Fysici, waaronder de beroemde Brit Sir Roger Penrose, beweren dat ze aanwijzingen hebben gevonden voor het bestaan van een heelal dat voorafging aan het onze. Dit lijkt positief voor de theorie van Penrose dat talloze universa elkaar periodiek opvolgen. Maar andere fysici zijn sceptisch over het resultaat en de theorie.

Kaart van de kosmische achtergrondstraling met extreem kleine, willekeurige temperatuurfluctuaties. De rode gebiedjes zijn ongeveer 0,0002 graden Celsius warmer en de blauwe evenveel kouder. Bron: NASA

Volgens de conformal cyclic cosmology-theorie (CCC) van Penrose gaat het universum door oneindig veel ‘aeonen’: extreem lange perioden in tijd. Elk universum-aeon begint met een soort oerknal. Daarna groeit het heelal en krijgt het structuren, zoals sterren- en planetenstelsels. Wanneer uiteindelijk alle sterren zijn uitgedoofd, koelt het universum af en wordt het een koude, donkere leegte. Volgens het CCC-model begint na dit kille einde weer een nieuw aeon, met een nieuwe oerknal.

Controversiële bewering dat het universum scheef is, kan de kosmologie op zijn kop zetten
LEES OOK
Controversiële bewering dat het universum scheef is, kan de kosmologie op zijn kop zetten

Let op: dit is dus iets anders dan de multiversum-theorie, waarbij meerdere universa als bubbels naast elkaar bestaan.

Verdampende zwarte gaten

Volgens het CCC-model zullen over ongeveer googol jaar (10100 jaar, een 1 met 100 nullen) alle sterren zijn uitgedoofd. Het enige, zwakke schijnsel in het universum is dan afkomstig van verdampende zwarte gaten.

Zwarte gaten verdampen door een quantumeffect dat plaatsvindt aan de rand: Hawkingstraling. Het bestaan van deze straling is voorspeld door de Britse natuurkundige Stephen Hawking.

Volgens de quantummechanica ontstaan in het vacuüm af en toe, uit het niets, een deeltje en een antideeltje. Meestal botsen die binnen een fractie van een seconde tegen elkaar aan en verdwijnen ze in het niets waaruit ze ontstonden. Maar als twee deeltjes vlak naast een zwart gat ontstaan, kan een van de twee in het gat vallen. Het andere deeltje blijft dan eenzaam achter. Dit soort deeltjes vormen de Hawkingstraling.

Het lijkt nu alsof er uit het niets een deeltje is gemaakt. Zonder naburig antideeltje kan het deeltje namelijk niet ongemerkt verdwijnen. Dat zou tegen de wet van behoud van energie ingaan. Daarom kost het opslokken van zo’n deeltje het zwarte gat energie. Het zwarte gat wordt een heel klein beetje kleiner en lichter.

Die verdamping is zo zwak dat het in het huidige universum niet meetbaar is. Maar aan het eind van een aeon is een universum bijna leeg en kunnen zwarte gaten niets meer opslokken om te groeien. Dan zullen ze door de Hawkingstraling heel langzaam verdampen.

Hawking-punten

Kosmische achtergrondstraling met Hawking-punten uitgelicht. Bron: Daniel An, Krzysztof A. Meissner and Roger Penrose, BICEP2 Collaboration, V. G. Gurzadyan

Hawkingstraling is dus het laatste schijnsel dat, als je heel goed kijkt, in een uitdovend universum te zien is. Volgens het CCC-model gloeit die straling na in de oerknal van het volgende universum-aeon. Penrose beschrijft dat die straling zichtbaar is als punten in de kosmische achtergrondstraling (warmtestraling die vlak na de oerknal werd uitgezonden). De punten die met een nagloeiend zwart gat corresponderen, zouden een hogere temperatuur hebben dan de omgeving. Deze punten noemen de auteurs ‘Hawking points’ (Hawking-punten), ter nagedachtenis aan de begin 2018 overleden Stephen Hawking.

Samen met twee collega’s doorzocht Penrose de kosmische achtergrondstraling op deze Hawking-punten. Ze bestudeerden een derde van de achtergrondstraling. Daarin vonden ze ongeveer twintig plekken met een relatief hoge temperatuur.

Twintig mogelijke Hawking-punten dus. Dat lijkt misschien een mooi resultaat, maar volgens Penroses voorspelling moet de achtergrondstraling in totaal ongeveer een miljoen van die punten bevatten. ‘Wat er met de rest aan de hand is, is onduidelijk’, schrijft theoretisch fysicus Sabine Hossenfelder op haar blog. ‘Misschien zijn ze te zwak om geobserveerd te worden.’

Cirkels en punten

Plek in de kosmische achtergrondstraling waar Penrose met een collega in een eerder artikel cirkels ziet die afkomstig zouden zijn van botsende zwarte gaten uit een eerder aeon, Bron: V. G. Gurzadyan
en R. Penrose

Er is meer kritiek op het artikel. ‘Ik ben erg sceptisch over deze resultaten’, zegt de niet betrokken fysicus James Zibin van de University of British Columbia in Canada ‘En ik wil benadrukken dat het artikel enkel verschenen is op de voorpublicatiesite ArXiv en niet gepubliceerd is. Het heeft dus nog geen peerreview.’

Zibin doet onderzoek naar de kosmische achtergrondstraling. Eerder testte hij de bevindingen van Penrose waaruit zou blijken dat er cirkelpatronen te vinden zijn in de achtergrondstraling. Die zouden afkomstig zijn van botsende zwarte gaten in een vorig aeon en dus een bewijs vormen voor het CCC-model.

Zibin toonde met collega’s echter aan dat de kosmische achtergrondstraling sowieso willekeurige structuren van warmere en koudere plekken bevat. Het is best mogelijk om, als je ernaar zoekt, cirkelvormige patronen te vinden. Maar, zo toonde Zibin aan, die ontstaan waarschijnlijk toevallig en niet doordat er in een vorig aeon zwarte gaten botsten.

Zibin verwacht dat dit ook geldt voor de nieuwe resultaten. ‘Vele andere onderzoekers hebben al gezocht naar bijzonder hete of koude plekken in de achtergrondstraling’, zegt hij. ‘Maar niemand heeft ooit iets opvallends gevonden.’

Niemand begrijpt het

De patronen die de auteurs beweren te zien in de achtergrondstraling zijn dus niet overtuigend als bewijs. Veel fysici zijn bovendien überhaupt niet overtuigd van de theorie. ‘Behalve de bedenkers ervan, heb ik geen enkele kosmoloog ontmoet die precies begrijpt wat het CCC-model is’, zegt hoogleraar kosmologie Douglas Scott, eveneens van de University of British Columbia. ‘En omdat de natuurkunde erachter zo onduidelijk is, weten we ook niet hoe het bewezen kan worden.’

Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.

Lees ook: