De oerknaltheorie is de bekendste en meest geaccepteerde verklaring voor het begin en de evolutie van het heelal, maar het is nauwelijks een consensus onder wetenschappers.

De Braziliaanse natuurkundige Juliano Cesar Silva Neves maakt deel uit van een groep onderzoekers die zich een andere oorsprong durven voorstellen. In een recent gepubliceerd onderzoek in het tijdschrift Algemene relativiteitstheorie en zwaartekracht , Neves suggereert de eliminatie van een belangrijk aspect van het standaard kosmologische model:de behoefte aan een ruimtetijd-singulariteit die bekend staat als de oerknal.

Door deze mogelijkheid aan de orde te stellen, Neves betwist het idee dat de tijd een begin had en herintroduceert de mogelijkheid dat de huidige expansie werd voorafgegaan door krimp. "Ik geloof dat de oerknal nooit heeft plaatsgevonden, " zei de fysicus, die als onderzoeker werkt aan de Wiskunde van de Universiteit van Campinas, Statistics &Scientific Computation Institute (IMECC-UNICAMP) in de staat Sao Paulo, Brazilië.

voor Neves, de fase van snelle ruimtetijd-expansie sluit de mogelijkheid van een eerdere contractiefase niet uit. Bovendien, de omschakeling van krimp naar expansie heeft misschien niet alle sporen van de voorgaande fase vernietigd.

Het artikel, die het werk weerspiegelt dat is ontwikkeld in het kader van het thematische project "Fysica en geometrie van ruimtetijd, " beschouwt de oplossingen voor de algemene relativiteitsvergelijkingen die de geometrie van de kosmos beschrijven en stelt vervolgens de introductie voor van een "schaalfactor" die ervoor zorgt dat de snelheid waarmee het universum uitdijt niet alleen afhangt van de tijd, maar ook van de kosmologische schaal.

"Om de snelheid te meten waarmee het universum uitdijt met de standaard kosmologie waarin er een oerknal is, er wordt een wiskundige functie gebruikt die alleen afhangt van de kosmologische tijd, " zei Neves, die het idee uitwerkte met professor Alberto Vazques Saa van IMECC-UNICAMP.

Met de schaalfactor de oerknal zelf, een kosmologische singulariteit, houdt op een noodzakelijke voorwaarde te zijn voor de kosmos om universele expansie te beginnen. Een begrip uit de wiskunde dat onbepaaldheid uitdrukt, de term 'singulariteit' werd door kosmologen gebruikt om de oorspronkelijke kosmologische toestand te karakteriseren die 13,8 miljard jaar geleden bestond, toen alle materie en energie werden samengeperst tot een toestand van oneindige dichtheid en temperatuur, waar de traditionele wetten van de fysica niet langer gelden.

De oerknaltheorie vindt zijn oorsprong in de late jaren 1920 toen de Amerikaanse astronoom Edwin Hubble ontdekte dat bijna alle sterrenstelsels met steeds hogere snelheden van elkaar weg bewegen.

Vanaf de jaren veertig, wetenschappers, geleid door Einsteins algemene relativiteitstheorie, construeerden een gedetailleerd model van de evolutie van het universum sinds de oerknal. Het model zou tot drie mogelijke uitkomsten kunnen leiden:de oneindige uitdijing van het heelal bij steeds hogere snelheden; de stagnatie van de uitbreiding in een blijvende basis; of een omgekeerd proces van terugtrekking veroorzaakt door de zwaartekracht uitgeoefend door de massa van het universum, bekend als de Big Crunch.

"Het elimineren van de singulariteit of de oerknal brengt het stuiterende universum terug naar het theoretische stadium van de kosmologie. De afwezigheid van een singulariteit aan het begin van de ruimtetijd opent de mogelijkheid dat overblijfselen van een eerdere samentrekkingsfase de faseverandering hebben doorstaan ​​​​en nog steeds wees bij ons in de voortdurende expansie van het universum, ' zei Neves.

Neves conceptualiseert dat "stuiterende kosmologie" geworteld is in de hypothese dat de Big Crunch plaats zou maken voor een eeuwige opeenvolging van universums, het creëren van extreme omstandigheden van dichtheid en temperatuur om een ​​nieuwe inversie in het proces op gang te brengen, plaats maken voor expansie in een andere bounce.

Overblijfselen van samentrekking

Zwarte gaten zijn het startpunt van Neves' onderzoek naar een theoretisch 'stuiterend universum'.

"Wie weet, er kunnen overblijfselen zijn van zwarte gaten in de voortdurende expansie die dateren uit de eerdere contractiefase en intact door de bottleneck van de bounce zijn gegaan, " hij zei.

Bestaande uit de geïmplodeerde kern die overblijft nadat een gigantische ster is ontploft, zwarte gaten zijn een soort kosmisch object waarvan de kern samentrekt om een ​​singulariteit te vormen, een punt met oneindige dichtheid en de sterkste zwaartekracht die er bestaat. Niets ontsnapt eraan, niet eens licht.

Volgens Neves, een zwart gat wordt niet bepaald door singulariteit, maar eerder door een gebeurtenishorizon, een membraan dat het point of no return aangeeft van waaruit niets ontsnapt aan het onverbiddelijke lot om te worden verzwolgen en vernietigd door de singulariteit.

"Buiten de waarnemingshorizon van een gewoon zwart gat, er zijn geen grote veranderingen, maar erin, de veranderingen zijn diepgeworteld. Er is een andere ruimtetijd die de vorming van een singulariteit vermijdt."

De schaalfactor geformuleerd door Neves en Saa is geïnspireerd door de Amerikaanse natuurkundige James Bardeen. In 1968, Berdeen gebruikte een wiskundige truc om de oplossing te wijzigen van de algemene relativiteitsvergelijkingen die zwarte gaten beschrijven.

De truc bestond erin om de massa van een zwart gat niet als een constante te beschouwen, zoals vroeger het geval was, maar als een functie die afhangt van de afstand tot het centrum van het zwarte gat. Met deze verandering, een ander zwart gat, een gewoon zwart gat genoemd, kwam voort uit de oplossing van de vergelijkingen. "Gewone zwarte gaten zijn toegestaan, omdat ze de algemene relativiteitstheorie niet schenden. Het concept is niet nieuw en is de afgelopen decennia vaak herzien, ' zei Neves.

Aangezien het invoegen van een wiskundige truc in de algemene relativiteitsvergelijkingen de vorming van singulariteiten in gewone zwarte gaten zou kunnen voorkomen, Neves overwoog een soortgelijke kunstgreep te maken om de singulariteit in een regelmatige bounce te elimineren.

In de moderne wetenschap, een theorie is waardeloos als ze niet kan worden geverifieerd, hoe mooi en inspirerend het ook is. Hoe toets je de hypothese van een oerknal die niet begon met een singulariteit? "Door te zoeken naar sporen van de gebeurtenissen in een samentrekkingsfase die mogelijk in de aanhoudende expansiefase zijn gebleven. De kandidaten zijn onder meer overblijfselen van zwarte gaten uit een eerdere fase van universele samentrekking die de bounce mogelijk hebben overleefd, ' zei Neves.