In het begin was er een oneindig dichte, kleine bal van materie. Toen begon het allemaal te knallen en ontstonden de atomen, moleculen, sterren en sterrenstelsels die we vandaag de dag zien.

Dat is tenminste wat natuurkundigen ons de afgelopen decennia hebben verteld.

Maar nieuw theoretisch natuurkundig onderzoek heeft onlangs een mogelijk venster op het zeer vroege heelal onthuld, waaruit blijkt dat het misschien toch niet “zeer vroeg” is. In plaats daarvan is het misschien slechts de laatste herhaling van een knal-sprong-cyclus die al … nou ja, ten minste één keer, en mogelijk voor altijd, heeft plaatsgevonden.

Of course, before physicists decide to throw out the Big Bang in favour of a bang-bounce cycle, these theoretical predictions will need to survive an onslaught of observation tests.

Bouncing cosmologies

Scientists have a really good picture of the very early universe, something we know and love as the Big Bang theory. In dit model was het heelal lang geleden veel kleiner, veel heter en veel dichter dan het nu is. In dat vroege inferno 13,8 miljard jaar geleden werden alle elementen die ons maken tot wat we zijn, gevormd in een tijdsbestek van ongeveer twaalf minuten.

Even eerder, zo gaat deze gedachte, was ons hele heelal – alle sterren, alle sterrenstelsels, alles – op een gegeven moment zo groot als een perzik en had het een temperatuur van meer dan een quadriljoen graden.

Verbazingwekkend genoeg houdt dit fantastische verhaal stand bij alle huidige waarnemingen. Astronomen hebben van alles gedaan, van het observeren van de overgebleven elektromagnetische straling van het jonge heelal tot het meten van de abundantie van de lichtste elementen, en ze hebben ontdekt dat die allemaal overeenkomen met wat de Big Bang voorspelt. Voor zover we kunnen zeggen, is dit een nauwkeurig portret van ons vroege heelal.

Maar hoe goed het ook is, we weten dat het plaatje van de oerknal niet compleet is – er ontbreekt een puzzelstukje, en dat stukje zijn de vroegste momenten van het heelal zelf.

Dat is een behoorlijk groot stuk.

Gerelateerd: Van oerknal tot heden: Snapshots van ons heelal door de tijd heen

De vuurzee

Het probleem is dat de natuurkunde die we gebruiken om het prille heelal te begrijpen (een wonderlijk ingewikkeld allegaartje van algemene relativiteit en hoogenergetische deeltjesfysica) ons maar tot op zekere hoogte kan brengen voordat ze het begeeft. Naarmate we dieper en dieper in de eerste momenten van onze kosmos proberen door te dringen, wordt het steeds moeilijker om de wiskunde op te lossen, tot het punt waarop het gewoon … ermee ophoudt.

Het belangrijkste teken dat we nog terrein te ontginnen hebben, is de aanwezigheid van een “singulariteit”, of een punt van oneindige dichtheid, aan het begin van de oerknal. Op het eerste gezicht zegt dit ons dat op een bepaald moment het heelal in een oneindig klein, oneindig dicht punt werd gepropt. Dit is natuurlijk absurd, en wat het ons echt vertelt is dat we nieuwe natuurkunde nodig hebben om dit probleem op te lossen – onze huidige gereedschapskist is gewoon niet goed genoeg.

Gerelateerd: 8 manieren waarop je Einsteins relativiteitstheorie in het echt kunt zien

Om de dag te redden hebben we een nieuwe fysica nodig, iets dat in staat is om zwaartekracht en de andere krachten, gecombineerd, bij ultrahoge energieën aan te kunnen. En dat is precies wat de snaartheorie beweert te zijn: een natuurkundig model dat in staat is de zwaartekracht en de andere krachten, gecombineerd, bij ultrahoge energieën te hanteren. Dat betekent dat de snaartheorie beweert de vroegste momenten van het heelal te kunnen verklaren. Een van de vroegste snaartheoretische noties is het “ekpyrotische” heelal, dat komt van het Griekse woord voor “vuurzee” of “vuur”. In dit scenario werd wat wij kennen als de Big Bang aangewakkerd door iets anders dat ervoor gebeurde – de Big Bang was geen begin, maar een onderdeel van een groter proces.

Uitbreiding van het ekpyrotisch concept heeft geleid tot een theorie, wederom gemotiveerd door de snaartheorie, die cyclische kosmologie wordt genoemd. Ik veronderstel dat, technisch gezien, het idee van een zich voortdurend herhalend heelal duizenden jaren oud is en dateert van vóór de fysica, maar de snaartheorie heeft het idee een stevige wiskundige basis gegeven. Het cyclische heelal gaat precies zoals je je kunt voorstellen, voortdurend stuiterend tussen oerknallen en grote kraakbewegingen, mogelijk voor eeuwig terug in de tijd en voor eeuwig in de toekomst.

Vor het begin

Hoe cool dit ook klinkt, vroege versies van het cyclische model hadden moeite om overeen te komen met waarnemingen – en dat is een groot probleem als je probeert wetenschap te bedrijven en niet alleen verhaaltjes rond het kampvuur vertelt.

Het grootste struikelblok was de overeenstemming met onze waarnemingen van de kosmische microgolf-achtergrond, het fossiele licht dat overbleef toen het heelal nog maar 380.000 jaar oud was. We kunnen niet direct voorbij die muur van licht kijken, maar als je theoretisch gaat sleutelen aan de fysica van de prille kosmos, beïnvloed je dat nagloeiende lichtpatroon.

En zo leek het erop dat een cyclisch heelal een keurig maar onjuist idee was.

Maar de ekpyrotische fakkel is in de loop der jaren blijven branden, en een paper dat in januari is gepubliceerd in de arXiv-database heeft de kreukels in de wiskunde onderzocht en een aantal eerder gemiste kansen blootgelegd. De natuurkundigen, Robert Brandenberger en Ziwei Wang van de McGill University in Canada, ontdekten dat op het moment van de “bounce”, wanneer ons universum krimpt tot een ongelooflijk klein punt en terugkeert naar een Big Bang-toestand, het mogelijk is om alles op een rij te zetten om het juiste observationeel geteste resultaat te krijgen.

Met andere woorden, de gecompliceerde (en, toegegeven, slecht begrepen) natuurkunde van dit kritieke tijdperk kan inderdaad een radicaal herziene kijk op onze tijd en plaats in de kosmos mogelijk maken.

Maar om dit model volledig te testen, zullen we moeten wachten op een nieuwe generatie kosmologie-experimenten, dus laten we wachten met het openbreken van de ekpyrotische champagne.

Paul M. Sutter is astrofysicus aan SUNY Stony Brook en het Flatiron Institute, presentator van Ask a Spaceman en Space Radio, en auteur van Your Place in the Universe.

• De grootste onopgeloste mysteries in de fysica
• De 12 vreemdste objecten in het heelal
• Big Bang to civilization: 10 verbazingwekkende oorsprongsgebeurtenissen

Originally published on Live Science.