Problemen met de Oerknaltheorie: het horizonprobleem

Hoewel er sterke bewijzen zijn vóór de Oerknal, zijn er ook enkele argumenten tégen de Oerknaltheorie. In dit artikel wordt een van deze tegenargumenten bekeken; het zogenaamde horizonprobleem.
Een van de drie belangrijkste punten waar de klassieke Oerknaltheorie geen verklaring voor had is het horizonprobleem:

Het horizonprobleem

Dit probleem gaat over de temperatuur van de zogenaamde kosmische achtergrondstraling, straling die van alle kanten uit de ruimte komt en volgens de Oerknaltheorie zo'n 379.000 jaar na de Oerknal is ontstaan bij de vorming van atomen.
Het horizonprobleem houdt in dat niet verklaard kan worden waarom de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling vanuit elke richting vrijwel gelijk is.

Waarnemingshorizon
Vanaf de Aarde kunnen we ongeveer 13 miljard lichtjaar ver zien. Daarom staan twee tegenovergestelde punten die beide 13 miljard lichtjaar van de Aarde staan, ten opzichte van elkaar zo'n 26 miljard lichtjaar van elkaar af.

Hierdoor liggen deze twee punten buiten elkaars waarnemingshorizon. Dit is een bolvormig gebied rond een punt in de ruimte, waarbuiten (vanuit dat punt gezien) niets zichtbaar is. Dit komt omdat het Universum nog maar een bepaalde tijd heeft bestaan. Daarom zullen objecten buiten je waarnemingshorizon voor jou niet zichtbaar zijn; ze staan zó ver weg dat het licht ervan je nog moet bereiken.

Om deze reden liggen twee punten die 26 miljard lichtjaar van elkaar af staan, buiten elkaars waarnemingshorizon. Het licht van het ene punt heeft nog niet genoeg tijd gehad om het andere punt te bereiken. Wij op Aarde zien beide punten, omdat wij in het midden liggen, en het licht van beide punten wél genoeg tijd heeft gehad om de Aarde te bereiken.

Het probleem
In de natuurkunde is er een wet dat informatie nooit sneller dan het licht kan worden overgebracht. 'Informatie' klinkt nogal algemeen, en dat is het ook. Informatie staat namelijk voor elke vorm van fysische interactie. De twee punten (A en B) kunnen daarom niet met elkaar in wisselwerking treden. Toch is de kosmische achtergrondstraling die afkomstig is van de twee punten, vanuit beide richtingen hetzelfde.

De kwantumfysica stelt echter dat er wel degelijk temperatuursverschillen bestonden in het vroege Heelal vanwege het zogenaamde onzekerheidsprincipe. Kleine fluctuaties in de temperatuur van het Universum (toen deze nog kleiner was dan een atoom) zouden ervoor moeten zorgen dat de achtergrondstraling uit verschillende richtingen, verschillende temperaturen heeft. Wij nemen echter waar dat de straling vanuit elke richting gelijk is.

De oplossing
Alan Guth kwam in 1981 met zijn zogenaamde inflatietheorie. Deze theorie zou het horizonprobleem kunnen oplossen, door aan te nemen dat het Universum vlak na de Oerknal tijdelijk exponentiël groeide. Dit zou betekenen dat alles in het zichtbare Heelal tijdens de korte periode vóór de inflatie, wél in contact met elkaar was, waardoor een thermisch evenwicht bereikt kon worden. De inflatie (snelle expansie van het Heelal) zorgde er vervolgens voor dat het Universum zó snel uitdijde dat de gebieden die in thermisch evenwicht waren, niet langer causaal verbonden waren. Dat wil zeggen dat deze gebieden buiten elkaars waarnemingshorizon terecht kwamen, en niet langer invloed op elkaar hadden. Om deze reden is de temperatuur van deze gebieden (bijna) hetzelfde gebleven, en is de achtergrondstraling vrijwel perfect homogeen.

© 2010 - 2025 Machans, het auteursrecht van dit artikel ligt bij de infoteur. Zonder toestemming is vermenigvuldiging verboden. Vanaf 2021 is InfoNu gestopt met het publiceren van nieuwe artikelen. Het bestaande artikelbestand blijft beschikbaar, maar wordt niet meer geactualiseerd.

Bronnen en referenties

http://nedwww.ipac.caltech.edu/level5/Guth/Guth3.html

Reacties

Martin, 21-10-2014
Als er een oerknal is geweest en wij kunnen nu aan de horizon de achtergrond straling meten en volgens de wetenschappers komt het overeen met de berekeningen die ze gemaakt hebben, dat het een paar graden boven het absolute nulpunt licht, dan vraag ik me af of de oerknal net zo iets was als de koude fusie, want je zou eigenlijk verwachten dat bij zo'n oerknal veel warmte vrij zou komen, wat we dan aan de horizon zouden moeten waar kunnen nemen, is dat niet een vreemde veronderstelling van deze wetenschappers, die met de koude fusie hoor je nu ook niets meer over en om het begin van een oerknal te berekenen, is toch bijna een onmogelijke opgave, een zwart gat is al niet te bevatten en te doorgronden en nu zou men zomaar uitgerekend hebben dat dit aan de verwachtingen voldoet van de oerknal, ik geloof er niks van, omdat als je het zichtbare heelal de snelheid moet geven die het nu heeft, moet er heel veel energie zijn vrijgekomen en zou daar niet meer van terug te zien zijn als een paar graden boven het absolute nulpunt?
Met de vriendelijke groeten Martin,Reactie infoteur, 06-01-2015
Beste Martin,

Je hebt inderdaad goed ingezien dat de oerknal heel warm moet zijn geweest. En het is een hele goede vraag: "waarom zien we daar niet meer van terug dan een paar graden boven het absolute nulpunt?"
Dat heeft te maken met de uitdijing van het heelal. Het heelal is nu veel groter dan het was tijdens de oerknal, En zoals je wellicht weet, koelen dingen af als ze uitzetten (dat is bijvoorbeeld de reden dat deodorant altijd zo koud is als het uit de spuitbus komt). Het is dus eigenlijk erg logisch dat de achtergrondstraling nu zo koud is, gezien hoe groot het heelal nu is.

Tot slot, een reden om misschien wat meer vertrouwen te krijgen in de wetenschappers. Het is niet het geval dat ze nu achteraf zeggen dat de temperatuur van de straling overeen komt met hun berekeningen. Ze hadden dit al berekend voor dat iemand de straling ooit gemeten had. Hoewel verschillende wetenschappers verschillende temperaturen hadden voorspeld, zaten ze aardig in de buurt. Pas jaren later (1965) hebben twee wetenschappers deze straling voor het eerst gemeten.

Voor mij is dat altijd een teken dat men het waarschijnlijk bij het juiste eind heeft: als iemand iets voorspelt voordat het gemeten wordt, in plaats van achteraf een berekening te geven die het goede antwoord geeft.

Groeten,
Hans