De oerknal had overal tegelijk plaats

Hawkings laatste paper

Naast ons universum zijn er mogelijk veel andere universums. Aan dit idee werkte Stephen Hawking tot kort voor zijn dood.

Artist impression van meerdere universums die naast elkaar zouden bestaan. Beeld Hollandse Hoogte

Begin deze maand, krap twee weken voor zijn overlijden, legde Stephen Hawking de laatste hand aan een nieuw wetenschappelijk artikel over het multiversum. Volgens dit idee bestaan er naast ons universum oneindig veel andere universums. De eerste versie van het artikel, dat hij schreef met zijn Belgische collega Thomas Hertog (universiteit van Leuven), verscheen vorig jaar al op de preprintserver arXiv.

„Wat we in het artikel beschrijven is een verbetering van het model dat Hawking en de Amerikaanse natuurkundige James Hartle in 1983 voorstelden”, mailt Thomas Hertog. In dat model beschrijven Hawking en Hartle hoe de tijd, zoals wij die nu kennen, begon op het moment van de oerknal, ongeveer 14 miljard jaar geleden.

Het begin van de tijd

De meeste mensen die zich de oerknal proberen voor te stellen, denken aan een heel klein punt van waaruit het hele universum met een grote knal ontstond. Maar dit beeld klopt niet. Het ontstaan van het heelal is nog veel onbevattelijker. Volgens Hawking en Hartle vond de oerknal niet op één punt plaats, maar overal tegelijkertijd.

Tot dit vermoeden kwamen ze door steeds verder terug te gaan in de tijd. Het universum wordt dan steeds kleiner en de dichtheid neemt steeds verder toe. Tot de dichtheid oneindig hoog wordt, de natuurwetten niet meer werken en de tijd stopt. Dat moment heet de singulariteit. Hoe groot het universum toen was, is niet bekend. Het is mogelijk dat de ruimte zelfs tijdens de oerknal oneindig groot was.

In deze Hartle-Hawking beschrijving van het universum, bestond er voor de oerknal dus geen tijd. Het universum had geen tijd- of ruimtegrenzen, zoals de aarde ook geen grens heeft; je kunt eeuwig rond blijven lopen over het aardoppervlak zonder ooit een einde of begin tegen te komen. Daarom heeft het geen zin om te vragen wat er gebeurde voor de oerknal. Of zoals Hawking het tijdens zijn lezingen zei: „De vraag wat er gebeurde aan het begin van de tijd lijkt op de vraag wat er gebeurde aan de rand van de wereld toen men nog dacht dat de aarde plat was. Die vraag was in een keer beantwoord toen we erachter kwamen dat de aarde niet een platte schijf is, maar een ronde bol.”

‘Bubbels’ met andere wetten

Het model van Hawking en Hartle gaf dus een verklaring voor de vraag wat er gebeurde voor de oerknal. Maar het leidde ook tot de lastig te begrijpen voorspelling: dat van oneindig veel verschillende universums die naast elkaar bestaan. „Volgens het model is het universum ontzettend veel groter dan wat we kunnen zien”, vertelt Ben Freivogel van de Universiteit van Amsterdam. „En als je ver genoeg reist kom je op plekken, of in ‘bubbels’, terecht waar de natuurwetten anders zijn dan in het heelal dat wij kennen.” In die andere bubbels kan het bijvoorbeeld zo zijn dat de uitdijing veel sneller of langzamer gaat. Of er is geen leven mogelijk omdat er geen planten kunnen ontstaan. Dit zogenoemde multiversum is dus een verzameling van allerlei verschillende soorten bubbels of universums die naast elkaar bestaan.

„Volgens deze theorie is het multiversum gigantisch groot en gevarieerd. Alles is mogelijk!”, zegt Hertog. Daardoor kan de theorie geen voorspellingen doen die getest kunnen worden met experimenten.

Daar was Hawking niet tevreden mee. „Jaren geleden zei Hawking tegen me: ‘Laten we proberen het multiversum te temmen’”, vertelt Hertog. Daar zijn ze sindsdien mee bezig geweest.

Lees hier de necrologie van de vorige week overleden Stephen Hawking

In het nieuwe artikel komen Hawking en Hertog een stap verder in hun zoektocht naar testbare voorspellingen. Ze verfijnden de wiskunde achter de theorie waardoor die niet meer oneindig veel, maar enkele universums beschrijft. Hertog: „Het multiversum dat zij beschrijft is daardoor sterk gereduceerd, wat haar als wetenschappelijk model aan kracht doet winnen. Dat zou het op termijn mogelijk moeten maken haar te testen.”

„Dit nieuwe artikel is geen grote doorbraak”, zegt Freivogel. „Het idee van een onbegrensd universum, waar Hawking in de jaren tachtig mee kwam, is belangrijk. Maar sindsdien is hij stapsgewijs bezig geweest om dit model beter en gedetailleerder te maken zodat het getest kan worden. In het artikel wordt gekeken naar versimpelde modellen. Er worden nog geen concrete voorspellingen gedaan die te testen zijn. Het is dus een stap vooruit, maar geen doorbraak.”

    • Dorine Schenk