De Gids. Jaargang 172

[p. 965]

Jan Pieter van der Schaar
‘Kosmologische inflatie’
Over de geboorte van het universum

Kosmologische observaties wijzen nadrukkelijk in de richting van een oerfase van versnelde expansie, inflatie genoemd, als de kiem van waaruit ons heelal is ontstaan. Dit nieuwe paradigma heeft naar alle waarschijnlijkheid belangrijke gevolgen voor het denken over onze plaats in de kosmos.

Er gaat tegenwoordig geen jaar voorbij zonder wetenschappelijk thema. Was 2005 het jaar van Einstein en de fysica in het algemeen, 2009 is uitgeroepen tot het jaar van de astronomie. Aanleiding is de Italiaanse geleerde Galileo Galilei, die 40o jaar geleden voor het eerst zijn telescoop op de hemel richtte en daarmee een nieuw tijdperk inluidde in de astronomie. Bovendien wordt dit jaar de geboortedag van Charles Robert Darwin en het verschijnen van zijn magnum opus The Origin of Species gevierd, respectievelijk 200 en 150 jaar geleden. Het belang van beide wetenschappelijke hoogtepunten kan moeilijk worden overschat. Zowel het werk van Darwin als dat van Galilei heeft geleid tot een exponentiële verruiming van ons wereldbeeld.

Het jaar waarin het werk van Galilei en Darwin wordt geëerd is bij uitstek geschikt om aandacht te schenken aan de kosmologie, de studie van het heelal als geheel. De kosmologie heeft de laatste decennia een grote vlucht voorwaarts genomen en lijkt ons voor te bereiden op een kentering in het denken over de oorsprong en aard van het heelal. Deze opmars is grotendeels te danken aan een veelvoud aan observaties, die het voor het eerst mogelijk maken om kosmologische theorie te toetsen aan de realiteit. Zo staat inmiddels vast dat het heelal 13,7 miljard jaar oud is, met een foutenmarge van een paar honderd miljoen jaar. Nogmaals, om het belang en besef goed door te laten dringen: observaties stellen onomwonden vast dat het heelal is ontstaan uit een hete oerknal en een leeftijd heeft van rond de 13,7 miljard jaar. Theorieën over de oorsprong en evolutie van het heelal zijn niet langer speculatie of filosofische gedachtespinsels, maar worden tegenwoordig weerlegd of ondersteund door kosmologische observaties.

[p. 966]

De structuur van de ruimte en tijd

Albert Einstein luidde in 1915 een nieuw tijdperk in de kosmologie in met zijn algemene relativiteitstheorie. Voor het eerst werd het mogelijk de structuur en evolutie van het heelal als geheel in vergelijkingen te gieten en te analyseren. Ruimte en tijd kregen een nieuwe interpretatie als dynamische grootheden afhankelijk van de verdeling van materie. Deze veranderlijke natuur van de ruimte-tijd stelde Einstein in staat zwaartekracht te reduceren tot een direct gevolg van de kromming in het web van de ruimte en tijd. Dit in tegenstelling tot Newtons zwaartekrachttheorie, waarin gravitatie een aantrekkende kracht is tussen massieve objecten in een onveranderlijke ruimtetijdstructuur. In Einsteins theorie is het effect van gravitatie op een willekeurig object uniek bepaald door de onderliggende structuur van de ruimte en tijd. In ons zonnestelsel veroorzaakt de massieve zon de kromming van de ruimte en tijd die de planeten in hun elliptische banen doet bewegen.

De typische vergelijking is die van een vervormd rubberen vel, ten gevolge van bijvoorbeeld een zware loden bal, die de beweging van knikkers doet afwijken van een rechte lijn.

