Zondag 09/08/2020

4 scenario's

Hoe zal het heelal vergaan (en kan er iets overleven)?

Beeld EPA

Geen reden om te panikeren, maar het heelal zal vergaan. Gelukkig is de dag des oordeels nog miljarden jaren verwijderd, want fraai ziet het er niet uit. Hoe ons universum uiteindelijk aan zijn einde komt, is niet zeker, maar wetenschappers tekenden vier mogelijke scenario's uit.

Dat onze planeet gedoemd is om ooit te vergaan, staat vast. Over hoe dat zal gebeuren, zijn wetenschappers het grotendeels eens: over ongeveer zes miljard jaar zal de aarde wellicht verdampen wanneer de zon uitdijt tot een grote reus - een ster in de eindfase van zijn leven - en onze planeet verzwelgt.

Maar wat met de rest van het heelal? De aarde is slechts één van de planeten in ons zonnestelsel, onze zon maar één van de miljarden sterren in de melkweg, en de melkweg is maar één van de vele galactische stelsels in het heelal.

Over het einde van al die andere stelsels, is de wetenschap veel minder duidelijk. Vier scenario's worden plausibel geacht. De BBC lijstte ze op.

1. Big Freeze

Een eerste - het oudste - scenario vindt zijn oorsprong in de thermodynamica. Dat is het onderdeel van de natuurkunde dat de gevolgen van warmte bestudeert. Thermodynamici stellen dat het heelal aan een hittedood zal sterven. Denk hierbij echter niet aan een vurig inferno - de hittedood is het gevolg van het wegvallen van alle warmteverschillen.

Veel hangt af van die verschillen in warmte. Een auto kan rijden omdat het binnenin de motor warmer is dan erbuiten. Een kerncentrale werkt door water te verhitten en daarmee een turbine van energie te voorzien. De voeding die we dagelijks eten, kan enkel bestaan dankzij het enorme temperatuurverschil tussen de zon en de rest van de wereld.

Eens het heelal de hittedood bereikt, zal alles dezelfde temperatuur hebben. Elke ster zal doven, alle materie zal afsterven, en alles wat overblijft is een enorme soep van deeltjes en stralingen, net boven het vriespunt.

Beeld EPA
Beeld REUTERS

2. Big Crunch

Na de ontwikkeling van de thermodynamica in de vroege jaren 1800, leek een big freeze het enige plausibele einde van het heelal. Maar honderd jaar geleden voorspelde Albert Einstein met zijn algemene relativiteitstheorie nog een dramatischer lot.

Volgens Einstein wordt het ultieme lot van het heelal bepaald door de materie en energie van het heelal zelf. Hij stelde dat het heelal óf uitdijt óf krimpt. De Amerikaanse astronoom Edwin Hubble toonde in 1929 aan dat het heelal aan het uitdijen is - iets wat leidde tot de Big Bang-theorie. En plots hing het lot van het heelal af van één eenvoudige vraag: zal het heelal blijven uitdijen, en hoe snel?

Het antwoord hangt af van hoeveel 'inhoud' het heelal heeft, zoals materie en licht. Meer inhoud betekent meer zwaartekracht, wat de expansie vertraagt. Zolang de hoeveelheid materie geen kritische drempel overschrijdt, zal het heelal blijven uitzetten, tot de hittedood bereikt wordt en het heelal bevriest.

Maar is er te veel materie, dan zal de expansie vertragen en uiteindelijk stoppen. Een universum dat zich samentrekt, wordt kleiner en kleiner, heter en vaster, om te eindigen in een buitengewoon compact inferno - een soort omgekeerde Big Bang, 'Big Crunch' genaamd.

Het grootste deel van de twintigste eeuw waren astrofysici onzeker welk van bovenstaande twee scenario's onze ondergang zou betekenen. Onderzoek naar hoeveel materie ons heelal heeft, leidde in 1998 tot een verbazingwekkende ontdekking: de expansie van ons heelal versnelt.

Dat kan niet het gevolg zijn van gewone materie en energie, en was aldus het eerste bewijs van een nieuwe soort energie: donkere energie. Deze energie gedraagt zich als een soort negatieve zwaartekracht, en drijft het heelal uit elkaar. Wat het juist is, weten we nog steeds niet. Maar ongeveer zeventig procent van het heelal zou op dit moment bestaan uit donkere energie, en dat cijfer groeit elke dag.

Het bestaan van donkere energie betekent dat het lot van het heelal niet bepaald wordt door zijn materie. De donkere energie versnelt de expansie, wat een Big Crunch veel minder waarschijnlijk maakt. Dat betekent echter niet dat een Big Freeze onvermijdelijk is.

