Het multiversum – Ans Hekkenberg
Natuur- en sterrenkundige Ans Hekkenberg (1988) is redacteur bij New Scientist. Zij schreef een handzaam boekje over dat duizelingwekkende idee van het multiversum. In vijf hoofdstukken behandelt ze evenzoveel theorieën over het multiversum waarbij we ons moeten realiseren dat geen daarvan bewezen werd. Sterker nog, zulke theorieën zijn not even wrong: Het kan niet getest worden en dus niet weerlegd. Oei, dat geldt ook voor de godsidee en als rechtgeaard atheïst zou ik dit boekje dus onmiddellijk uit mijn handen moeten laten vallen. Iets zegt me dat ik toch maar verder moet lezen. Overigens gaat dit boekje niet in op de stelling dat er voor ons heelal een eerdere versie bestond en dat er na het onze weer een nieuwe op zal duiken. Neen, het gaat hier om parallelle universa, as we speak zo te zeggen. Ik zal proberen weer te geven wat Ans Hekkenberg over de afzonderlijke theorieën te berde bracht maar ik zou u aan willen raden dit boekje zelf te lezen. Het tart uw verbeeldingskracht in elk denkbaar opzicht en de impact ervan is ongekend. Ik vond het in zekere zin opzienbarend.
De inflatietheorie
We beginnen met onze plek in het Melkwegstelsel en we proberen ons voor te stellen dat er donkere materie en donkere energie bestaat. Donkere materie zorgt ervoor dat de sterren niet uit zo’n melkwegstelsel worden weggeslingerd. Donkere energie zorgt er juist voor dat het heelal verder en sneller groeit. Je zou juist verwachten dat de zwaartekracht ervoor zorgt dat het heelal inkrimpt maar niets is minder waar. Ons heelal bestaat voor 73 procent uit donkere energie, voor 23 procent uit donkere materie en voor 4 procent uit al het voor ons zichtbare of meetbare spul. We gaan ervan uit dat het heelal altijd al oneindig was en dat ook zal blijven. Groei wil hier zeggen dat er steeds meer van dat oneindige ding bijkomt. De dichtheid van het heelal en de sterrenstelsels zal dus af blijven nemen.
De zwaartekracht is een kromming van de ruimtetijd, die objecten moeten volgen. Tijd en ruimte beïnvloeden elkaar en kunnen ook niet van elkaar gescheiden worden. Na de oerknal, die geen knal was, groeide het universum in een fractie van een seconde in een onvoorstelbaar tempo. Astronomen noemen dat de inflatieperiode. Het heelal vulde zich met deeltjes en straling en koelde af tot ons universum. Zo’n inflatieperiode kan zich ook elders hebben voorgedaan om aldaar een nieuw universum te vormen. In principe kan dat proces zich eindeloos herhalen. De bubbels van parallelle universa komen steeds verder uit elkaar te liggen en het is onmogelijk om van het ene naar het andere universum te reizen. De ruimte tussen die bubbels groeit immers sneller dan het geluid. Ruimtetijd zelf kan namelijk zo snel groeien als het maar wil. Binnen de ruimtetijd geldt zoals we weten de beperking van de lichtsnelheid.
Stel nu dat in die inflatieperiode een andere bubbel tegen de onze botste, dan kunnen we die andere bubbel wellicht bewijzen! Wanneer de inflatie van een bubbel stopt, komt dat stukje universum in een stabiele fase die het niet meer zal verlaten. Maar de rest van het inflatieveld kan gewoon voort denderen. Dit proces komt in principe nooit meer tot stilstand, het inflatieheelal houdt zichzelf voor altijd in stand. Voorwaarde voor zo’n multiversum is dus wel die inflatieperiode! Tegenstanders van deze theorie zoals de Amerikaan Paul Steinhardt menen dat er geen oerknal was maar periodes waarin het heelal groter wordt (zoals nu) en periodes waarin het krimpt. Hawking gelooft met de Belg Thomas Hertog niet dat de inflatie oneindig doorzet. Zij menen dat als inflatie ergens stopt, stopt ze overal en dan kan er nooit een multiversum ontstaan.
