewust, maar als elke lezer een link stuurt naar 3 geïnteresseerde personen, dan zijn er maar 20 stappen nodig om 3,486,784,401 mensen te bereiken! Wil je dat zien gebeuren? Gebruik je macht! Dit stuk mag dan ook vrij door iedereen overgenomen worden op websites, blogs, of om door te sturen aan familie, vrienden, kennisen, collega`s, etc. Graag zelfs hoe meer mensen dit weten hoe beter. Zet a.u.b. wel de bron erbij zodat mensen zich er verder in kunnen verdiepen als ze willen.)

Spreekt dit idee je aan? Verspreid het dan vooral onder je vrienden, familie, collegas, etc!

 

 

Kunnen we in een tijdkristal de ondergang van het heelal overleven?

Tijdkristal overleeft Einde der Tijden

Hawking’s zeventigste verjaardagsfeestje bracht opmerkelijke, zelfs bizarre ideeën voort. Zoals van natuurkundige Frank Wilczek. Op een dag zal dit heelal niet meer leefbaar zijn en alle energie vervlogen. Stel, onze verre nazaten ontdekken geen methode om te ontkomen aan dit heelal. Betekent dit ook het einde van intelligent leven? Nee, stelt Wilczek. Er is nog kans op redding, door middel van een kristal dat symmetrisch is in de tijd in plaats van in de ruimte.

De hittedood van het heelal
Ons heelal is al 13,7 miljard jaar lang aan het sterven. Elke seconde zetten sterren als de zon ontelbare exajoules aan vrije energie om in straling die de wereldruimte ingepompt wordt. Vijf miljard jaar na nu zal de zon opzwellen als rode reus en achterblijven als witgloeiende, langzaam uitdovende witte dwerg. Duizend miljard jaar na nu zullen zelfs de kleinste rode dwergsterretjes, die het meest zuinig met energie omspringen, uitdoven. De eeuwige duisternis zal dan invallen en de Melkweg veranderen in een uitgedoofd spookstelsel, af en toe opgeschrikt door kadavers van sterren die op elkaar botsen en een korte, heftige explosie opwekken. 

 

Kunnen we voor eeuwig voortleven in een tijdkristal? Volgens Wilczek wel, al wordt het saai.
Kunnen we voor eeuwig voortleven in een tijdkristal? Volgens Wilczek wel, al wordt het saai.

 

 

Warmtedood: entropie neemt toe tot maximum
Nog verder in de toekomst. De temperatuur van de achtergrondstraling zal dan gedaald zijn tot miljardsten kelvin – dichter bij het absolute nulpunt dan we nu in zelfs de beste laboratoria kunnen bereiken. Wellicht zullen er dan bizarre levensvormen bestaan op basis van zogeheten Efimovringen, waarvoor zelfs vier graden boven het absolute nulpunt even dodelijk is als een verblijf in de vuurbal van een waterstofbom voor ons.
Nog ontelbaar veel noniljarden jaren verder. Zelfs de grootste zwarte gaten zijn nu verdampt door Hawkingstraling.
De entropie heeft haar maximum bereikt, er is geen vrije energie meer over om van te leven. Het heelal is de warmtedood gestorven, een paradoxale term, die in feite betekent dat alle vrije energie afvalwarmte is geworden waar je niets mee kunt. Wat nu? Hoe kan een levensvorm in of na die tijd nog overleven?

Tijdkristal als perpetuum mobile
Nobelprijswinnaar Frank Wilczek, theoretisch natuurkundige aan de Massachusetts Institute of Technology, heeft een overlevingsplan bedacht. Zijn recept: een hypothetisch apparaat, een tijdkristal, kan een computer aandrijven die kan blijven werken lang nadat alle andere krakend tot stilstand is gekomen. Een computer kan een virtuele wereld simuleren waarin bewuste wezens kunnen leven.

Wilczek kwam op dit opmerkelijke idee toen hij vaste kristallen (de kristallen in het dagelijks taalgebruik) bestudeerde. Een kristal is stabiel, omdat de atomen in het kristal op de energetisch gunstigste plekken zitten. Bekend van de middelbare school. Maar wat als een kristal niet symmetrisch is in de ruimte maar in de tijd? Een vierdimensionaal kristal dus. Elk object dat in een cirkel beweegt en na verloop van tijd terugkeert op zijn plaats, bijvoorbeeld een planeet, is symmetrisch in de tijd. Toch is de aarde geen tijdkristal. Immers: de aarde bevindt zich niet in het laagst denkbare energieniveau. Dat wordt bereikt als de aarde in de zon valt.

