De vragen zijn zo groot als het universum en (bijna) zo oud als de tijd: waar kom ik vandaan en waarom ben ik hier? Dat klinkt misschien als een vraag voor een filosoof, maar als je op zoek bent naar een meer wetenschappelijk antwoord, vraag het dan aan een kosmoloog.
gerelateerde inhoud
- Zeldzaam kwartet van Quasars gevonden in het vroege heelal
Deze tak van de natuurkunde is hard aan het werk om de aard van de realiteit te decoderen door wiskundige theorieën te matchen met een overvloed aan bewijs. Tegenwoordig denken de meeste kosmologen dat het universum ongeveer 13, 8 miljard jaar geleden werd gecreëerd tijdens de oerknal en dat het zich steeds verder uitbreidt. De kosmos is geweven in een stof die we ruimtetijd noemen, die is geborduurd met een kosmisch web van schitterende sterrenstelsels en onzichtbare donkere materie.
Het klinkt een beetje vreemd, maar stapels foto's, experimentele gegevens en modellen die over tientallen jaren zijn verzameld, kunnen deze beschrijving ondersteunen. En terwijl nieuwe informatie aan het plaatje wordt toegevoegd, overwegen kosmologen nog wilder manieren om het universum te beschrijven - inclusief enkele bizarre voorstellen die niettemin zijn gebaseerd op solide wetenschap:
Zal deze verzameling lasers en spiegels bewijzen dat het universum een 2D-hologram is? (Fermilab) Het universum is een hologram
Kijk naar een standaard hologram, afgedrukt op een 2D-oppervlak, en je ziet een 3D-projectie van de afbeelding. Verminder de grootte van de afzonderlijke puntjes waaruit de afbeelding bestaat en het hologram wordt scherper. In de jaren negentig beseften fysici dat zoiets in ons universum zou kunnen gebeuren.
Klassieke fysica beschrijft het weefsel van ruimte-tijd als een vierdimensionale structuur, met drie dimensies van ruimte en één van tijd. Einsteins algemene relativiteitstheorie zegt dat deze stof op het meest basale niveau soepel en continu moet zijn. Maar dat was voordat kwantummechanica op het toneel verscheen. Hoewel relativiteit geweldig is in het beschrijven van het universum op zichtbare schalen, vertelt de kwantumfysica ons alles over de manier waarop dingen werken op het niveau van atomen en subatomaire deeltjes. Volgens kwantumtheorieën, als je het weefsel van ruimte-tijd dicht genoeg onderzoekt, moet het bestaan uit heel kleine korrels van informatie, elk honderd miljard miljard keer kleiner dan een proton.
Stanford-fysicus Leonard Susskind en Nobelprijswinnaar Gerard 't Hooft hebben elk berekeningen gepresenteerd die laten zien wat er gebeurt als je kwantum- en relativistische beschrijvingen van ruimte-tijd probeert te combineren. Ze vonden dat, wiskundig gezien, de stof een 2D-oppervlak moest zijn, en de korrels zouden moeten werken als de stippen in een enorm kosmisch beeld, dat de "resolutie" van ons 3D-universum definieert. Kwantummechanica vertelt ons ook dat deze korrels willekeurige kriebels moeten ervaren die af en toe de projectie kunnen vervagen en dus detecteerbaar kunnen zijn. Vorige maand begonnen natuurkundigen van het Fermi National Accelerator Laboratory van het Amerikaanse ministerie van Energie gegevens te verzamelen met een zeer gevoelige opstelling van lasers en spiegels, de Holometer. Dit instrument is fijn afgestemd om minuscule beweging in ruimtetijd op te vangen en te onthullen of het in feite op de kleinste schaal korrelig is. Het experiment zou minimaal een jaar gegevens moeten verzamelen, dus we weten misschien snel genoeg of we in een hologram leven.
Het universum is een computersimulatie
Net als de plot van de Matrix, leef je misschien in een zeer geavanceerd computerprogramma en weet je het niet eens. Over een bepaalde versie van dit denken is al lang gedebatteerd voordat Keanu zijn eerste "whoa" uitte. Plato vroeg zich af of de wereld zoals wij die waarnemen een illusie is, en moderne wiskundigen worstelen met de reden waarom wiskunde universeel is - waarom is het dat ongeacht waar of wanneer je kijkt, 2 + 2 altijd gelijk moet zijn aan 4? Misschien omdat dat een fundamenteel onderdeel is van de manier waarop het universum werd gecodeerd.
In 2012 zeiden natuurkundigen van de Universiteit van Washington in Seattle dat als we in een digitale simulatie leven, er misschien een manier is om erachter te komen. Standaard computermodellen zijn gebaseerd op een 3D-raster en soms genereert het raster zelf specifieke afwijkingen in de gegevens. Als het universum een enorm raster is, kunnen de bewegingen en verdelingen van hoog-energetische deeltjes, kosmische stralen genoemd, soortgelijke afwijkingen onthullen - een glitch in de Matrix - en ons een kijkje in de structuur van het raster geven. Een paper van MIT-ingenieur Seth Lloyd uit 2013 bouwt een pleidooi voor een intrigerende draai aan het concept: als ruimte-tijd wordt gemaakt van kwantumbits, moet het universum een gigantische kwantumcomputer zijn. Beide begrippen werpen natuurlijk een verontrustend dilemma op: wie of wat schreef de code als het universum een computerprogramma is?