Het onbewijsbaar vlakke universum
De diameter van het zichtbare heelal (dat steeds groter wordt) bedraagt zo’n 93 miljard lichtjaar. We zeggen daarvan dat we alleen waarnemingen kunnen doen binnen ons Hubblevolume. We gaan er nu van uit dat hel heelal niet bolvormig maar vlak is. De kromming van de ruimtetijd wijkt maximaal 0,4 procent af van de vlakke optie. Overigens, de inflatietheorie voorspelt een vlak heelal. Boodschappen van buurtbewoners of aliens die we nu niet kunnen zien, zullen we ook in een verre toekomst niet zien als gevolg van de uitdijing van het heelal. In oneindige verzamelingen zal alles wat kan gebeuren ook daadwerkelijk gebeuren, oneindig vaak zelfs.
Men noemt dit het flatgebouwscenario ofwel het flatgebouwuniversum. Als astronomen erin slagen te bewijzen dat het universum oneindig is. In dat geval is een flatgebouwscenario niet alleen waarschijnlijk maar zelfs onvermijdelijk. En dan bestaat er dus ergens een aardbol als de onze, volstrekt identiek, inclusief u en ik! Dat bewijs gaan we echter nooit kunnen leveren. We weten niet of de kromming van het heelal buiten het voor ons zichtbare deel niet toch toeneemt zodat er alsnog sprake zou zijn van een bolvorm.
Multiversum als opties in een kansspel
In het quantumjargon heet het moment waarin een van de opties overleeft, het ineenstorten van de golffunctie van het deeltje. Volgens de Amerikaanse natuurkundige Hugh Everett splitst de werkelijkheid dan in tweeën. Dit is de zogeheten veel-werelden-interpretatie waarin alle mogelijke uitkomsten van een quantum-meting echt zijn maar ieder in hun eigen universum. Hier zijn dus alle universa even oud en er gelden ook overal dezelfde universele wetten. Men zegt hier ook wel van dat alles wat niet verboden is, verplicht is. Het probleem is dat deze theorie zich vooralsnog niet laat bewijzen. Om het nog ingewikkelder te maken, bedacht de Japanse natuurkundige dat dit superpositiemodel feitelijk hetzelfde is als het inflatiemodel. De bubbels uit dat inflatiemodel vertegenwoordigen dan als het ware alle mogelijke superposities. We weten dat een deeltje in superpositie blijft tot het gemeten wordt. In beginsel kan een deeltje dus oneindig in dispositie blijven, bijvoorbeeld wanneer een deeltje geen ander deeltje meer tegenkomt omdat de te overbruggen afstanden te groot zijn geworden.
De snaartheorie
In essentie gaat het hier om snaartjes die trillen en verschillende trillingen leiden tot verschillende deeltjes. In overeenstemming met E=MC2 zal een trillend snaartje dat een quark oplevert met meer energie heen en weer zwiepen dan een elektronsnaartje. Dit model is niet te testen, zelfs de LHC kan die kleine snaartjes niet detecteren. Daar komt bovendien bij dat volgens sommigen de snaartheorie elf dimensies vraagt, zeven die wij nog niet kennen dus. Zij zouden tot een ongekend klein formaat zijn opgerold en daarmee voor ons niet zichtbaar.
Zo’n trillende eenheid hoeft niet per se een snaartje te zijn maar kan ook twee- of driedimensionaal zijn. Men spreekt dan van branen en ons universum speelt zich af op zo’n braan, heel wat groter dus dan zo’n klein snaartje maar er is niets wat zo’n formaat zou verbieden. Misschien heeft die braan wel veel meer dimensies maar die kunnen wij niet waarnemen. Voor ons ligt de grens vooralsnog bij vier dimensies. Wat ik echter niet begrijp is waarom wij de voor ons wel zichtbare dimensies van een reuzenbraan niet waarnemen, of is het zo dat de overige onbekende dimensies dat onmogelijk maken?
De zwaartekracht vormt eigenlijk een groot probleem omdat die zo zwak is. De drie overige krachten zijn qua duw- en trekkracht redelijk met elkaar in evenwicht. Het charmante is nu dat de braantheorie van de snaartheorie hier een verklaring voor kan bieden: de elektromagnetische, de sterke en de zwakke kernkracht bevinden zich op het braan van ons universum maar de zwaartekracht lekt naar andere branen. Dat zou dan gebeuren door middel van het niet bewezen deeltje graviton. Het vervolg van de uitleg van Hekkenberg kan ik helaas niet meer volgen. Het wordt te technisch. Maar nu komt het: het weglekken van gravitonen naar andere dimensies valt te bewijzen door de deur naar de hyperruimte te sluiten en te kijken of dan gravitonen gevangen raken in ons braan. Dat betekent dat je metingen zult moeten doen op een schaal kleiner dan wat we tot nu toe aankunnen: duizendsten van een millimeter. De LHC van CERN hoopt juist het weglekken van zo’n graviton ooit eens te ontdekken.
