Natuur, balans en harmonie

Lode Stevens

Afhankelijk van de hoeveelheid materie in het heelal, kunnen we verschillende heelalmodellen onderscheiden.

 

Heelalmodellen: (a) parabolisch; (b)elliptisch; (c) hyperbolisch

1 Het elliptisch model: een eindig en pulserend heelal. Na een beperkte, maar zeer lange tijd zal op de uitdijing een inkrimping volgen en stort het heelal in elkaar. In zulk een heelal moet de dichtheid (Omega) groter zijn dan de kritische dichtheid (Omega) of O = Omega> 1. De kritische dichtheid is die dichtheid waarbij het heelal er vlak zou uitzien.

2 Het hyperbolisch model: een oneindig heelal, met een dichtheid die kleiner is dan de kritische dichtheid (O < 1). Het heelal zal steeds blijven uitdijen, zij het trager en trager.

3 Het parabolisch model: ook dit is een oneindig heelal, maar de dichtheid is net gelijk aan de kritische dichtheid (O = 1). Dit kan men beschouwen als het grensgeval tussen het elliptisch en het hyperbolisch model. Dit is het vlakke heelal. De uitzetting zal vertragen en na een oneindige tijd stoppen.

Er zijn een aantal aanwijzingen die gaan in de richting van het parabolisch heelal. Zo bevestigen de waarnemingen van COBE en van ballonvluchten het vlakke heelal. De hoeveelheid gekende materie is hoogst onvoldoende om een gesloten heelal te bekomen. Er is echter die onzichtbare, zogenaamde donkere materie. Men weet niet in welke vorm ze aanwezig is en ook niet in welke hoeveelheid. Is het de normale materie - bestaande uit protonen, elektronen en neutronen - die we kennen of bestaan er exotische vormen van materie die we nog niet hebben ontdekt?

Basisrecepten van het standaardmodel

1 De fysicawetten zijn universeel.

2 Het heelal zet uit: roodverschuiving.

3 Het heelal is isotroop (ziet er in elke richting hetzelfde uit) en homogeen (op zéér grote schaal, zeg van de grootte-orde een miljard lichtjaar, is de verdeling van de materie gelijkmatig).

4 De gravitatie wordt nauwkeurig beschreven door de algemene relativiteitstheorie: materie vervormt de ruimte.

5 Het vroege heelal was in een toestand van zeer hoge druk en temperatuur.

6 Het heelal is geëvolueerd.

7 Het heelal heeft een inflatieperiode gekend.

Om een aantal moeilijkheden van de klassieke Big Bang op te vangen, stelde A. Guth in 1980 zijn inflatietheorie op. Volgens deze theorie zette het heelal eerst geleidelijk uit maar na 10-35 seconde werd de uitzetting zéér sterk versneld.

Gedurende een onnoemelijke fractie van een seconde werd het heelal 1030 maal groter, waarna het heelal weer zijn geleidelijke uitzetting hervatte. Geen wonder dat het heelal vlak lijkt te zijn, dat het homogeen en isotroop is. De inflatietheorie voorspelt tevens dat Omega = 1 moet zijn en dat de temperatuurvariaties in de achtergrondstraling aan de hemel van de grootte-orde 1° moeten zijn. En dat is nu net wat de ballonexperimenten gevonden hebben.

 

De satelliet WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) heeft met voor het ogenblik de grootste nauwkeurigheid de achtergrondstraling gemeten, vooral dan de grootte en de verdeling van de fluctuaties hierin. De eerste resultaten zijn:

1 De oudste sterren waren er reeds een 200 miljoen jaar na de Big Bang, veel vroeger dan men had verwacht.

2 De ouderdom van het heelal bedraagt 13,7 ± 0,2 miljard jaar.

3 De waarnemingen bevestigen de theorie van de Big Bang alsook de inflatie (het heelal is dus vlak en Omega = 1).

4 De samenstelling van het heelal: gewone materie 4 % ± 0,4 %; donkere koude materie (dus bijvoorbeeld geen neutrono’s) 23 % ± 4 % en donkere energie (versnelt de uitzetting van het heelal) 73 % ± 7 %.

5 De Hubbleconstante bedraagt 71 ± 4 km/s.Mpc.

Misschien nog vreemder is een versie van de superstringtheorie, de M-theorie. Elementaire deeltjes zijn in feite golfachtige vibraties van uiterst dunne zogenaamde strings. Driedimensionale membranen (het ruimtelijk equivalent van een string) drijven hierin in de vijfde dimensie (tijd is de vierde dimensie). Parallele branen botsen (dit geeft een big bang) en drijven terug uit elkaar. Dit proces kan zich herhalen in een voortdurende cyclus van creatie en destructie. Maar laat ons wel wezen, alhoewel de superstringtheorie successen kent, die dan wel (nog) steeds louter theoretisch zijn, ontbreekt elk experimenteel bewijs.

Voor een vlak heelal is er een bepaalde hoeveelheid materie vereist. Men heeft slechts 5% hiervan gevonden in de vorm van sterren en sterrenstelsels. Misschien nog eens 20 tot 25% bestaat uit de zogenaamde donkere materie. Wordt de resterende 75% dan vertegenwoordigd door de “donkere energie” ( de energie van het vacuum of Einstein’s kosmologische constante)? Een wel zeer rare vorm van afstotende kracht die er voor zorgt dat het heelal nu steeds sneller gaat uitdijen!

 

 

Heelal modellen