Deze revolutionaire gedachtesprong en zijn uitwerking in termen van wiskundige vergelijkingen stelden Einstein in staat om, voor het eerst, de structuur van de ruimte en tijd op grote, kosmologische, schaal te analyseren. Zijn esthetische en filosofische voorkeur voor een onveranderlijk heelal verleidde hem tot het toevoegen van een constante term, de ‘kosmologische constante’, aan zijn vergelijkingen. Pas jaren later drong het tot Einstein door dat deze nieuwe term overbodig was, al lijkt het erop dat de kosmologische constante in de moderne kosmologie aan een opmerkelijke comeback bezig is.^1. Zonder de kosmologische constante leidden de vergelijkingen van Einstein onvermijdelijk tot een dynamisch, uitdijend, heelal. In 1929 vond de astronoom Edwin Hubble het eerste stukje bewijs voor deze kosmologische voorspelling van de algemene relativiteitstheorie.

De door Hubble waargenomen sterrenstelsels bleken zich allemaal van ons te verwijderen en de snelheid waarmee dat gebeurde was groter naarmate de afstand groter was. Dit suggereerde een heelal waarin de sterrenstelsels in het verleden veel dichter op elkaar gepakt zaten, oftewel een dynamisch, uitdijend heelal. Het eerste vermoeden van een zogenaamde ‘oerknal’ was geboren, maar het idee bleef decennialang controversieel. De laatste restjes twijfel verdwenen pas aan het begin van de jaren negentig door nauwkeurige observaties aan de zogenaamde kosmische achtergrondstraling.

1. Recente waarnemingen wijzen verrassend genoeg in de richting van een versneld uitdijend heelal, wat verklaard kan worden door de herintroductie van de kosmologische constante die dan wel onverklaarbaar klein is, maar niet gelijk aan nul.

[p. 967]

De nagloed van de oerknal

Onze planeet bevindt zich, net als elk willekeurig ander object in het heelal, in een bad van elektromagnetische straling met een temperatuur van 2,725 graden Kelvin boven het absolute nulpunt, overeenkomend met ruwweg -270 graden Celsius. Deze straling was voorspeld als het nasmeulende overblijfsel van de hete oerknal en werd per toeval ontdekt door de radio-astronomen Arno Penzias en Robert Wilson. Zij namen in 1964 een hardnekkige ruis waar in een radioantenne van Bell Telephone Laboratories en de enige plausibele verklaring, nadat alle andere mogelijkheden waren uitgesloten, was dat de ruis een kosmische oorsprong had. Latere observaties van de COsmic microwave Background Explorer (cobe)-satelliet in 1992 bevestigden dat de kosmische ruis gekarakteriseerd kon worden door een temperatuur die in verschillende richtingen aan de hemel slechts een variatie kent van één duizendste procent.

De kosmische achtergrondstraling kan worden beschouwd als een fossiel van het zeer jonge heelal, toen het duizenden keren dichter en heter was en het licht voor het eerst in de kosmologische geschiedenis vrij kon stralen. Voor dat bevrijdende moment botste het licht, als in een kosmische flipperkast, van geladen deeltje naar geladen deeltje (voornamelijk elektronen en protonen), wat een opsluiting van het licht in dat dichte plasma van geladen deeltjes tot gevolg had. Verdere expansie van het universum leidde echter tot een daling van de dichtheid en temperatuur, wat uiteindelijk, zo'n 38o duizend jaar na de oerknal, resulteerde in de vorming van voornamelijk (elektrisch neutrale) waterstof- en heliumatomen. Het heelal werd voor het eerst in zijn geschiedenis ‘transparant’. Het licht was niet langer ingesloten en straalde vanaf dat moment zo goed als ongehinderd door het universum.

Dit fossiele licht, waarvan de gemiddelde golflengte als gevolg van de voortdurende uitdijing van het heelal inmiddels is uitgerekt naar een paar millimeter, is de kosmische achtergrondstraling en wordt nog dagelijks vanuit alle richtingen opgepikt door radioantennes en telescopen [figuur 1]. De oorspronkelijke ontdekking door Penzias en Wilson en de latere meer gedetailleerde metingen van het cobe - team, geleid door de kosmoloog George Smoot en de astrofysicus John Mather, zijn beide beloond met een Nobelprijs, in respectievelijk 1978 en recent in 2006.