Supergeleider als tijdkristal
Wilczek vond iets beters: een supergeleider. In een supergeleider is er geen weerstand, dus blijven de elektronen in de supergeleider voor eeuwig bewegen omdat ze dezelfde kwantumstaat delen. In een tijdkristal moeten elektronen in een bepaald patroon bewegen, ‘dansen’ in plaats van in een rechte lijn bewegen zoals in een normale supergeleider. Ze moeten als het ware kluitjes vormen. Dit om zeker te stellen dat er een regelmatige, periodieke beweging ontstaat, ongeveer zoals de structuur van een kristal zich herhaalt. Wilczek toonde wiskundig aan dat het werkt.

Eeuwige cyclus
In een tijdkristal wordt hetzelfde patroon ad infinitum herhaald. Er is dus geen communicatie met de buitenwereld mogelijk, slechts dezelfde informatie -of ervaring – die eindeloos wordt herhaald. Sommige collega’s van Wilczek vinden het idee daarom zinloos, anderen zien er wel wat in.

Persoonlijk? Gezien de enorme rijkdom aan bizarre kwantumprocessen op miljardsten graden boven het absolute nulpunt, waar we pas nu inzicht in krijgen, denk ik dat ook met minuscule hoeveelheden energie – en wie weet zelfs met vibraties in de nulpuntsenergie – heel wat meer mogelijk is dan we nu kunnen overzien. En wie weet, ontdekken we toch nog een toegang tot een ander heelal. We hebben immers letterlijk alle tijd van de wereld….

Bronnen
State of The Universe Symposium
Death-defying time crystal could outlast the universe, New Scientist

Sterren die niet kunnen bestaan

Onderzoekers hebben met de NASA -ruimtetelescoop GALEX sterren ontdekt op plaatsen waar ze helemaal niet gevormd kunnen worden volgens de gangbare theorie. Astronomen ontdekken dat het heelal veel spannender en mysterieuzer is dan we tot nu toe dachten.

Leven waar niemand het verwachtte
In de jaren zeventig deden biologen een ongelofelijke ontdekking. In bijna kokend water in vulkanische bronnen van de supervulkaan Yellowstone, kortom een omgeving die wordt gebruikt om voedingsmiddelen te steriliseren, bleken nieuwe, nog onbekende organismen voor te komen met DNA dat sterk afweek van de tot dan toe bekende bacteriën. Toen onderzoekers eenmaal op onverwachte plaatsen begonnen te zoeken, doken deze ‘extremofielen’ overal op. In het binnenste van kerncentrales, in kilometers diep ijs en in van zware metalen vergeven water dat chemisch het meeste weg heeft van verdund zwavelzuur. Nu weten we dat deze archaeae, met bacteriën en organismen met een celkern – de drie verschillende hoofdtakken van het rijk van het leven vormen (als het hierbij blijft, uiteraard).

Stellar extremophiles

Stervorming op onverwachte plaatsen
De gangbare wijsheid leert dat stervorming alleeen daar optreedt waar er voldoende galactisch gas aanwerzig is. Immers: gaswolken moeten samentrekken en hun zo opgewekte warmte effectief kunnen lozen voor ze een ster kunnen vormen. Gaswolken, zeker het zeer ijle gas tussen de sterren, laat staan dat buiten de melkwegstelsels, trekken niet zomaar samen. Atomen en moleculen gedragen zich namelijk net zo als grotere voorwerpen onder invloed van een zwaartekrachtsveld: ze draaien in een elliptische baan om een zwaartekrachtsbron. Allen als ze energie verliezen, bijvoorbeeld door botsingen of afremming door het uitzenden van fotonen in een magnetisch veld, spiralen ze naar binnen. Omdat interstellaire gaswolken zo extreem dun zijn is er vrijwel niets om ze af te remmen. Dachten astronomen.