Een actief superzwaar zwart gat in de kern van de Centaurus Een sterrenstelsel blaast stralen van straling de ruimte in. (ESO / WFI (zichtbaar); MPIfR / ESO / APEX / A.Weiss et al. (Magnetron); NASA / CXC / CfA / R.Kraft et al. (X-ray)) Het universum is een zwart gat
Elk boek "Astronomy 101" zal je vertellen dat het universum tijdens de oerknal is ontstaan. Maar wat bestond er vóór dat punt en wat veroorzaakte de explosie? Een artikel uit 2010 van Nikodem Poplawski, toen aan de Universiteit van Indiana, beweerde dat ons universum in een echt groot zwart gat was gesmeed.
Terwijl Stephen Hawking van gedachten verandert, is de populaire definitie van een zwart gat een gebied van ruimte-tijd zo dicht dat, voorbij een bepaald punt, niets aan zijn zwaartekracht kan ontsnappen. Zwarte gaten ontstaan wanneer dichte pakketten materie op zichzelf instorten, zoals tijdens de dood van vooral zware sterren. Sommige versies van de vergelijkingen die zwarte gaten beschrijven, zeggen verder dat de gecomprimeerde materie niet volledig ineenstort in een punt - of singulariteit - maar in plaats daarvan terugkaatst en hete, vervormde materie uitspuwt.
Poplawski kraakte de cijfers en ontdekte dat observaties van de vorm en samenstelling van het universum overeenkomen met het wiskundige beeld van een zwart gat dat wordt geboren. De eerste ineenstorting zou gelijk zijn aan de oerknal, en alles in en om ons heen zou gemaakt zijn van de gekoelde, herschikte componenten van die vervormde materie. Nog beter, de theorie suggereert dat alle zwarte gaten in ons universum zelf de poorten kunnen zijn om realiteiten af te wisselen. Dus hoe testen we het? Dit model is gebaseerd op zwarte gaten die draaien, omdat die rotatie onderdeel is van wat voorkomt dat de oorspronkelijke materie volledig instort. Poplawski zegt dat we een echo moeten zien van de spin die is geërfd van ons 'ouderlijke' zwarte gat in enquêtes van sterrenstelsels, met enorme clusters die in een lichte, maar mogelijk detecteerbare, voorkeursrichting bewegen.
Het universum is een bubbel in een oceaan van universums
Een andere kosmische puzzel komt naar voren als je bedenkt wat er gebeurde in de eerste splinters van een seconde na de oerknal. Kaarten met relieklicht die kort na de geboorte van het universum werden uitgezonden, vertellen ons dat de baby-ruimtetijd exponentieel groeide in een oogwenk voordat hij zich in een meer bezadigde expansiesnelheid vestigde. Dit proces, inflatie genaamd, is behoorlijk populair bij kosmologen en kreeg dit jaar een verdere impuls met de mogelijke (maar nog steeds niet bevestigde) ontdekking van rimpelingen in de ruimtetijd die zwaartekrachtgolven worden genoemd, die het product van de snelle groeispurt zouden zijn geweest.
Als inflatie wordt bevestigd, zouden sommige theoretici beweren dat we moeten leven in een schuimende zee van meerdere universums. Sommige van de eerste modellen van inflatie zeggen dat vóór de oerknal, ruimte-tijd een zogenaamd vals vacuüm bevatte, een hoog-energieveld zonder materie en straling die inherent onstabiel is. Om een stabiele toestand te bereiken, begon het vacuüm te borrelen als een pot kokend water. Met elke bubbel werd een nieuw universum geboren dat leidde tot een eindeloos multiversum.
Het probleem met het testen van dit idee is dat de kosmos belachelijk groot is - het waarneembare universum strekt zich ongeveer 46 miljard lichtjaar in alle richtingen uit - en zelfs onze beste telescopen kunnen niet hopen zo groot te kijken naar het oppervlak van een bubbel. Een optie is dus om te zoeken naar bewijs dat ons bellenuniversum in botsing komt met een ander. Tegenwoordig laten onze beste kaarten van het relikwie van de oerknal een ongewone koude plek in de lucht zien die een "blauwe plek" kan zijn van een botsing met een kosmische buurman. Of het kan een statistische toevalstreffer zijn. Dus een team van onderzoekers onder leiding van Carroll Wainwright aan de Universiteit van Californië, Santa Cruz, heeft computermodellen gebruikt om erachter te komen welke andere soorten sporen een bubbelsbotsing zou achterlaten in de echo van de oerknal.
