De ongelooflijke kracht van de Big Bang

Hoe is ons universum eigenlijk ontstaan? Wat zijn de redenen waardoor het universum is geworden zoals het nu is? De Big Bang kent nog veel geheimen en heeft nog veel niet begrepen eigenschappen. Deze probeert de mens al honderden jaren te begrijpen en stukje bij beetje leren we meer en meer. Maar wat is er eigenlijk bekend over de Big Bang?

De eerste seconde

In de eerste seconde van de Big Bang gebeurde er waarschijnlijk meer dan er ooit zal gebeuren in de rest van de biljoenen jaren in ons universum. In deze eerste seconde werd ruimte en tijd gecreëerd. De snelheid waarmee de materie zich verspreide was zelfs hoger dan de snelheid van het licht. De temperatuur lag zelfs rond de 10 miljard graden Celsius. Toch bewoog de materie niet sneller dan het licht. Het was de ruimte en tijd zelf die zich aan het uitrekken waren. Op deze manier was het mogelijk dat in een fractie van een seconde een zandkorrel zich uitzette tot de grote van de zon. De Big Bang heeft ongeveer 13.8 miljard jaar geleden plaatsgevonden, dit is bepaald door de algemene relativiteitstheorie. Met deze theorie kunnen we terug rekenen in de tijd, totdat we op het punt van singularity uitkomen. Op dit punt houdt de relativiteitswet op en kan deze geen antwoorden meer geven.

Wat is de Big Bang?

De Big Bang is hetgeen wat ons universum heeft gecreëerd. De Big Bang begon als een oneindig klein punt, met een oneindig grote massa, het zogenoemde point of singularity. Vanuit dit punt is letterlijk alles gevormd, de biljoenen Melkwegen met elk hun biljoenen sterren. Het is dus echt ongelofelijk en niet te bevatten hoe dit heeft kunnen plaatsvinden. Zo is de Big Bang geen explosie in het universum, maar de explosie die het universum creëerde. De dichtheid van dit punt van singularity gaat verder dan wij ons kunnen voorstellen. En het is nog wachten op een verklaring van dit rare verschijnsel die ook voorkomt in zwarte gaten en in witte gaten. Er wordt verwacht dat dit verklaart zal worden vanuit de kwantummechanica en gecombineerd moet worden met de algemene relativiteitstheorie. Maar de kwantummechanica staat nog in zijn kinderschoenen en veel antwoorden zullen dus nog lang op zich laten wachten.

De spreiding van materie

Ondanks het grove geweld dat gepaard ging met de Big Bang bij het begin van ons universum was het lange tijd onverklaarbaar hoe het kan dat alle Melkwegen relatief verspreid zijn. Er is niet een plek waar heel veel Melkwegen zich ophopen of hele grote plekken waar helemaal geen Melkwegen zijn. In 1980 kwam hier verandering in door Alan Guth en Andrei Linde, zei kwamen met de inflatietheorie die hier een verklaring voor gaf.

inflatie

Helemaal aan het begin van het universum vond er inflatie plaats. Dit betekent dat de expansie van het universum sneller ging dan de snelheid van het licht. Wat er voor zorgt dat wanneer je dit zou observeren je niks zult zien. Dit komt doordat de ruimte tussen de observeerder en het object sneller uitbreidt dan de snelheid van het ligt. Inflatie wordt ook gezien als reden voor de spreiding van Melkwegen, en dat deze allemaal ongeveer dezelfde temperatuur hebben doordat de verschillende Melkwegen in het begin wel “bij elkaar waren” en vandaaruit hun eigenschappen hebben mee gekregen. Dus ook de Melkwegen die we nu nog niet kunnen zien zullen grofweg dezelfde eigenschappen en temperatuur hebben als de Melkwegen die we wel ontdekt hebben.

