Een tweede oerknal? Zo maar, onaangekondigd? Paul Steinhardt schrikt als die catastrofale mogelijkheid het fascinerendste aspect van zijn nieuwe theorie wordt gevonden. Ja, het is waar, het valt niet helemaal uit te sluiten. En inderdaad, als er zo’n tweede oerknal komt, is het afgelopen met alles en iedereen: dan verandert de kosmos in een ziedende zee van materie en energie. Maar de kans is heel klein; áls het al gebeurt duurt het zeker nog vele miljarden jaren, en bovendien: daar drááit het helemaal niet om in de theorie van het ‘ekpyrotisch heelal’. Is het niet fascinerend genoeg dat er een alternatief is ontwikkeld voor de óórsprong van de kosmos? Laat die mogelijke rampzalige toekomst dan maar liever buiten beschouwing.
Steinhardt, een vermaard theoretisch fysicus van Princeton University, houdt zich al tientallen jaren bezig met de oorsprong van de kosmos. Twintig jaar geleden was hij een van de grondleggers van de zogeheten inflatiehypothese. Volgens dat model maakte het heelal in de eerste minieme fractie van een seconde na het ontstaan een periode van extreem snelle, exponentiële uitdijing door.
De inflatietheorie biedt een sluitende verklaring voor een aantal merkwaardige eigenschappen van het heelal, zoals de uitzonderlijke homogeniteit (in grote lijnen ziet het heelal er in elke richting hetzelfde uit), de opmerkelijke vlakheid (de driedimensionale ruimte lijkt geen ‘vierdimensionale’ kromming te vertonen), en het bestaan van minieme ‘rimpelingen’ in de oersoep, waaruit later de sterrenstelsels ontstonden.
Het inflatie-idee blijkt echter verrassend moeilijk te bevestigen of te weerleggen. Van een echte theorie in de wetenschappelijke zin van het woord is dan ook eigenlijk nauwelijks sprake. Bovendien kent het model zo zijn eigen problemen: op het tijdstip t=0 zouden temperatuur en dichtheid van het heelal oneindig hoog zijn geweest (natuurkundigen spreken van een ‘singulariteit’ – een sjiek woord om aan te geven dat er iets ernstig mis is), en de inflatietheorie lijkt ook niet logisch voort te komen uit de snaartheorie – momenteel de meest veelbelovende theorie in de deeltjesfysica.
Steinhardts theorie van het ‘ekpyrotisch heelal’ brengt daar mogelijk verandering in. De naam is afgeleid van het Griekse woord ekpyrosis (‘wereldbrand’), waarmee een allesvernietigend kosmisch vuur werd beschreven. Volgens de Stoïcijnen zou het heelal periodiek vergaan en herboren worden in zo’n wereldbrand.
In de nieuwe theorie was ons heelal aanvankelijk leeg en koud. Maar dertien miljard jaar geleden kwam het in botsing met een parallelheelal. De nadering van dat andere heelal veroorzaakte de uitdijing van het onze, en de energie van de botsing leidde tot de oerknal en de vorming van alle materie en straling.
Parallelheelallen hebben al lang de overstap gemaakt van sciencefiction naar wetenschap. Volgens de veelbelovende M-theorie (de nieuwste versie van de snaartheorie) is het decor van de kosmos in feite een vierdimensionale ‘bulkruimte’. Ons driedimensionale heelal vormt een van de twee ‘begrenzingen’ van deze bulkruimte, net zoals een tweedimensionaal tafeloppervlak een van de twee begrenzingen vormt van een driedimensionaal houten blad. Het andere ‘grensheelal’ kunnen we niet zien, maar het bevindt zich volgens de M-theorie vlakbij het onze, op een afstand van een minieme fractie van een nanometer, maar wel in de vierde dimensie.
Samen met Justin Khoury (Princeton), Burt Ovrut (University of Pennsylvania) en Neil Turok (Cambridge University) heeft Steinhardt nu een theorie ontwikkeld waarin het onzichtbare grensheelal zich splitst. Het afgesplitste heelal beweegt heel langzaam door de vierdimensionale bulkruimte, en komt uiteindelijk in botsing met ons grensheelal. Die botsing zou de oerknal hebben veroorzaakt.
Het artikel van Khoury, Ovrut, Steinhardt en Turok is ter publicatie aangeboden aan het vakblad Physical Review D, en werd onlangs op Internet geplaatst. Volgens Steinhardt zullen de komende weken nog drie of vier artikelen worden gepresenteerd waarin deelaspecten van de theorie verder worden uitgewerkt. ‘Het is voor het eerst dat er een levensvatbaar alternatief bestaat voor inflatie,’ zegt hij. ‘Alle problemen waar de inflatietheorie voor is bedacht, worden door ons model ook opgelost.’
Reacties uit de wetenschappelijke wereld op de nieuwe theorie zijn nog nauwelijks voorhanden. Nobelprijswinnaar Gerard ‘t Hooft van de Universiteit Utrecht vindt het op het eerste gezicht ’een raar verhaal’, maar geeft toe dat hij nooit veel op heeft gehad met de M-theorie. Zijn collega Bram Achterberg wil eerst de 63 pagina’s tellende preprint eens doorlezen, net als de Amerikaanse kosmoloog Jim Peebles. Maar Peebles zegt wel dat hij elk serieus alternatief voor de inflatietheorie van harte verwelkomt. ‘Er was de afgelopen twintig jaar geen keus,’ zegt hij, ‘maar naar mijn idee werd het inflatiemodel door sommige kosmologen een beetje te gemakkelijk omarmd.’
En hoe zit het met die mogelijke tweede oerknal? Volgens Steinhardts collega Turok is het denkbaar dat zich in de bulkruimte meerdere parallelheelallen bevinden. ‘Als er nog een keer een botsing optreedt, zou dat ronduit catastrofaal zijn,’ zegt hij. Om er vervolgens snel aan toe te voegen dat dit wel een heel speculatieve gedachte is, en dat er overigens indirecte aanwijzingen zijn dat zo’n tweede oerknal zeker de eerste tien miljard jaar niet te verwachten valt.
Steinhardt heeft het er liever helemaal niet over. Het zou de aandacht maar afleiden van de ware essentie van zijn nieuwe scheppingstheorie, zegt hij. Maar ja, dan moet je je theorie natuurlijk niet naar de periodieke ekpyrosis van de Grieken noemen.