Wat gebeurde er vóór de oerknal?

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Waardoor is het heelal ontstaan? De grondoorzaak moet speciaal zijn, zeggen wetenschappers. Maar als we het begin van alles toeschrijven aan de oerknal, rijst de vraag: wat gebeurde er daarvoor? De auteur biedt een fascinerende redenering over het begin der tijden.

De wetenschap vragen wat er vóór de tijd was, is hetzelfde als vragen: "Wie was je voordat je werd geboren?"

“De wetenschap stelt ons in staat om te bepalen wat er in een biljoenste van een seconde na de oerknal is gebeurd.

“Maar we zullen bijna nooit weten wat de oerknal heeft veroorzaakt.

“Het is teleurstellend, maar sommige dingen zijn volledig onkenbaar. En dit is goed.

Laten we eerlijk zijn: het is nogal vreemd om te denken dat de geschiedenis van het heelal begon met een soort verjaardag 13,8 miljard jaar geleden. Dit is in lijn met veel religieuze principes, volgens welke de kosmos is ontstaan door tussenkomst van bovenaf, hoewel de wetenschap er niets over zegt.

Wat gebeurde er vóór het begin der tijden?

Als alles wat er is gebeurd een oorzakelijk verband heeft, wat heeft dan de opkomst van het universum veroorzaakt? Om een zeer moeilijke vraag over de Eerste Oorzaak te beantwoorden, gebruiken religieuze mythen over de schepping van de wereld wat culturele antropologen soms 'positief wezen' of een bovennatuurlijk fenomeen noemen. Aangezien de tijd ergens in het verre verleden een begin heeft gehad, moet de Eerste Oorzaak speciaal zijn. Het moet een oorzaakloze reden zijn, een fenomeen dat zojuist is gebeurd en er is niets aan voorafgegaan.

Maar als we het begin van alles toeschrijven aan de oerknal, rijst de vraag: wat gebeurde er daarvoor? Wanneer we te maken hebben met onsterfelijke goden, is dit een heel andere zaak, aangezien tijdloosheid voor hen geen kwestie is. Goden bestaan buiten de tijd, en wij niet. Voor ons bestaat er niet zoiets als 'voor de tijd'. Daarom, als we de vraag stellen wat er vóór de oerknal gebeurde, zal het enigszins zinloos zijn, zelfs als we de betekenis moeten vinden. Stephen Hawking vergeleek het ooit met de vraag "Wat is ten noorden van de Noordpool?" En ik hou van de zin "Wie was je voordat je werd geboren?"

Aurelius Augustinus veronderstelde dat tijd en ruimte samen met de schepping van de wereld verschenen. Voor hem was het natuurlijk de goddelijke voorzienigheid. En voor de wetenschap?

In de wetenschap gaan we, om te begrijpen hoe het heelal is ontstaan, zich ontwikkelde en rijpte, terug in de tijd en probeerden we te reconstrueren wat er gebeurde. Net als paleontologen identificeren we 'fossielen', dat wil zeggen de overblijfselen van materie uit vervlogen tijden, en met hun hulp leren we over verschillende fysieke verschijnselen die toen bestonden.

We gaan ervan uit dat het heelal al miljarden jaren uitdijt en dat dit proces nu doorgaat. In dit geval betekent "expansie" dat de afstanden tussen sterrenstelsels toenemen; sterrenstelsels bewegen van elkaar weg met een snelheid die afhangt van wat zich in verschillende tijdperken in het universum bevond, dat wil zeggen, welke materie de ruimte vulde.

De oerknal was geen explosie

Als we het hebben over de oerknal en de uitbreiding, stellen we ons de explosie voor waarmee alles begon. Daarom hebben we het zo genoemd. Maar dit is een misvatting. De sterrenstelsels bewegen van elkaar weg, omdat ze letterlijk van elkaar worden gescheiden door het uitrekken van de ruimte zelf. Net als een elastische stof rekt de ruimte uit en draagt ze sterrenstelsels mee, zoals de stroming van een rivier boomstammen meevoert. Dus sterrenstelsels kunnen geen puin worden genoemd dat door een explosie vliegt. Er was geen centrale explosie. Het universum dijt uit in alle richtingen, en het is volledig democratisch. Elk punt is even belangrijk. Iemand in een ver sterrenstelsel ziet de verwijdering van andere sterrenstelsels op dezelfde manier als wij.

(Opmerking: nabijgelegen sterrenstelsels hebben afwijkingen van deze kosmische stroom die "lokale beweging" wordt genoemd. Dit wordt veroorzaakt door de zwaartekracht. De Andromedanevel nadert ons bijvoorbeeld.)

Keer terug naar het verleden

Als we de kosmische film achteruit draaien, zullen we zien hoe de materie steeds meer samengeperst wordt in de krimpende ruimte. De temperatuur stijgt, de druk stijgt en het verval begint. Moleculen vallen uiteen in atomen, atomen in kernen en elektronen, atoomkernen in protonen en neutronen, en vervolgens protonen en neutronen in quarks. Deze opeenvolgende ontleding van materie in zijn meest elementaire en elementaire bestanddelen vindt plaats wanneer de klok in de tegenovergestelde richting van de explosie tikt.

