Het is een van de kleine irritaties uit het leven, maar het zou kunnen verklaren waarom we hier zijn. Kijk volgende keer dat je oordopjes weer in de knoop zitten eens goed voordat je ze uit elkaar haalt – deze geknooptheid verklaart mogelijk de vroege uitdijing van het heelal en de reden waarom we in drie dimensies leven.
Waarschijnlijk is het heelal slechts een fractie van een seconde na de oerknal snel uitgedijd, tijdens een periode die natuurkundigen kosmische inflatie noemen. Dat proces heeft ervoor gezorgd dat het heelal de structuur heeft die het nu heeft. Maar het is nog steeds niet duidelijk wat voor genoeg energie kon zorgen om de inflatie mogelijk te maken. Bovendien bleek het belangrijkste bewijsmateriaal voor de uitdijing, resultaten van de Bicep2-telescoop op de Zuidpool, eerder dit jaar niet eenduidig.
Arjun Berea van de Universiteit van Edinburgh en zijn collega’s hebben een nieuwe bron voor inflatie bedacht, die ook verklaart waarom het heelal drie ruimtelijke dimensies heeft. Ze zeggen dat het vroege heelal overspoeld werd met deeltjes die op gluons lijken – de krachtdragers die verantwoordelijk zijn voor het aan elkaar plakken van quarks, zodat deze protonen en neutronen vormen. Toen het heelal afkoelde, vormden er draadachtige objecten, zogeheten flux tubes, tussen deze deeltjes.
In de knoop
Deze flux tubes lijken een beetje op de veldlijnen die je ziet als je ijzerschaafsel rondom een magneet strooit, maar ze zijn zo dicht op elkaar gepakt dat ze in de knoop raken – het lot van elk soort draad. ‘Als je je oordopjes in je rugtas stopt, hebben ze de neiging in de knoop te raken’, zegt Berera. ‘Dat is precies het beeld dat wij beschrijven.’
Het dichtgeknoopte netwerk van flux tubes bevat een hoop energie – volgens de onderzoekers genoeg om kosmische inflatie te veroorzaken. Als het heelal uitdijt, strekt het netwerk totdat het uiteindelijk breekt, wat de inflatie zal stoppen.
Wat heeft dit nu te maken met dimensies? Knopen kunnen alleen ontstaan in drie dimensies. Als je er meer toevoegt, kunnen de lussen door de extra dimensie loskomen. Geavanceerde theorieën over quantumzwaartekracht, zoals snaartheorie, suggereren dat het heelal eigenlijk ongeveer tien dimensies heeft, maar de meeste zijn zo strak gebonden dat we ze niet kunnen zien.
Selectie in de praktijk
Het voorstel van Berera verklaart waarom we zijn overgebleven met de drie dimensies die we nu hebben: ze waren nodig om het netwerk van flux tubes te vormen. ‘Dit selectiemechanisme bestaat alleen in drie dimensies’, zegt hij.
‘Ik denk dat het een interessant idee is’, zegt Alan Gulth van het Massachusetts Institute of Technology, een van de grondleggers van inflatietheorie. Maar de complexiteit van Berera’s idee zorgt ervoor dat er nog geen voorspellingen zijn die ook daadwerkelijk getest kunnen worden.
Hun voorstel wijkt nogal af van andere vormen van inflatie, dus als het werkt, zou het een nieuw onderzoeksgebied kunnen creëren, zegt Guth. ‘De kans dat het succesvol is, is klein, maar de winst is groot als het dat wel is.’ Maar, zegt hij, zolang concurrerende theorieën voor kosmische inflatie niet worden uitgesloten, is het niet zeker dat deze theorie ons driedimensionale heelal verklaart.
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees ook: