universum

De Big Crunch is onwaarschijnlijk, immers, het heelal zet steeds sneller uit. Maar misschien kan het na een vacuümfluctuatie, waarbij het heelal in een lagere energietoestand terugvalt, alsnog gebeuren.

Hoe zal het universum eindigen?

Het is per definitie onmogelijk om er achter te komen wat er gebeurt als het universum ophoudt te bestaan. Immers, dan zijn er ook geen waarnemers meer. Dat heeft kosmologen er niet van weerhouden een selectie aan manieren te bedenken hoe het universum aan zijn einde kan komen. Eindigen we met een vriesdood, worden we totaal uit elkaar gescheurd, verpletterd of… iets anders?

De huidige trend: steeds snellere uitzetting

De Big Crunch is onwaarschijnlijk, immers, het heelal zet steeds sneller uit. Maar misschien kan het na een vacuümfluctuatie, waarbij het heelal in een lagere energietoestand terugvalt, alsnog gebeuren.
De Big Crunch is onwaarschijnlijk, immers, het heelal zet steeds sneller uit. Maar misschien kan het na een vacuümfluctuatie, waarbij het heelal in een lagere energietoestand terugvalt, alsnog gebeuren.

Ons hedendaagse universum is aan het uitzetten, en wel hoe langer hoe sneller. Een mysterieuze invloed, ‘donkere energie’ is hiervoor verantwoordelijk, denken kosmologen. Recente waarnemingen hebben inderdaad bevestigd dat er iets als donkere energie bestaat en dat melkwegstelsels steeds sneller uit elkaar worden gerukt. Net zoals bij beleggen zijn resultaten uit het verleden geen garantie voor de toekomst, maar duidelijk wordt op deze manier wel dat het heelal er in de verre toekomst nogal saai uit zal gaan zien. Alleen de melkwegstelsels van de Virgocluster, het supercluster waar ook ons eigen melkwegstelsel bij hoort, zullen nog zichtbaar zijn.

Een voor een doven de sterren uit – al dan niet na een supernova – en naarmate steeds minder gas overblijft, stopt ook de stervorming. Dan, naar een zeer lange tijd, kan zelfs de materie uit elkaar vallen. Er blijft dan alleen een steeds ijlere, koudere wolk van deeltjes als elektronen, neutrino’s en fotonen over.

De Grote Scheur
We weten niet wat Donkere Energie is en dus ook niet of deze mysterieuze invloed in de toekomst niet in kracht zal toenemen. Volgens een meer sinister scenario neemt de Donkere Energie steeds sneller toe naarmate de ruimte uitzet. De afstoting kan sterker worden al naar gelang de materie ijler wordt. De gevolgen zijn dat de donkere energie volkomen op hol slaat en het heelal in stukken wordt gescheurd. Te beginnen met superclusters, melkwegstelsels, zonnestelsels, sterren en planeten, mensen en uiteindelijk zelfs subatomaire deeltjes. Ook we bekend als de Big Rip, de Grote Scheur.

Een andere mogelijkheid is dat de Donkere Energie alleen een tijdelijk fenomeen is en uiteindelijk zal verdwijnen. In dat geval is het mogelijk dat de zwaartekracht het heelal weer opnieuw samentrekt en laat instorten tot een punt, de Grote Krak (Big Crunch).

Het goede nieuws is dat het nog wel even duurt voordat een van deze scenario’s werkelijkheid zal worden. Uit waarnemingen tot nu toe blijkt dat de donkere energie slechts langzaam (of zelfs helemaal niet) verandert, wat betekent dat we nog zeker enkele tientallen miljarden jaren kunnen genieten van ons heelal.

Ruimte zelf valt uit elkaar
Er is een nog vervelender mogelijkheid. De ruimte zelf kan uit elkaar vallen. Volgens de (omstreden) snaartheorie is de lege ruimte in staat een uitgebreide verzameling van toestanden in te nemen, die andere krachten en deeltjes voortbrengen dan we nu kennen. het zou zelfs mogelijk zijn dat het aantal dimensies gaat veranderen. Het kan zijn dat we terugvallen in een lagere-energie toestand. We zouden dan merken dat we van het ene op het andere moment uit elkaar aan het vallen zijn.