Vandaar dat het GALEX -team voor een complete verrassing kwam te staan. Er blijken namelijk wel degelijk sterren op te duiken waar niemand ze verwacht. “Een zeer verrassende ontwikkeling”, aldus de bij GALEX betrokken onderzoekster Susan Neff van het Goddard Space Center. De afbeelding rechts laat de immense stervormingsgebieden rond het spiraalstelsel  M83 zien. Hierbij zijn radio- en UV waarnemingen over elkaar gelegd (linker afbeelding) en wat een optische telescoop laat zien rechts.

Speciale waarneming van jonge sterren
GALEX, de “Galaxy Evolution Explorer,” is een UV-ruimtetelescoop, gelanceerd in 2003, die vooral gevoelig is voor het specifieke type UV-straling dat zeer jonge (T Tauri-) sterren afgeven.  Dit betekent dat GALEX stervorming waar kan nemen tot op meer dan zes miljard lichtjaar afstand, toen het heelal minder dan half zo oud was als nu.

Onverwachte kraamkamers ontdekt
We weten al dat in de spiraalarmen van de Melkweg veel stervorming plaatsvindt. Hierin bevindt zich veel gas, waaruit zich nieuwe sterren kunnen vormen. Kortom: de ideale sterrenkraamkamer. Maar lang niet de enige kraamkamer, zo blijkt nu. Zo blijken zich ver van de zichtbare spiraalarmen ook sterren te vormen. Merkwaardig, immers de gasdichtheid zou hier veel te klein moeten zijn voor sterren. Kortom: deze sterren zijn de astronomische equivalenten van Conan de Bacterie en andere extremofielen. De teamleden waren dan ook stomverbaasd.

Overzicht met bizarre plekken waar zich sterren vormen

  • in elliptische en onregelmatige melkwegstelsels waarvan tot nu toe gedacht werd dat ze nauwelijks gas bevatten
  • de gasresten van botsende melkwegstelsels
  • in de komeetachtige staart die snelbewegende melkwegstelsels achterlaten
  • in koele oergaswolken, die maar net zwaar genoeg zijn om niet uit elkaar te vallen.

Hoe kunnen deze sterren zich vormen?
Uiteraard plaatsen deze bizarre sterren astronomen voor een pittige uitdaging. Hoe kunnen zich in deze extreme omstandigheden sterren vormen? Waarschijnlijk hebben we nog maar het topje van de ijsberg ontdekt op het gebied van kosmische fenomenen. Zullen deze bizarre sterren de astronomie op zijn kop zetten, net als de extremofielen dat deden met de evolutiebiologie? Die kans is, denken de onderzoekers, terdege aanwezig….

Bron:
NASA, Stellar extremophiles

Supernova's type 1a ontstaan omdat een (uitgebrande) witte dwergster gas van een nog niet uitgebrande begeleider-ster opslokt tot de kritische massa wordt overschreden. Deze ontploffing heeft een precies bekende hoeveelheid grootte. Daardoor kan je aan de lichtintensiteit en de roodverschuiving precies bepalen hoever het melkwegstelsel waar de supernova in voorkomt, van ons afstaat.

Bevestigd: kosmologisch principe klopt niet; Universum niet volmaakt rond

Een van de fundamenten van de moderne astrofysica is het kosmologische principe: het denkbeeld dat waarnemers op aarde ongeveer hetzelfde op grote schaal waarnemen als waarnemers op andere plekken in het universum. Inderdaad zijn er veel waarnemingen die dit idee ondersteunen Zo ziet het heelal er min of meer hetzelfde uit in alle richtingen, hoe we ook kijken. Maar misschien keken we helemaal niet goed, althans: stelden we niet de juiste vragen, blijkt nu.

Supernova's type 1a ontstaan omdat een (uitgebrande) witte dwergster gas van een nog niet uitgebrande begeleider-ster opslokt tot de kritische massa wordt overschreden. Deze ontploffing heeft een precies bekende hoeveelheid grootte. Daardoor kan je aan de lichtintensiteit en de roodverschuiving precies bepalen hoever het melkwegstelsel waar de supernova in voorkomt, van ons afstaat.
Supernova's type 1a ontstaan omdat een (uitgebrande) witte dwergster gas van een nog niet uitgebrande begeleider-ster opslokt tot de kritische massa wordt overschreden. Deze ontploffing heeft een precies bekende hoeveelheid grootte. Daardoor kan je aan de lichtintensiteit en de roodverschuiving precies bepalen hoever het melkwegstelsel waar de supernova in voorkomt, van ons afstaat.