[p. 968]

Het kosmologische principe en het horizonprobleem

Precieze waarnemingen aan de kosmische achtergrondstraling ondersteunen de op het eerste gezicht verrassende hypothese dat de materie op kosmologische schaal extreem gelijkmatig is verdeeld. Op kleinere afstanden is de verdeling van materie verre van uniform en in plaats daarvan geconcentreerd in planeten, sterren, zonnestelsels en sterrenstelsels. Maar op grotere, kosmologische, afstanden ontstaat een beeld van een heelal dat op elke willekeurige positie vrijwel hetzelfde is. Dit wordt bevestigd door de waargenomen uniforme verdeling van sterrenstelsels op afstandsschalen groter dan honderden miljoenen lichtjaren. Het komt echter het beste tot uiting in de extreem gelijkmatige temperatuurverdeling van de kosmische achtergrondstraling.

Door de eindige snelheid van het licht is een grotere afstand gerelateerd aan een verder verleden; het licht van de dichtstbijzijnde sterren heeft er jaren over gedaan om de aarde te bereiken. Het eerste licht, de kosmische achtergrondstraling, correspondeert dus met een enorme afstand en definieert een denkbeeldig bolvormig oppervlak rondom de aarde waar de straling vandaan lijkt te komen. Verder kijken, voorbij dit denkbeeldige oppervlak, is simpelweg onmogelijk. Net zoals het tijdens een grijze herfstdag onmogelijk is om voorbij het wolkenoppervlak te zien. De kosmische achtergrondstraling markeert als zodanig de grens van wat zichtbaar is in het heelal.

De zeer homogene temperatuurverdeling van het licht afkomstig van deze kosmische grenspaal is direct gerelateerd aan de verdeling van materie zo'n 13,7 miljard jaar geleden. Het impliceert dat de variaties in de verdeling van materie in het prille heelal beperkt waren tot ongeveer één duizendste procent. Oftewel, geen enkele plek in het vroege heelal liep uit de pas, de relatieve verschillen waren extreem klein. Dit gelijkheidsbeginsel, ook wel het kosmologische principe genoemd, betekent onder meer dat kosmologische waarnemingen op verschillende locaties in het heelal met elkaar in overeenstemming zijn en tot dezelfde conclusies zullen leiden. Bovendien vereenvoudigt het kosmologische principe, deze ‘symmetrie’ in wiskundige termen, de vergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie zodanig dat het een stuk eenvoudiger wordt om kosmologische oplossingen te vinden.

Vergelijkbaar met de wijze waarop Darwin op basis van de overeenkomsten tussen de verschillende levensvormen tot de conclusie kwam dat er een gemeenschappelijke voorouder moest zijn geweest, zo wekt de overeenkomstige temperatuur van de kosmische achtergrondstraling overal aan de hemel de suggestie dat verschillende gebieden in het

[p. 969]

heelal op deze grootst zichtbare afstand een gedeelde oorsprong moeten hebben. Hoe anders valt te verklaren dat de temperatuur in alle richtingen aan de hemel gelijk is? Alleen wanneer de verschillende gebieden een gemeenschappelijke oorsprong kennen, oftewel in een eerdere fase met elkaar in contact zijn geweest, heeft de identieke temperatuur een vanzelfsprekende verklaring.

Probleem is dat er in het standaard kosmologische model vanaf het eerste moment van de oerknal niet genoeg tijd was om de gelijkmatige temperatuurverdeling van de kosmische achtergrondstraling te kunnen verklaren. Typische gebieden in het heelal, van een bepaalde minimale omvang van slechts een paar graden aan de hemel, kunnen volgens het standaard kosmologische model nooit met elkaar in contact zijn geweest en zijn dus volkomen onafhankelijk van elkaar geevolueerd. Het is in dat geval een raadsel waarom de gemiddelde temperatuur van de kosmische achtergrondstraling overal hetzelfde is, het zogenaamde ‘horizon’-probleem.