3. Big Change

Een andere mogelijkheid stamt uit de deeltjesfysica. De theorie klinkt als sciencefiction - wat ze in zekere zin ook is.

In de sci-fiklassieker 'Cat's Cradle' heeft Kurt Vonnegut het over een nieuwe vorm van waterijs, ice-nine, met een opmerkelijke eigenschap: het bevriest op 46 graden Celsius. Wanneer een kristal van ice-nine in een glas water valt, kristalliseert al het water meteen.

Hetzelfde kan in het echte leven gebeuren met normaal ijs en normaal water. Wanneer u zeer helder water in een zeer proper glas schenkt en dat net onder het vriespunt brengt, zal het water vloeibaar blijven. Zonder onzuiverheden in het water en ruwe plekken in het glas kan ijs zich nergens beginnen vormen. Maar als u een ijskristal in het water laat vallen, zal het water zeer snel beginnen bevriezen, net als ice-nine.

Waarom is dit relevant voor het lot van ons universum?

Volgens de kwantumfysica is er zelfs in een volledig leeg vacuüm een kleine hoeveelheid energie aanwezig. Maar mogelijk bestaat er ook een ander soort vacuüm, met minder energie. Als dat klopt, is het hele universum als een glas superkoel water. Dat kan maar duren tot er een luchtbel opduikt van een vacuüm met minder energie.

Of een dergelijk vacuüm bestaat, is niet zeker. Wél zeker, volgens de kwantumfysica, is dat het - áls het bestaat - onvermijdelijk ooit in het heelal zal opduiken. En als dat gebeurt, zal het nieuwe vacuüm het oude omvormen zoals ice-nine.

De luchtbel zou zich met de snelheid van het licht uitzetten. Binnenin de luchtbel zouden de dingen drastisch veranderen: fundamentele deeltjes zoals elektronen zouden geheel andere eigenschappen krijgen, wat de regels van de chemie radicaal zou herschrijven en mogelijk zou verhinderen dat zich atomen kunnen vormen.

Mensen, planeten en zelfs sterren zouden uitgeroeid worden in deze Big Change. Nadien zou de donkere energie het heelal wellicht niet langer doen uitdijen maar doen krimpen, waardoor het uiteindelijk zou ineenstorten in een Big Crunch.

Beeld REUTERS

4. Big Rip

Ook in een vierde scenario speelt donkere energie een hoofdrol. Hoe onwaarschijnlijk dit idee ook lijkt, volledig kan het niet worden uitgesloten.

De theorie van de Big Rip stelt dat donkere energie mogelijk nog krachtiger is dan we dachten, zo krachtig dat ze het heelal kan beëindigen zonder dat daarvoor een Big Change, Big Freeze of Big Crunch vereist is.

Donkere energie heeft een eigenaardige eigenschap. Terwijl het heelal uitdijt, blijft de dichtheid van de donkere energie constant. Dat betekent dat er meer en meer donkere energie ontstaat. Maar wat als de dichtheid zou verhogen - met andere woorden: wat als de hoeveelheid donkere energie sneller toeneemt dan de expansie van het heelal zelf?

Het idee werd voor het eerst gelanceerd door Robert Caldwell van Dartmouth College in Hanover, New Hampshire in de Verenigde Staten. Hij spreekt van fantoomenergie, die leidt tot een bijzonder vreemd lot voor het universum.

Op dit moment is de dichtheid van donkere energie veel lager dan die van de materie op aarde. Maar als de fantoomenergie bestaat, zou de dichtheid in de loop der eeuwen opbouwen en het heelal verscheuren.

In een paper uit 2003 beschrijven Caldwell en zijn collega's een scenario dat ze de 'kosmische doomsday' noemen. Zodra de dichtheid van de fantoomenergie groter wordt dan een bepaald voorwerp, wordt dat voorwerp aan flarden gescheurd.

Eerst zou de fantoomenergie de Melkweg uit elkaar trekken. Daarna wordt het zonnestelsel ontbonden, omdat de aantrekkingskracht van de donkere energie sterker is dan die van de zon. Tot slot zou de aarde, in slechts enkele krankzinnige minuten, ontploffen. Atomen worden verbrijzeld, een fractie voor het heelal zelf uit elkaar gescheurd wordt. Deze theorie noemt Caldwell de "Big Rip".

Hoe het heelal uiteindelijk ook aan zijn einde zal komen, vast staat dat wij ons - persoonlijk - geen zorgen moeten maken. Al deze gebeurtenissen zijn immers nog miljarden jaren verwijderd.

Beeld EPA
Beeld AFP
Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234