Supernova als kosmische meetkaars
De laatste jaren, nu er meer en scherpere waarnemingen binnenkomen dan ooit tevoren, komen er scheurtjes in dit beeld. Al eerder schreven we we over.  Sommige kosmologen wijzen op het gedrag van type 1a supernova’s, ontploffende witte dwergsterren (wat weer witgloeiende, uitgebrande resten van sterren zijn, zo groot als de aarde maar met de massa van een ster).

Bij nova’s lekt er een kleinere hoeveelheid waterstofgas van een buurster op een witte dwerg, tot de kritische waarde bereikt is voor kernfusie van helium en er een enorme explosie komt: de heliumflits, die de nova oplevert. Bij een supernova type 1a ontploft niet alleen de gasschil, maar de complete witte dwergster in een allesverwoestende thermonucleaire ontploffing, een waterstofbom zo groot als een kleine ster. Vergeet niet: alles wat lichter is dan ijzer kan nog fuseren en een witte dwergster bestaat uit zuurstof en magnesium. En dat gebeurt dan ook als de grens overschreden wordt. In een paar seconden. Geloof me, dan wil je echt op heel veilige afstand zitten, honderden lichtjaren tenminste. Of je moet kicken op bruine smog en regens van salpeterzuur. Deze ontploffingen zijn zo fel dat de complete ster verdampt. Gedurende enige tijd wordt de complete melkweg waar ze deel van uitmaken overstraald en zijn dus erg bruikbaar om afstandsbepalingen te doen. Gelukkig zijn deze ontploffingen nu heel zeldzaam, maar miljarden jaren geleden kwamen ze veel vaker voor.

Heelal zet onregelmatig uit
Deze verre explosies lijken niet alleen van ons af te bewegen, maar zelfs steeds sneller van elkaar af te bewegen. Het opvallende is dat deze versnelling niet in alle richtingen gelijk is, maar in sommige richtingen veel sneller gaat dan in andere. Van ons beeld van een mooi symmetrisch heelal blijft dus steeds minder over. Maar klopt de statistische analyse wel? Al eerder is bij heel veel wetenschappelijke takken van sport gebleken dat bij een grotere steekproef ‘significante’ effecten als sneeuw voor de zon verdwijnen. Denk aan het Higgsdeeltje waar steeds sporen van op zouden duiken waar achteraf niets van blijkt te kloppen. Daarom hebben Rong-Gen Cai en Zhong-Liang Tuo van het Key Laboratory of Frontiers in Theoretical Physics van de Chinese Academy of Sciences in Beijing de data van 557 supernovae door het hele universum heronderzocht en de getallen door een programma gehaald.

Nu eindelijk hard bewijs
Deze keer klopt de statistiek wel. Er is inderdaad een eenduidig resultaat. Het heelal blijkt in een bepaalde richting veel meer uit te zetten dan in andere richtingen. De uitzetting in het snelst richting in het sterrenbeeld Vulpecula (Vos) op het noordelijk halfrond. Dit komt overeen met andere analyses, waaruit al eerder bleek dat het heelal een voorkeursas heeft in de kosmische achtergrondstraling. Als het heelal in een bepaalde richting meer uitzet, zal het in die richting ‘koeler’ lijken. Kortom: het kosmologisch principe, en daarmee heel wat kosmologische  theorietjes over een symmetrisch heelal en een scalair uitzettingsveld kunnen nu op de schroothoop of moeten drastisch herzien worden.

En er komt een spannende uitdaging te liggen. Waarom heeft het Universum een uitzettingsas en hoe modelleren we dat? Een pittige klus. Wat zijn jullie ideeën?

Bronnen:
Rong-Gen Cai en Zhong-Liang Tuo, Direction Dependence Of The Acceleration In Type Ia Supernovae, ArXiv (2011)

Het vacuüm metamateriaal gedraagt zich als een hyperbool. Licht kan hierdoor gevangen gehouden worden of op exotische wijze afgebogen.

