De oerknal en de oorsprong van alles

Hoe is het universum begonnen? Dat is een vraag die wetenschappers en filosofen door de geschiedenis heen hebben nagedacht toen ze naar de sterrenhemel hierboven keken. Het is de taak van astronomie en astrofysica om een ​​antwoord te geven. Het is echter niet gemakkelijk om aan te pakken.

De eerste grote glimpen van een antwoord kwamen in 1964 uit de lucht. Dat is het moment waarop astronomen Arno Penzias en Robert Wilson een microgolfsignaal ontdekten dat verborgen was in gegevens die ze gebruikten om te zoeken naar signalen die werden teruggekaatst door Echo-ballonsatellieten. Ze gingen er destijds van uit dat het gewoon ongewenste ruis was en probeerden het signaal weg te filteren.

Het blijkt echter dat wat ze ontdekten afkomstig was uit een tijd kort na het begin van het universum. Hoewel ze het destijds niet wisten, hadden ze het wel ontdekt Kosmische magnetron achtergrond (CMB). De CMB was voorspeld door een theorie genaamd de Big Bang, die suggereerde dat het universum begon als een dicht punt in de ruimte en zich plotseling naar buiten uitbreidde. De ontdekking van de twee mannen was het eerste bewijs van die oorspronkelijke gebeurtenis.

Wat begon de geboorte van het universum? Volgens de natuurkunde is het universum ontstaan ​​uit een singulariteit - een term die natuurkundigen gebruiken om gebieden in de ruimte te beschrijven die de wetten van de natuurkunde trotseren. Ze weten heel weinig over singulariteiten, maar het is bekend dat dergelijke regio's bestaan ​​in de kernen van zwarte gaten. Het is een regio waar alle massa die is opgeslokt door een zwart gat in een klein punt wordt geperst, oneindig groot, maar ook heel erg klein. Stel je voor dat je de aarde propt tot iets ter grootte van een pinpoint. Een bijzonderheid zou kleiner zijn.

Dat wil niet zeggen dat het universum echter begon als een zwart gat. Een dergelijke veronderstelling zou de vraag oproepen of er iets bestaat voordat de Big Bang, wat behoorlijk speculatief is. Er bestond per definitie niets vóór het begin, maar dat feit schept meer vragen dan antwoorden. Als er bijvoorbeeld niets bestond vóór de oerknal, wat zorgde er dan voor dat de singulariteit in de eerste plaats werd gecreëerd? Het is een 'gotcha'-vraag die astrofysici nog steeds proberen te begrijpen.

Toen de singulariteit eenmaal was gecreëerd (hoe het ook gebeurde), hebben natuurkundigen een goed idee van wat er daarna gebeurde. Het universum verkeerde in een hete, dichte toestand en begon uit te breiden door middel van een proces dat inflatie wordt genoemd. Het ging van heel klein en heel dicht naar een zeer hete staat. Vervolgens koelde het af terwijl het uitzet. Dit proces wordt nu de Big Bang genoemd, een term die voor het eerst werd bedacht door Sir Fred Hoyle tijdens een radio-uitzending van de British Broadcasting Corporation (BBC) in 1950.

Hoewel de term een ​​soort explosie impliceert, was er echt geen uitbarsting of knal. Het was echt de snelle uitbreiding van ruimte en tijd. Zie het als het opblazen van een ballon: als iemand lucht in blaast, zet de buitenkant van de ballon naar buiten toe uit.

Het zeer vroege universum (op een moment een paar fracties van een seconde nadat de oerknal begon) was niet gebonden aan de wetten van de natuurkunde zoals we die nu kennen. Niemand kan dus met grote nauwkeurigheid voorspellen hoe het universum er op dat moment uitzag. Toch wetenschappers hebben een geschatte representatie kunnen maken van hoe het universum evolueerde.

Ten eerste was het kinderuniversum aanvankelijk zo heet en dicht dat zelfs elementaire deeltjes zoals protonen en neutronen konden niet bestaan. In plaats daarvan verschillende soorten er toe doen (materie en antimaterie genoemd) kwamen met elkaar in botsing en creëerden pure energie. Toen het universum de eerste minuten begon af te koelen, begonnen zich protonen en neutronen te vormen. Langzaam kwamen protonen, neutronen en elektronen samen om waterstof en kleine hoeveelheden helium te vormen. Tijdens de miljarden jaren die volgden, vormden zich sterren, planeten en sterrenstelsels om het huidige universum te creëren.

Dus terug naar Penzias en Wilson en de CMB. Wat ze vonden (en waarvoor ze een Nobelprijs), wordt vaak beschreven als de "echo" van de oerknal. Het liet een handtekening van zichzelf achter, net zoals een echo in een kloof een 'handtekening' van het oorspronkelijke geluid vertegenwoordigt. Het verschil is dat in plaats van een hoorbare echo, de aanwijzing van de oerknal een kenmerk van warmte is in de hele ruimte. Die signatuur is specifiek bestudeerd door het ruimtevaartuig Cosmic Background Explorer (COBE) en de Wilkinson Magnetron Anisotropiesonde (WMAP). Hun gegevens leveren het duidelijkste bewijs voor de kosmische geboorte-gebeurtenis.

Terwijl de Oerknal theorie is het meest geaccepteerde model dat de oorsprong van het universum verklaart en wordt door iedereen ondersteund het observationele bewijs, er zijn andere modellen die hetzelfde bewijs gebruiken om iets anders te vertellen verhaal.

Sommige theoretici beweren dat de oerknaltheorie gebaseerd is op een onjuiste premisse - dat het universum is gebouwd op een steeds groter wordende ruimtetijd. Ze suggereren een statisch universum, wat oorspronkelijk werd voorspeld door Einsteins theorie van algemene relativiteit. Einsteins theorie werd pas later aangepast om tegemoet te komen aan de manier waarop het universum lijkt uit te breiden. En uitbreiding is een groot deel van het verhaal, vooral omdat het gaat om het bestaan ​​van donkere energie. Ten slotte lijkt een herberekening van de massa van het universum de oerknaltheorie te ondersteunen.

Hoewel ons begrip van de feitelijke gebeurtenissen nog steeds onvolledig is, helpen CMB-gegevens de theorieën vorm te geven die de geboorte van de kosmos verklaren. Zonder de oerknal zouden er geen sterren, sterrenstelsels, planeten of leven kunnen bestaan.

• De Big Bang is de naam die wordt gegeven aan de geboortegebeurtenis van het universum.
• Men denkt dat de oerknal heeft plaatsgevonden toen iets de aanzet gaf tot een kleine singulariteit, zo'n 13,8 miljard jaar geleden.
• Licht van kort na de oerknal is waarneembaar als de kosmische microgolfstraling (CMB). Het vertegenwoordigt licht uit een tijd dat het pasgeboren universum zo'n 380.000 jaar na de oerknal oplichtte.

• "De oerknal." NASA, NASA, www.nasa.gov/subject/6890/the-big-bang/.
• NASA, NASA, science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-powered-the-big-bang.
• 'De oorsprong van het heelal.' National Geographic, National Geographic, 24 april 2017, www.nationalgeographic.com/science/space/universe/origins-of-the-universe/.

Bijgewerkt en bewerkt door Carolyn Collins Petersen.