Verschillende media noemen het laatste paper van Stephen Hawking zijn beste werk. Maar waar gaat het over? En is het echt zo baanbrekend?
Woensdag 2 mei werd het laatste paper van de beroemde kosmoloog Stephen Hawking, die 14 maart overleed, gepubliceerd. In het artikel, geschreven met Thomas Hertog, hoogleraar theoretische fysica verbonden aan KU Leuven, wordt er een alternatief aangedragen voor het heersende idee van een multiversum. Volgens de twee natuurkundigen zijn er namelijk niet zoveel verschillende universa als de heersende theorie ons doet geloven. Zeer interessant, ja. Ontzettend ingewikkeld, zeker. KIJK vroeg Jan Pieter van der Schaar, theoretisch fysicus aan de Universiteit van Amsterdam, om uitleg.
Waarom moest dit artikel er komen?
“We weten dat ons heelal tijdens de oerknal is ontstaan, en dat het sinds die tijd aan het uitdijen is – waarschijnlijk aangezwengeld door een korte oerfase van exponentieel snelle uitdijing, kosmologische inflatie genoemd. Ook weten we dat ons heelal bepaalde fundamenteel fysische eigenschappen heeft: het kent bepaalde natuurkrachten, elk deeltje heeft een bepaalde massa, etc. De vraag is dan, als alles vanuit een aantal begincondities tijdens de oerknal is bepaald, kunnen we dan voorspellen waarom het heelal is zoals het is?”
“Nu bestaan er verschillende modellen met betrekking tot die kosmologische inflatie. Typisch vind je daarin dat er niet één type heelal kan ontstaan – zoals de onze – maar dat er allerlei verschillende gebieden kunnen ontstaan in het heelal, met verschillende eigenschappen. Het heersende idee van het multiversum – oneindig veel universa die worden vergeleken met bubbels in een oceaan – zou het bestaan van deze verschillende gebieden kunnen verklaren. Maar dit idee van verschillende universa met verschillende eigenschappen, spreek het idee van een voorspelbaar heelal weer compleet tegen. Hawking is dan ook nooit fan geweest van het idee van een multiversum.”
Hoe dachten Hawking en Hertog dat het er dan uit zou zien?
“Als je wilt begrijpen wat er tijdens de oerknal gebeurd is, is alleen Einsteins algemene relativiteitstheorie – die beschrijft hoe ruimte en tijd uitdijt – helaas niet genoeg. Je moet ook begrijpen hoe kwantummechanica ingrijpt tijdens zo’n oerknal. Daar ligt meteen een van de grootste uitdagingen van theoretische fysica: die samensmelting tussen kwantummechanica en zwaartekracht, die begrijpen we nog niet.”
“Nu zijn er bepaalde ontwikkelingen in de snaartheorie en de theoretische fysica waarin voor het eerst, hoewel onder zeer specifieke condities, een concreet model blijkt te bestaan voor kwantumzwaartekracht. Éigenlijk werkt dit model niet in deze context, maar door een beetje met aannames te spelen, kwamen Hawking en Hertog erop dat er veel minder typen heelallen mogelijk zijn, dan het multiversumidee ons doet geloven.”
Is het idee van zo’n unieke voorspelling realistisch?
“Er zijn wel redenen om sceptisch te zijn. Allereerst is het überhaupt de vraag of het model dus werkt in deze ‘heelalvoorspellende’ context – de context waarin Hawking en Hertog hem gebruiken. En áls het al kan, dan is dat model nog steeds een sterk vereenvoudigde versie en dus nog erg ver verwijderd van onze eigen situatie.”
Wat zou er nodig zijn om te bewijzen dat wat Hawking en Hertog zeggen, waar is?
“Bewijzen is lastig. Wel zouden er wat mij betreft twee opties zijn om het aannemelijker te maken. Allereerst, vanuit een theoretisch perspectief, zou je de aannames die Hawking en Hertog doen, veel beter willen begrijpen. Het liefst zou je concreet, met alle vergelijkingen erbij, een voorbeeld willen zien waarin duidelijk is dat het gebruikte model voor kwantumzwaartekracht ook in een deze context gebruikt kan worden.”
“De tweede manier is door een specifiek kosmologisch inflatiemodel te identificeren. Zoals ik al zei weten we dat het prille heelal, exponentiele uitdijing heeft ondervonden na de oerknal. Het vervelende is dat er heel veel inflatiemodellen zijn, die dat proces beschrijven én dat ze heel erg op elkaar lijken. Als we zouden weten hoe de samensmelting tussen kwantummechanica en zwaartekracht werkt, zou dat gebruikt kunnen worden om het juiste inflatiemodel te identificeren. Dát model, samen met de data van de kosmologische achtergrondstraling, maakt het mogelijk het geheel te toetsen. Als uit dat inflatiemodel precies de kosmologische achtergrondstraling, zoals we die meten, komt rollen dan klopt het idee van Hawking en Hertog. Zo niet, dan moet men weer terug naar de tekentafel.”
Denkt u dat er veel mensen zullen afstappen van het heersende multiversummodel, en deze nieuwe theorie gaan aannemen?
“Ik denk dat er zeker mensen zullen zijn die het nieuwe idee in ieder geval een stuk aantrekkelijker zullen vinden, ja. Het is prettig als je iets heel precies kunt voorspellen – ook een bepaald type heelal met bepaalde eigenschappen. Die voorspelling is dan ook dé droom binnen de hoge-energie-theoretische natuurkunde. Het multiversummodel is voor sommige mensen moeilijk te slikken, omdat je het niet – of in ieder geval heel erg moeilijk – kunt aantonen. Dan is een voorspelbaar universum – het idee van Hawking en Hertog – veel prettiger.”
Als Hawking en Hertog gelijk hebben, zijn er dan ook praktische gevolgen?
“Bij vragen over het praktisch nut moet ik altijd denken aan een quote van Richard Feynman: ‘Physics is like sex: sure, it may give some practical results, but that’s not why we do it.’ Ik vermoed het niet. Bij Hawking gaat het meer om nieuwsgierigheid gedreven onderzoek, onderzoek naar het ‘waarom’. Dit artikel verandert dus alleen het beeld dat we van ons heelal hebben. En ik denk ook dat de echte betekenis van dit artikel zo nog wel eens 10 jaar op zich zou kunnen laten wachten.”
Bronnen: ‘A Smooth Exit from Eternal Inflation?’, dr. J. P. van der Schaar
Lees ook:
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!