‘Extreem sterk magnetisch veld verandert vacuüm in een supergeleidende superlens’

De extreme magnetische velden vlak na de Big Bang moeten het Niets uit elkaar getrokken hebben. Hierbij vormde zich tijdelijk een supergeleidend, exotisch metamateriaal met heel vreemde optische eigenschappen. Zouden we hier sporen van kunnen ontdekken in de kosmische achtergrondstraling?

Dat het vacuüm niet zo leeg is als het lijkt weten fysici al heel lang. Ze hebben aangetoond dat uit de fundamentele kwantumonzekerheid volgt dat er geen absolute leegte bestaat. Bestond die namelijk wel, dan was het van een gebiedje absoluut zeker dat dit energie nul had. Het gevolg: dit is niet zeker, dus verschijnen en verdwijnen virtuele deeltjes voortdurend. Soms kunnen deze virtuele deeltjes reëel worden. In de praktijk gebeurt dat als door een of ander proces, een extreem sterk veld bijvoorbeeld, de virtuele deeltjes genoeg energie krijgen om ‘echt’ te worden. Een extreem sterk elektrisch veld laat bijvoorbeeld paren elektronen en positronen uit het niets ontstaan.

Het vacuüm metamateriaal gedraagt zich als een hyperbool. Licht kan hierdoor gevangen gehouden worden of op exotische wijze afgebogen.
Het vacuüm metamateriaal gedraagt zich optisch als een hyperbool. Licht kan hierdoor gevangen gehouden worden of op exotische wijze afgebogen.

Een paar maanden geleden beschreef de Russische natuurkundige Maxim Chernodub hoe een extreem sterk magnetisch veld, elektrisch geladen rho-mesonen kan genereren die zich gedragen als een supergeleider. Je kunt  je hierbij voorstellen dat het Niets door het extreem sterke magnetische veld uit elkaar getrokken wordt en verandert in een zee van deeltjes: een condensaat. Nu neemt zijn landgenoot Igor Smolyaninov het stokje over met een nog radicalere, maar wetenschappelijk gezien nog steeds valide theorie. Ook Smolyaninov is her al eerder voorbij gekomen. Met behulp van een metamateriaal heeft hij aangetoond wat er gebeurt als de tijd plotseling stopt en, eerder, dat tijdreizen in de klassieke zin van het woord natuurkundig niet mogelijk is. Hij heeft met behulp van metamaterialen, materialen met een complexe inwendige structuur, dingen als zwarte gaten en kwantumschuim gesimuleerd. Hij gebruikte zijn kennis van metamaterialen om aan te tonen dat het bizarre geladen rho-meson condensaat zich precies als een metamateriaal gedraagt. Met andere woorden: het is een ‘materiaal’ met zeer vreemde optische eigenschappen, zoals een negatieve brekingsindex.

Als dit magnetische veld de juiste verdeling heeft in de ruimte, is het mogelijk voor dit supergeleidende rho-meson condensaat om licht te bundelen als een superlens. Of, zelfs licht op te slokken als een zwart gat. De vereiste magnetische veldsterkte is overigens absurd hoog. Het record voor een elektromagneetveld staat op 22 tesla, de sterkste veldsterkte ooit werd in een fractie van een seconde bereikt en was rond de honderd tesla. Ter vergelijking: het aardmagnetisch veld is maar een tienduizendste tesla, de allersterkste permanente samarium magneten, die je beter niet op elkaar kan laten vliegen, haalt met pijn en moeite één tesla. We hebben het hier over een verpletterende 1016 tesla. Honderd biljoen keer zo sterk als het absolute wereldrecord dus. Op aarde is dit (gelukkig) onhaalbaar. Ook de sterkste magneetvelden in het heelal die we kennen, die van magnetische neutronensterren, halen ‘slechts’ 1011 tesla. Deze sterkte is overigens al dodelijk.

Volgens zowel Smolyaninov als Chernodub moeten magnetische velden vlak na de Big Bang krachtig genoeg zijn geweest om deze supergeleidende condensaten te produceren. Smolyaninov denkt dat deze condensaten indrukken hebben achtergelaten in de grootschalige structuur van het tegenwoordige universum. Variaties in de achtergrondstraling dus. Ook is het goed mogelijk dat door dit soort effecten de lang gezochte oneffenheden zijn ontstaan waaruit zich melkwegclusters hebben gevormd.

Bron
Igor I. Smolyaninov, Vacuum as a hyperbolic metamaterial, ArXiv (2011)