Als we er al iets van zouden merken, want dit proces is zeer energierijk en plant zich voort met een snelheid bijna zo groot als die van het licht. De bedenker van deze theorie, kosmoloog Alexander Vilenkin, denkt dat we minder dan een microseconde hebben tot we uiteenvallen.  Volgens Vilenkin is deze uitkomst onvermijdelijk. Hij denkt dat het vacuüm uiteindelijk in een negatieve energiestaat zal vallen. Nadat de ruimte is omgezet in deze exotische toestand, zal deze een zo sterke zwaartekracht uitoefenen  dat het hele universum alsnog weer ineenstort in een Grote Krak.

Door blijven leven in het multiversum
Volgens sommige theorieën, die nu worden getoetst, is ons heelal maar een van vele heelallen in een multiversum. Zelfs als dit heelal eindigt, leven er andere heelallen door, Misschien ontstaan er op dit moment wel nieuwe babyheelallen. In zwarte gaten of deeltjesversnellers, bijvoorbeeld.

Een nieuw begin
En als het heelal ten onder is gegaan, zal er onvermijdelijk weer een nieuw heelal ontstaan. Het Niets is namelijk instabiel, denken veel kosmologen.

Zouden de 'koude' en 'warme'plekken in de kosmische achtergrondstraling de overblijfselen zijn van een botsing met een ander heelal?

Zijn er heelallen naast dat van ons?

Zijn er heelallen naast dit heelal? Volgens sommige kosmologische theorieën zijn er meer heelallen dan alleen dat van ons, en merken we de gevolgen als een ander heelal bij het uitzetten ‘botst’ met het onze. Geloof het of niet, maar deze theorie wordt nu voor het eerst experimenteel onderzocht.

Zouden de 'koude' en 'warme'plekken in de kosmische achtergrondstraling de overblijfselen zijn van een botsing met een ander heelal?
Zouden de 'koude' en 'warme'plekken in de kosmische achtergrondstraling de overblijfselen zijn van een botsing met een ander heelal?

Ons heelal heeft volgens de gangbare kosmologische modellen veel weg van een vierdimensionale ‘bol’ – een hypersfeer. Wij leven op het grensvlak van deze voortdurend uitzettende hypersfeer. Dit grensvlak is een driedimensionale ruimte, de ruimte die we om ons heen zien. Dieper in de bol ligt ons verleden, tot het centrum bereikt is – de Big Bang.
Volgens veel kosmologische modellen is onze hypersfeer niet de enige. Er zijn ook andere heelallen, met mogelijk natuurwetten die iets of zelfs radicaal afwijken van die van ons.

Als twee uitzettende hypersferen elkaar raken, zien de bewoners van elke hypersfeer een ringvormige verstoring. In werkelijkheid is deze ring uiteraard een bol: het grens’vlak’ waar een andere hyperbol zich in onze hyperbol boort, maar we nemen die waar als een schijf, zoals we ook de maan of een planeet als een schijf waarnemen.

Kortom: er is een eenvoudige manier om uit te vinden of ons heelal frontaal botst met een ander heelal. Als er gigantische ringvormige structuren in de kosmische achtergrondstraling worden waargenomen, veel groter dan door de bekende astronomische processen kan worden verklaard, weten we dat dit de gevolgen zijn van de botsing. Dit is precies wat  samenwerkende teams kosmologen nu aan het doen zijn. Tot nu toe was dat onmogelijk – er bestonden geen wiskundige algoritmen om de data van de kosmische achtergrondstraling efficiënt uit te kammen op ringvormige structuren. Ook moet van gevonden patronen worden vastgesteld of deze toevallig tot stand zijn gekomen of echt het gevolg zijn van een botsing.

Het team deed een simulatie van hoe de kosmische achtergrondstraling er uit zou zien zonder en met botsingen met andere heelallen. Ook ontwikkelden ze een baanbrekend nieuw algoritme – wiskundige manier om iets aan te pakken – waarmee is te bepalen welk scenario het beste overeenkomt met de werkelijk waargenomen  kosmische achtergrondstraling.

Ze zijn overigens niet de eersten die op jacht gingen naar enorme ringvormige structuren. Wiskundige grootheid Roger Penrose ging hen met kosmoloog Gurzadyan voor[2].

Lees ook: ‘Veel-werelden-kwantuminterpretatie betekent multiversum’

Bronnen
1. Hiranya V. Peiris et al., First Observational Tests of Eternal Inflation: Analysis Methods and WMAP 7-Year Results, Arxiv.org (2011)
2. V. G. Gurzadyan en R. Penrose, Concentric circles in WMAP data may provide evidence of violent pre-Big-Bang activity, Arxiv.org (2011)
3. First observational test of the multiverse, Physorg.com (2011)