Het scheelde weinig of het heelal zat vanaf het begin tjokvol zwarte gaten. Mogelijk heeft het higgsdeeltje ons daar met een uiterste krachtsinspanning voor behoed.

Onmiddellijk na de oerknal was het hele heelal compact en klein. Toen begon de zogeheten kosmische inflatie. Razendsnel groeide de ruimte tot astronomische proporties. Kosmologen begrijpen niet goed hoe deze inflatie tot stand kwam. Nu hebben David Sloan van de Britse University of Oxford en George Ellis van de University of Cape Town in Zuid-Afrika berekend dat het higgsdeeltje mogelijk het ontbrekende puzzelstukje is waarmee we inflatie kunnen doorgronden.

uitdijing-heelal-ballon
Al snel na de oerknal begon het heelal razendsnel uit te zetten.

Kosmische inflatie vereist het bestaan van een deeltje dat elk punt in de ruimte doorklieft. Het enige deeltje waarvan we weten dat het die eigenschap heeft, is het higgsdeeltje. En als het higgsdeeltje inderdaad verantwoordelijk is voor de inflatie, werpt dat volgens de berekeningen van Sloan en Ellis licht op een openstaande vraag: hoe ging het er in het heelal aan toe voordat de inflatie begon?

Deeltjesfysicus Dylan van Arneman: ‘Ik ben op zoek naar iets wat misschien niet bestaat’
LEES OOK

Deeltjesfysicus Dylan van Arneman: ‘Ik ben op zoek naar iets wat misschien niet bestaat’

Dylan van Arneman verruilt een paar keer per jaar zijn werkkamer op het Science Park in de Watergraafsmeer voor de ondergrond ...

Een miljoen dobbelstenen

De twee kosmologen gaan ervan uit dat het heelal in een vrij wanordelijke toestand begon, oftewel een toestand van hoge entropie. De reden daarvoor is dat er simpelweg veel minder geordende dan ordelijke toestanden zijn. ‘Stel dat je met een miljoen dobbelstenen gooit’, zegt Sloan. ‘Er is dan maar één manier om allemaal zessen te gooien. Maar als je toestaat dat je met één van de dobbelstenen geen zes gooit, heb je ineens vijf miljoen mogelijkheden om dat voor elkaar te krijgen.’

Een zwart gat is een object met een enorm hoge entropie, en voldoet dus aan de vereisten van een jong heelal. Het vroege heelal kan echter niet vol hebben gezeten met zwarte gaten, want dan was het nooit in zijn huidige staat terechtgekomen. Zwarte gaten klonteren namelijk vaak samen. Een jong heelal vol zwarte gaten zou zich daarom nooit ontwikkelen tot het huidige gladde universum, waarin de materie op grote schaal netjes verdeeld is.

Ook kan het jonge heelal niet uit één gigantisch zwart gat hebben bestaan. ‘Dan heb je slechts die ene singulariteit die je nooit kunt uitbreiden tot bomen, vogels en alle andere prachtige dingen die we nu in het universum zien’, zegt Sloan.

Zwarte gaten klonteren graag samen. Beeld: NASA

Zwaartekracht

Natuurkundigen kennen nog altijd niet de precieze eigenschappen van het higgsdeeltje. Er is weleens geopperd dat het bijbehorende higgsveld omgekeerd verband houdt met de zwaartekracht. Met andere woorden: als de sterkte van het higgsveld toeneemt, neemt de grootte van de zwaartekracht af.

De twee kosmologen berekenden dat deze aanname het zwartegatenprobleem kan oplossen. Het higgsveld was volgens hen vlak na de oerknal een stuk sterker dan nu. De zwaartekracht zou dan dus een stuk kleiner zijn geweest. Dat zou hebben voorkomen dat alle materie tot zwarte gaten ineenstortte. Vervolgens zorgde de inflatie ervoor dat alles uit elkaar bewoog.

Extravagant

De aanname dat het higgsveld de zwaartekracht in het jonge heelal heeft beteugeld, is een grote stap buiten het standaardmodel van de natuurkunde. Volgens kosmoloog David Wands van de Britse University of Portsmouth is het echter best mogelijk, gezien de huidige ideeën over het samenspel tussen de zwaartekracht en het higgsveld.

Een minpunt van het idee is dat we het mogelijk nooit kunnen testen. ‘Inflatie is nogal extravagant wat betreft de hoeveelheid ruimte die het produceert. Daardoor zien we slechts een minuscuul deel van het opgeblazen heelal’, zegt Wands. ‘Het is moeilijk om in dat kleine deel ideeën te testen over wat er voor de inflatie gebeurde.’

Sloan acht het echter niet onmogelijk om het idee in het huidige heelal te testen. We zouden de effecten ervan volgens hem kunnen zien in gebieden die lijken op het supercompacte pre-inflatie-heelal – bijvoorbeeld net buiten zwarte gaten.

LEESTIP: In het Pocket Science-deel Ruimtetijd vertelt Yannick Fritschy op toegankelijke wijze hoe Einstein ruimte en tijd bijeenbracht. Bestel het boek in onze webshop