Stel je voor dat we de volledige geschiedenis van het universum hadden kunnen filmen en de beelden in omgekeerde volgorde zouden afspelen. We zouden beginnen met het huidige beeld: een uitgestrekt en elegant web van sterrenstelsels en nevels. Maar naarmate de tijd terugdraait, krimpt alles samen tot een minuscuul energiepuntje – wat we allemaal kennen als de oerknal. En daar wordt het scherm zwart.
Lange tijd gold het als onmogelijk om te vragen wat er vóór dit moment gebeurde. Het zou hetzelfde zijn als vragen wat er ten noorden van de noordpool ligt – een zinloze, onmogelijke vraag. Maar de laatste jaren hebben enkele fysici een manier ontwikkeld om deze sluier op te lichten en een blik te werpen op wat daarachter ligt.
Belgische priester legde basis voor oerknaltheorie
De eerste ideeën over wat later de oerknaltheorie zou worden, kwamen uit de briljante geest van een Belgische priester. In 1927 stelde Georges Lemaître voor dat waarnemingen van van ons wegbewegende sterrenstelsels het best verklaard konden worden door een uitdijend universum. Later extrapoleerde hij dit tot de suggestie dat zo’n uitdijend universum begonnen moest zijn als een enkel punt – zijn ‘oer-atoom’.
Het debat woedde tot 1964, toen natuurkundigen Arno Penzias en Robert Wilson de kosmische microgolfachtergrond ontdekten. Dit lichtpatroon baadt nu de hele hemel en bewees onomstotelijk dat het universum begon in een hete, dichte toestand.
Nieuwe computermodellen doorbreken grenzen
Eugene Lim van King’s College London behoort tot de voorhoede van onderzoekers die ‘numerieke relativiteit’ gebruiken om deze grenzen te doorbreken. Hoewel we de vergelijkingen die deze periode beschrijven niet exact kunnen oplossen, kunnen we ze soms bij benadering oplossen – en dat kan nog steeds zeer informatief zijn.
Lim en zijn collega’s gebruiken supercomputers om Einsteins vergelijkingen voor ruimte en tijd bij benadering op te lossen. Door verschillende startcondities in te voeren, kunnen ze informatie vergaren over hoe ruimte-tijd zich zou gedragen onder voorheen onkenbare omstandigheden.
Inflatie-theorie onder de loep
De onderzoekers gebruiken deze methode om onze belangrijkste hypothese over wat er vóór de hete oerknal gebeurde te onderzoeken: de inflatie-theorie. Deze theorie, voorgesteld door Alan Guth en anderen in de jaren 1980, verklaart waarom materie en energie in het universum zo gelijkmatig verdeeld zijn op de grootste schalen.
In 2020 onderzochten Lim en Katy Clough van Queen Mary University of London verschillende configuraties van het hypothetische inflatonveld. Hun bevindingen waren verrassend: convexe velden bleken vaker inflatie te produceren dan concave velden, wat in tegenspraak is met aanwijzingen uit de kosmische microgolfachtergrond.
Hints naar andere universa
Het werk van Lim en anderen levert niet alleen inzichten in wat er vlak na de oerknal gebeurde, maar geeft ook verrassende hints over andere universa die mogelijk bestonden vóór het onze en er zelfs mee zouden kunnen zijn gebotst.
De onderzoekers werken nu aan voorspellingen over welk soort zwaartekrachtsgolven door verschillende inflatiemodellen zouden worden geproduceerd. De hoop is dat toekomstige waarnemingen van deze golven definitief kunnen bevestigen wat er werkelijk gebeurde in die eerste fractie van een seconde van ons universum.
‘Ik denk dat dit veld steeds meer aandacht zal krijgen naarmate meer mensen ontdekken hoe krachtig het is,’ zegt Lim. Deze doorbraak in ons begrip van de vroegste momenten van het universum zou wel eens kunnen leiden tot een complete herziening van onze kosmologische theorieën.