Repulsive gravitation

Volgens de relativiteitstheorie van Einstein zijn er momenten waarop de zwaartekracht zich anders kan gedragen dan dat wij die over het algemeen ervaren. Hij zei namelijk dat er momenten zijn waarop zwaartekracht zich tegenovergesteld gedraagt dan zoals wij hem normaal waarnemen. Dit zou het geval zijn geweest bij de Big Bang, waar repulsieve gravitatie plaatsgevonden zou hebben. Deze zorgt er dan voor dat deeltjes niet naar elkaar toe worden getrokken maar juist weg worden geduwd, wat de extreem snelle expansie van het universum vlak na de Big Bang verklaart.

Achtergrondruis

In de eerste seconde was de temperatuur van de materie dus extreem hoog. Alphert en Robert Helman onderzochten dit onder leiding van Gamov. Zij voorspelden dat de straling van de Big Bang nog steeds waarneembaar moest zijn. Dit werd later bevestigd door Arno Allan Penzias en Robert Woodrow Wilson die in 1964 de straling detecteerden. Dit was echter bij toeval. Aanvankelijk dachten ze zelfs dat hun gloednieuwe ontvanger werd verstoord door vogelpoep. Vervolgens zijn ze hier in 1978 voor beloond met de Nobelprijs voor de natuurkunde. Sinds Penzias en Robert de achtergrondruis hebben waargenomen wordt algemeen aangenomen dat inflatie heeft plaatsgevonden in de eerste seconde van ons universum.

Hoe eindigt het?

De vraag hoe ons universum gaat eindigen is nog onbeantwoord. Er zijn echter wel 4 belangrijke theorieën.

Big Rip

In de theorie van de Big Rip zal het uitdijen van het universum voor eeuwig doorgaan. Dit wordt veroorzaakt door de donkere energie die zich bevindt in ons universum. Deze oefent meer kracht uit om te expanderen dan de zwaartekracht die alle massa naar elkaar toe probeert te trekken. Dit betekent dat ons universum steeds sneller en sneller uitdijt. Als deze snelheid te groot wordt valt alles uit elkaar. zelfs atomen zullen hier in de laatste secondes van het universum aan moeten geloven. Volgens berekeningen zou ons universum nog 35 miljard jaar bestaan voor de uitdijing deze snelheid behaald.

Big chill
Hierin gaat men er net als bij de Big Rip vanuit dat het universum voor altijd zou blijven uitdijen. Hier zou echter het gehele universum bevriezen, doordat de concentratie van gas, sterren en Melkwegen zo laag wordt dat de energie te ver verspreid wordt en de temperatuur op 0 Kelvin uitkomt. Omdat het gas te ver verspreid is zullen er zich geen nieuwe sterren meer vormen. Vervolgens zullen zelfs zwarte gaten verdampen, doordat ze door de zogenaamde Hawking straling hun energie zullen verliezen. De Big Chill wordt ook wel de Big Freeze genoemd omdat alles zal bevriezen en het absolute 0 punt bereikt zal worden.

Big Crunch

Deze theorie veronderstelt dat de zwaartekracht het uiteindelijk zal winnen van de uitdijing. Deze zal er dus voor zorgen dat uiteindelijk ons universum weer zal krimpen. Hierdoor zullen we het tegenovergestelde van een Big Bang krijgen, namelijk de zogenaamde Big Crunch. Deze theorie is echter grotendeels verworpen omdat de snelheid van uitdijing al te groot zou zijn om afgeremd te kunnen worden door de zwaartekracht. Toch is het niet uit te sluiten dat de Big Crunch zal plaatsvinden vanwege onze beperkte kennis over het universum.

Multiversum

De laatste theorie gaat er vanuit dat de uitdijing voor altijd door zal blijven gaan, maar ook dat andere ruimten dit doen. Hierdoor zullen ze elkaar kruisen en zouden ze kunnen blijven bestaan. In deze theorie wordt er ook uitgegaan van een multiversum, en zijn er meerdere universums die elk ook kunnen ontstaan door hun eigen Big Bang.

Lees verder

• Het multiversum vergezocht of realiteit?