Wat is de grote crunch?

De Big Crunch-hypothese stelt dat de huidige uitdijing van het universum uiteindelijk zal stoppen en omkeren, waardoor alle materie weer samen zal worden getrokken in een oneindig heet, dicht punt – een singulariteit – wat mogelijk een nieuwe cyclus van kosmische geboorte zal veroorzaken.

De oerknal:het begin van het heelal

Ongeveer 13,8 miljard jaar geleden waren alle ruimte, tijd, materie en energie beperkt tot een singulariteit. Het zette zich explosief uit en koelde af vanaf een begintemperatuur van meer dan 10 ³²  K tot de ~3000°C waardoor protonen en elektronen zich binnen ~300.000 jaar konden combineren tot waterstof en helium.

Vroege fluctuaties in de dichtheid, niet groter dan één op de 100.000, vormden de basis voor de grootschalige structuur die we vandaag de dag waarnemen:sterrenstelsels, clusters en het kosmische web.

Bewijs voor kosmische expansie

Uit EdwinHubble’s waarnemingen uit 1929 van roodverschoven licht van verre sterrenstelsels bleek dat het heelal uitdijt. Hoe verder een sterrenstelsel zich bevindt, hoe sneller het zich terugtrekt – de wet van Hubble:v=H₀ d .De ontdekking van de kosmische microgolfachtergrond in 1965 leverde een momentopname op van het heelal op een leeftijd van 380.000 jaar, wat het oerknalmodel bevestigde.

Mogelijke toekomstscenario's:open, vlak of gesloten?

Drie geometrieën komen voort uit de algehele dichtheid van het universum (Ω):

• Open (Ω<1): Uitbreiding stopt nooit; sterrenstelsels drijven uit elkaar, sterren sterven en de kosmos koelt af tot een donkere, koude leegte.
• Vlak (Ω=1): De uitdijing vertraagt asymptotisch maar stopt nooit volledig – vergelijkbaar met een open universum op waarneembare tijdschalen.
• Gesloten (Ω>1): De uitdijing stopt en keert vervolgens om:de zwaartekracht overwint de aanvankelijke kinetische energie, wat leidt tot een Big Crunch.

Metingen van de Planck-satelliet duiden op Ω≈1,00±0,005, wat de voorkeur geeft aan een vlak of enigszins open heelal, hoewel er onzekerheden blijven bestaan.

Zwaartekracht versus expansie:het kosmische touwtrekken

Uitbreiding wordt aangedreven door de initiële kinetische energie van de oerknal, terwijl de zwaartekracht materie samentrekt. De kritische dichtheid, ρ_c , scheidt open van gesloten universums. De verhouding Ω=ρ/ρ_c bepaalt het lot:

• Ω>1:Het heelal zal instorten (Big Crunch).
• Ω=1:Het heelal komt tot stilstand (vlak).
• Ω<1:Heelal breidt zich voor altijd uit (open).

Donkere energie:de onverwachte versnelling

Waarnemingen van verre TypeIa supernovae in 1998 onthulden dat de uitdijing van het heelal versnelt en niet vertraagt. Deze versnelling wordt toegeschreven aan donkere energie, die ~73% van het kosmische energiebudget uitmaakt, vergeleken met 23% donkere materie en 4% gewone baryonische materie (Brecher, 2004).

Donkere energie oefent een afstotende druk uit (de kosmologische constante, Λ), waardoor de zwaartekracht wordt tegengegaan. Als donkere energie domineert, kan er geen gesloten universum ontstaan; de kosmos zal voor altijd uitdijen en mogelijk een hitte-doodscenario bereiken.

Dood en wedergeboorte:van grote knel tot grote sprong

Mocht Ω de kritische waarde overschrijden, dan zou een ineenstorting door de zwaartekracht optreden. Sterrenstelsels zouden samensmelten tot één enkel superstelsel; sterren zouden ontbranden en sterven, zwarte gaten zouden samensmelten tot een gigantische singulariteit. Theoretisch zou deze singulariteit kunnen ‘stuiteren’ – de Big Bounce – en zo een nieuwe oerknal en een nieuwe kosmische cyclus initiëren.

Alternatieve modellen van Steinhardt &Turok (2002) stellen dat donkere energie het universum naar een fase drijft waarin het zich opsplitst in meerdere, causaal gescheiden gebieden, die elk hun eigen oerknal ondergaan, waardoor een unieke ineenstorting wordt vermeden.

Veelgestelde vragen

Wat zijn de drie mogelijke lotgevallen van het universum?

1. Grote crunch: Instorten tot een singulariteit.
2. Grote scheur: Versnelde expansie scheurt alle structuren uit elkaar.
3. Grote bevriezing (hittedood): Oneindige expansie stopt de stervorming; het universum wordt koud en donker.

Is de Big Crunch nog steeds een haalbare theorie?

De huidige waarnemingen wijzen op een versnellende expansie die wordt gedomineerd door donkere energie, wat een Big Crunch onwaarschijnlijk maakt. Onzekerheden in de aard van donkere energie zorgen er echter voor dat het debat voortduurt.

Wat is de grote sprong?

De Big Bounce is een speculatief mechanisme waarbij een ineenstortend universum terugkaatst, waardoor een nieuwe Big Bang ontstaat en de kosmische cyclus opnieuw wordt ingesteld.

Meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

Meer geweldige links

Bronnen

• Bes, Dana. "Smithsoniaanse intieme gids voor de kosmos." Madison Press Book, 2004.
• Brecher, Kenneth. "Universum." Wereldboekenmultimedia-encyclopedie, 2004.
• Bucher, Martin A. &Spergel, D. N. "Inflatie in een universum met lage dichtheid." Scientific American, januari 1999.
• Genesis Zoeken naar oorsprong. "Kosmisch touwtrekken." 5 februari 2009, https://genesismission.jpl.nasa.gov/educate/scimodule/Cosmogony‑CosmogonyPDF /Cosmic‑TugOfWarTG.pdf
• Harder, Ben. "Universum eindeloos herboren in nieuw model van de kosmos." National Geographic News, 25 april 2002, https://news.nationalgeographic.com/news/2002/04/0425_020425_universe.html
• Hawking, Stephen. "De geïllustreerde korte geschiedenis van de tijd / het universum in een notendop." Bantam-boeken, 1996.
• Lemick, Michael D. "Voor de oerknal." Discover Magazine, 5 februari 2004, https://discovermagazine.com/2004/feb/cover/?searchterm=big%20crunch
• Muir, Hazel. "Het heelal zou tijdens een grote crisis alsnog kunnen instorten." New Scientist, 6 september 2002, https://www.newscientist.com/article/dn2759-universe-might-yet-collapse-in-big-crunch.html
• Musser, George. "Ben daar geweest, heb dat gedaan." Scientific American, maart 2002.
• Peebles, P.J., Schramm, D.N., Turner, E.L., &Kron, R.G. "De evolutie van het heelal." Scientific American, oktober 1994.
• Perlmutter, S. "Supernova's, donkere energie en het versnellende heelal." Natuurkunde vandaag, april 2003.
• Ronan, C. A. "Universum:de kosmos verklaard." Quantumboeken, 2007.
• Tarbuck, E.J. &Lutgens, F.K. "Earth Science", 11e druk, Pearson Education, 2006.