De meeste natuurkundigen denken dat het heelal uitdijt. Het bewijs daarvoor kun je vinden door de roodverschuiving van verre sterrenstelsels te vergelijken met die dichter bij ons.
Roodverschuiving houdt in dat de golflengte van licht langer wordt als het object dat licht uitzendt zich van ons verwijdert. Verre sterrenstelsels hebben een grotere roodverschuiving dan stelsels dichter bij ons naarmate ze zich van ons verwijderen.
En het heelal dijt niet alleen uit – de uitdijing versnelt ook nog eens.
De theorie dat het heelal uitdijt, komt van de astronoom Edwin Hubble, maar vóór hem had Albert Einstein de kosmologische constante opgenomen in zijn algemene relativiteitstheorie.
Die verwijst naar een onbekende duwende kosmische kracht – een idee dat Einstein uiteindelijk zelf verwierp, omdat hij het heelal zag als plat en statisch.
Sindsdien is de theorie geherintroduceerd, om de versnelling te verklaren met behulp van donkere energie. Samen met donkere materie vormt die 95 procent van de totale energie en materie in het heelal – we kunnen ze alleen niet waarnemen.
De kosmologische constante bezorgt deeltjesfysici echter hoofdbrekens, omdat hun voorspellingen van de waarde ervan sterk afwijken van de waarnemingen.
Daarom stellen deze natuurkundigen nieuwe deeltjes voor om de discrepantie te verklaren: donkere materie.
Nu keert Lucas Lombriser, hoogleraar aan de afdeling theoretische natuurkunde van de universiteit van Genève, terug naar het idee van de kosmologische constante in een statisch, plat heelal.
Oude theorie lost problemen op
In het tijdschrift Classical and Quantum Gravity schrijft hij dat onze ervaring van een uitdijend heelal een illusie kan zijn.
Net als de jonge Einstein oppert Lombriser dat het heelal plat en statisch is. In plaats van op zoek te gaan naar nieuwe deeltjes of natuurkrachten, heroverweegt hij wat we al weten.
Illustratie van de klassieke interpretatie van de versnellende uitdijing van het heelal sinds de oerknal. In Lombrisers theorie is de uitdijing plat en statisch.
De effecten die lijken op uitdijing verklaart hij met de ontwikkeling van de massa van deeltjes (zoals protonen en elektronen) in de tijd.
Deze deeltjes zouden dan ontstaan in een veld dat door de hele ruimtetijd loopt. De kosmologische constante wordt bepaald door de massa van dit veld.
En naarmate het veld (willekeurig) fluctueert, varieert ook de massa van de deeltjes die erin ontstaan.
De kosmologische constante blijft dus fluctueren, maar dat wordt in dit model veroorzaakt doordat de deeltjesmassa verandert – niet door de uitdijing van het heelal.
In het model resulteert deze veldfluctuatie in grotere roodverschuivingen van verre sterrenstelsels dan traditionele kosmologische modellen voorspellen.
Zo blijft de kosmologische constante trouw aan de voorspellingen van het model.
Lombrisers theorie lost daarnaast het probleem op van de aard van donkere materie.
Hij zegt dat fluctuaties in het veld zich ook kunnen gedragen als een axionveld. Axionen zijn hypothetische deeltjes die een mogelijke kandidaat zijn voor donkere materie.
Observatie van het stelsel NGC 1569 met de Hubbleruimtetelescoop. Alles in het heelal wat we niet met licht kunnen waarnemen, moet bestaan uit donkere energie en donkere materie. Volgens Lombrisers theorie hoeven we niet meer naar deze materie en energie te zoeken om de toegenomen versnelling in de uitdijing van het heelal te verklaren. De concepten zijn overbodig.
Deze fluctuaties kunnen bovendien de noodzaak wegnemen van donkere energie, de hypothetische kracht die het weefsel van de ruimte uitrekt en zo stelsels steeds sneller uit elkaar drijft.
Volgens Lombriser kan dit effect verklaard worden doordat deeltjesmassa’s op latere momenten in het heelal een ander evolutionair pad volgen.
Hoewel de theorie oplossingen biedt voor enkele grote astrofysische problemen, moet hij eerst nog worden aangetoond.
Als we in de toekomst geen donkere materie of energie vinden, kan hij als alternatief dienen.