Landschaptheorie
De verschillende dimensies zijn een gevolg van het trillingsgetal van snaartjes. De vraag is dan welke vorm die extra dimensies hebben. De wiskundigen Calabi en Yau hebben een eerste aanzet gegeven voor zulke potentiële vormen. Maar er bleken zo waanzinnig veel opties te zijn dat natuurkundigen zich afvroegen hoeveel opties eigenlijk denkbaar zijn en men veronderstelt nu dat elke Calabi-Yau vorm verschillende gedaantes kan aannemen, afhankelijk van de flux ofwel de hoeveelheid spul die er door een oppervlakte stroomt.
Het universum groeit steeds sneller dankzij donkere energie en de hoeveelheid energie in een willekeurig deel van de ruimte noemt men de kosmologische constante. Een geldig universum heeft een minuscule maar positieve kosmologische constante en dat noemt men een ‘De Sitter universum’ naar de Nederlandse kosmoloog Willem de Sitter (1872-1934) Zonder die minuscule positieve donkere energie zou een universum al snel weer in elkaar storten. Welnu, fysici hebben kunnen berekenen dat er tenminste 10 tot de macht 500 mogelijke manieren zijn om een geldig universum op te bouwen. Dit noemt men het landschap van de snaartheorie. Tot nog toe is het niet gelukt ook maar één van die waanzinnige hoeveelheden mogelijkheden uit te werken. Misschien zit er toch ergens een denkfout.
Als je de snaartheorie combineert met de inflatietheorie is het niet zo moeilijk je voor te stellen dat er telkens nieuwe bubbels met een nieuwe kosmische constante ontstaan en op enig moment zal je dan ook ons universum tegenkomen. En dan zijn we opeens helemaal niet meer zo bijzonder maar zelfs voorspelbaar en onvermijdelijk!
Is dit echt wetenschap?
Er zijn wetenschappers die menen dat nadenken over multiversum niet tot de wetenschap behoort en daar is wat voor te zeggen. We kunnen multiversa niet zien, niet bereiken, niet meten, hun bestaan kortom niet bewijzen. Maar je kunt ook niet bewijzen dat ze er niet zijn. En dan heeft zo’n multiversum plotseling een grote overeenkomst met de godsidee! Dan mag je het volgens kritische wetenschappers ook geen theorie noemen. Hekkenberg stelt daar tegenover dat je wel degelijk wetenschap bedrijft als het bestaan van een multiversum het onvermijdelijke gevolg is van de bestaande natuurkundige wetten of wanneer een verzameling universa nodig is om te verklaren waarom ons universum eruit ziet zoals het doet.
Wat mij betreft een acceptabele en sluitende redenering waarbij we ons wel af moeten vragen of diezelfde redenering dan niet ook opgaat voor de godsidee. Ik zal die gedachte ver van me werpen naar hier niet verder uitwerken. Het feit dat wij in dit universum konden ontstaan is een direct gevolg van de waarde van de kosmische constante. Maar is dat dan niet waanzinnig toevallig? Niet als je doordenkt in termen van een multiversum. Ons model is slechts één uit vele. En voorspelbaar. En onvermijdelijk.
Ik houd van dit soort boeken. Knap hoe Ans Hekkenberg erin slaagt deze razend lastige materie toch toegankelijk te maken voor een leek zoals ik. Het helpt als je al wel wat ingelezen bent in de materie, maar de minimale vereiste voor het lezen van deze inleidende verkenning is belangstelling en nieuwsgierigheid. Zou zij dieper in deze materie duiken dan zou ook ik vermoedelijk snel af moeten haken. Nu laat ze me achter met het gevoel dat ik er tenminste toch iets van begrepen heb. Een heerlijk boekje, kortom. Doe uzelf een plezier en lees het ook.
Recensie door Enno Nuy
Ans Hekkenberg, Het multiversum, New Scientist, 2021, 98 pagina’s
