Is een groot mysterie uit de sterrenkunde op te lossen met een terug in de tijd reizende versie van ons universum?

Wat was er voor de oerknal? Niets, zullen de meeste kosmologen zeggen. Toen ons heelal zo’n 13,8 miljard jaar geleden werd geboren, markeerde dat het begin van de tijd. En van iets wat gebeurde voordat de tijd begon te lopen, kun je niet spreken. Net zomin als je het kunt hebben over iets wat ten noorden van de Noordpool ligt.

Toch zijn er wetenschappers die wel degelijk speculeren over een heelal voor het onze. De van origine Zuid-Afrikaanse natuurkundige Neil Turok bijvoorbeeld, die onlangs met zijn collega’s Latham Boyle en Keiran Finn een nieuwe variant op dat idee publiceerde. In dit artikel stelt het drietal dat er bij de oerknal twee heelallen ontstonden. Of eigenlijk: één gewoon heelal en één terug in de tijd reizend anti-heelal.

Verdubbeld heelal

Waarom Turok dat denkt? Vanwege de zogenoemde CPT-symmetrie. Die term wil het volgende zeggen. Stel je voor dat je een experiment doet met een aantal deeltjes en een bepaalde uitkomst vindt. Als je die deeltjes vervolgens vervangt door hun antideeltjes, ze spiegelt én de richting van de tijd omdraait, krijg je precies dezelfde uitkomst als eerst.

Behalve dan als je naar ons heelal als geheel kijkt, stelt Turok. Dat dijt uit, dus je kunt de tijd niet zomaar omdraaien; dan krijg je juist een krimpend heelal. Bovendien bevat ons heelal vrijwel alleen maar materie en nauwelijks antimaterie. Ook dat is moeilijk te rijmen met een heelal waarin CPT-symmetrie heilig is.

Om dat probleem op te lossen, verdubbelt Turok het heelal. Ten tijde van de oerknal ontstond er volgens hem niet alleen een heelal waarin de tijd vooruitliep en waarin materie dominant werd (ons heelal dus), maar ook een ‘antiheelal’ dat terug in de tijd ging en waar antimaterie de hoofdrol ging spelen. En die combinatie van heelal en anti-heelal is wél in balans qua CPT-symmetrie.

Rare uitschieters

Deze nieuwe kijk op de oerknal heeft als voordeel dat je er het donkere-materieprobleem mee zou kunnen oplossen. Zoals je in KIJK 3/2019 al kon lezen (‘Duister mysterie’), bestaat donkere materie mogelijk uit zogenoemde steriele neutrino’s. Dat zijn deeltjes die helemaal geen interactie hebben met andere deeltjes (waardoor ze niet zijn waar te nemen), maar die wel iets wegen. Daardoor kunnen ze de mysterieuze donkere materie vormen waar 85 procent van het heelal van is gemaakt.

Turok ziet in zijn heelal-anti-heelalcombinatie ruimte voor zulke steriele neutrino’s. Wel zouden die dan per stuk 500 miljoen keer zoveel moeten wegen als de protonen en neutronen waar atoomkernen uit bestaan. En misschien hebben we zulke zware deeltjes al gezien. Het experiment ANITA, dat aan een ballon boven de Zuidpool vliegt, heeft namelijk twee gekke metingen gedaan die kunnen wijzen op steriele neutrino’s met precies de juiste massa.

Klinkt veelbelovend, maar aan twee uitschieters te midden van jaren aan ‘normale’ waarnemingen mag je niet al te veel conclusies verbinden. Waarschijnlijker is dat het hier meetfouten betreft. Ook zijn steriele neutrino’s allesbehalve de enige mogelijke verklaring.

Bovendien heeft ANITA niet de steriele neutrino’s zelf gezien – dat kan immers niet, bij deeltjes die nul interactie hebben met andere deeltjes – maar de deeltjes waar zo’n steriel neutrino naar zou kunnen vervallen. En dat laatste is jammer voor Turok, want de steriele neutrino’s in zijn theorie vervallen juist nooit naar andere deeltjes.

‘Kleine aanpassing’

Een ander heikel punt in de theorie van Turok is dat hij de oerknal of big bang vervangt door een big bounce (een ‘grote stuiter’). Als je begint in het antiheelal en de tijd vooruit spoelt, zie je alle materie eerst samenkomen tot een hete, dichte toestand – de oerknal – die vervolgens overgaat in ons uitdijende heelal. “Turok en collega’s hebben geen concreet voorstel hoe dat proces zou verlopen”, stelt natuurkundige Marieke Postma van Nikhef.

Wel vindt Postma het een goede zaak dat de theorie een aantal voorspellingen doet die met experimenten zijn te checken. Helaas zit daar niets tussen waarvan je kunt zeggen: als je dit meet, dan was er inderdaad hoogstwaarschijnlijk een terug in de tijd reizend anti-heelal. Wel geldt in principe het tegenovergestelde: als de voorspellingen vanuit Turoks theorie niet uitkomen, kan het idee van tafel.

Tenminste, als Turok dan niet aan zijn theorie gaat sleutelen om hem toch te laten stroken met de waarnemingen. Dat wil in de wereld van de theoretische natuurkunde nog weleens gebeuren, en ook Turok lijkt daar niet vies van te zijn. Zo zinspeelt hij op de website PhysicsWorld al op een “kleine aanpassing van zijn theorie” om steriele neutrino’s toch te laten vervallen, zodat hij zijn donkere-materie-oplossing beter kan onderbouwen met de ANITA-waarnemingen. En dan kun je je afvragen of hij een “Nee, sorry, zo zit het toch niet” van Moeder Natuur op een ander vlak straks wél zal accepteren…

Deze Far Out staat ook in KIJK 4/2019.

Bronnen: Physical Review Letters, PhysicsWorld

Beeld: NASA/ESA/HUBBLE SM4 ERO TEAM

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Bestel dan hier ons nieuwste nummer. Abonnee worden? Dat kan hier!