Zo vervallen waterstofatomen ongeveer 400.000 jaar vóór de oerknal, atoomkernen in ongeveer één minuut en protonen met neutronen in een honderdste van een seconde (uiteraard in omgekeerde volgorde). Hoe weten we dit? We vonden de overblijfselen van straling uit de tijd dat de eerste atomen werden gevormd (relikwie microgolfachtergrondstraling), en ontdekten hoe de eerste kernen van lichte atomen verschenen toen het universum nog maar een paar minuten oud was. Dit zijn precies de kosmische fossielen die ons de weg wijzen in de tegenovergestelde richting.

Momenteel kunnen we experimenteel de omstandigheden simuleren die bestonden toen het universum een biljoenste van een seconde was. Het lijkt ons misschien een verwaarloosbare waarde, maar voor een licht deeltje van een foton is dit een lange tijd, waardoor het een afstand kan vliegen die een biljoen keer de diameter van een proton is. Als we het over het vroege heelal hebben, moeten we de menselijke maatstaven en ideeën over tijd vergeten.

We willen natuurlijk zo dicht mogelijk bij het moment komen waarop de tijd gelijk was aan 0. Maar op een gegeven moment lopen we tegen de muur van onwetendheid aan en kunnen we onze huidige theorieën alleen maar extrapoleren in de hoop dat ze ons tenminste enkele hints van gebeuren aan het begin van de tijd, bij zulke energieën en temperaturen die we niet in het laboratorium kunnen creëren. Maar één ding weten we zeker. Als de tijd bijna nul is, werkt onze huidige theorie van de eigenschappen van ruimte en tijd, de algemene relativiteitstheorie van Einstein, niet.

Dit is het domein van de kwantummechanica, waarin de afstanden zo klein zijn dat we de ruimte niet moeten voorstellen als een continue plaat, maar als een korrelige structuur. Helaas hebben we geen kwalitatieve theorie die een dergelijke granulariteit van de ruimte beschrijft, omdat er geen fysieke wetten van de zwaartekracht op een kwantumschaal zijn (bekend als kwantumzwaartekracht). Kandidaten zijn natuurlijk bijvoorbeeld supersnaartheorie en luskwantumzwaartekracht. Maar er is momenteel geen bewijs dat ze fysieke verschijnselen correct beschrijven.

Kwantumkosmologie geeft geen antwoord op de vraag

Niettemin vereist iemands nieuwsgierigheid dat de grenzen dichter bij de nulwaarde van tijd worden gebracht. Wat kan je zeggen? In de jaren tachtig stelden Alexander Vilenkin, Andrei Linde en James Hartl en Stephen Hawking drie modellen van kwantumkosmologie voor, waarin het universum als een atoom bestaat en de vergelijking vergelijkbaar is met die in de kwantummechanica.

In deze vergelijking is het universum een golf van waarschijnlijkheid, die in wezen het tijdloze kwantumgebied verbindt met het klassieke, waar tijd is, dat wil zeggen met het universum waarin we leven en dat nu uitbreidt. De overgang van kwantum naar klassiek betekent letterlijk het ontstaan van de ruimte, wat we de oerknal noemen. De oerknal is dus een oorzaakloze kwantumfluctuatie, zo willekeurig als radioactief verval: van de afwezigheid van tijd tot zijn aanwezigheid.

Aangenomen dat een van deze eenvoudige modellen correct is, zou het dan een wetenschappelijke verklaring zijn voor de Eerste Oorzaak? Kunnen we de noodzaak van een oorzaak helemaal wegnemen door de waarschijnlijkheden van de kwantumfysica te gebruiken?

Helaas niet. Zo'n model zou natuurlijk een verbazingwekkende intellectuele prestatie zijn. Het zou een enorme stap voorwaarts zijn om de oorsprong van alles te begrijpen. Maar dit is niet genoeg. Wetenschap kan niet in een vacuüm bestaan. Ze heeft een conceptueel apparaat nodig, concepten als ruimte, tijd, materie, energie. Ze heeft berekeningen nodig, ze heeft behoudswetten nodig van grootheden als energie en momentum. Je kunt geen wolkenkrabber bouwen van ideeën, net zoals je geen model kunt maken zonder concepten en wetten. De wetenschap vragen om de Eerste Oorzaak te 'verklaren' is hetzelfde als de wetenschap vragen haar eigen structuur uit te leggen. Dit is een verzoek om een wetenschappelijk model te leveren dat geen precedenten gebruikt, er zijn geen eerdere concepten om op te werken. De wetenschap kan dit niet, net zoals een mens niet kan denken zonder hersenen.

Het raadsel van de Root Cause blijft onopgelost. Als antwoord kun je kiezen voor religie en geloof, en je kunt er ook vanuit gaan dat de wetenschap in de loop van de tijd alles uitzoekt. We kunnen ook, net als de oude Griekse scepticus Pyrrho, nederig erkennen dat er grenzen zijn aan onze kennis. We kunnen ons verheugen over wat we hebben bereikt en blijven begrijpen, terwijl we ons realiseren dat het niet nodig is om alles te weten en alles te begrijpen. Het volstaat dat we nieuwsgierig blijven geïnteresseerd zijn.

Nieuwsgierigheid zonder raadsel is blind, en een raadsel zonder nieuwsgierigheid is gebrekkig.