Het heelal is plat

Het oerknalmodel bestaat feitelijk uit twee varianten, bepaald door de dichtheid van de totale hoeveelheid aanwezige materie. Die kan groter (super- kritisch) of kleiner (sub- kritisch) zijn dan een kritische waarde die overeenkomt met ongeveer zeven waterstofatomen per kubieke meter. Einsteins relativiteitstheorie relateert deze dichtheid van materie aan de vervorming van de driedimensionale ruimte. Voor een super-kritisch heelal blijkt de ruimtelijke geometrie bolvormig, de driedimensionale generalisatie van het tweedimensionale boloppervlak van bijvoorbeeld de aarde. In dat geval is het heelal onbegrensd en toch eindig groot. In een bolvormige ruimte zijn de wiskundige regels van de platte (Euclidische) geometrie niet langer geldig: de som van de hoeken in een driehoek is groter dan 180 graden en de omtrek van een cirkel is kleiner dan an keer de straal.

In een sub-kritisch heelal komt de ruimtelijke geometrie overeen met de driedimensionale generalisatie van het tweedimensionale zadeloppervlak. In een zadelvormig heelal is de som van de hoeken in een driehoek kleiner dan 180 graden en de omtrek van een cirkel groter dan 2π keer de straal. Deze afwijkingen van de standaard, platte, geometrie zijn het duidelijkst waarneembaar op de grootst mogelijke kosmologische afstanden, net zoals de bolvorm van de aarde pas opvalt als er flinke afstanden worden afgelegd.

Precies op de grens tussen deze twee uitersten, wanneer de dichtheid exact kritisch is, ligt het platte heelal. In een plat heelal (de drie-

[p. 970]

dimensionale generalisatie van het tweedimensionale platte vlak, zoals een bureaublad of schoolbord) zijn de vertrouwde regels van de Euclidische geometrie van kracht: de som van de hoeken in een driehoek is 180 graden en de omtrek van een cirkel is 2π keer de straal. Een kritisch heelal blijkt instabiel in de zin dat de allerkleinste afwijkingen van de kritische dichtheid snel resulteren in een uitgesproken bol- of zadelvormig universum. Vergelijk het met de situatie van een potlood dat op zijn punt balanceert.

Het ligt dus voor de hand om te veronderstellen dat het huidige heelal bol- of zadelvormig is. Astronomische observaties suggereren bovendien dat de dichtheid van zichtbare materie vele malen kleiner is dan de kritische dichtheid. Aangezien de geometrie van het heelal niet rechtstreeks kon worden gemeten werd daarom lang vermoed dat het heelal zadelvormig moest zijn. Met behulp van de kosmische achtergrondstraling, het oudste en dus verst verwijderde licht, werd het in de loop van de jaren negentig mogelijk om de geometrie van het heelal direct te bepalen.

Observaties aan de kosmische achtergrondstraling laten piepkleine temperatuurverschillen zien tussen verschillende punten aan de hemel. Dat kan ook niet anders, zonder minieme fluctuaties in de temperatuur en de daaraan gerelateerde dichtheid van het oerplasma was het heelal structuur- en levenloos gebleven. Sterren en sterrenstelsels zouden niet zijn gevormd, laat staan planeten of de mens. Kortom, de aanwezigheid van kleine temperatuurvariaties in de kosmische achtergrondstraling is een cruciale voorwaarde voor ons bestaan. In 1992 bracht de cobe-satelliet voor het eerst de minieme temperatuurschommelingen van één duizendste procent in de kosmische achtergrondstraling aan het licht. De details van deze kleine temperatuurvariaties in de kosmische achtergrondstraling bevatten een schat aan kosmologische informatie, waaronder gegevens die uitsluitsel geven over de precieze geometrie van het heelal.

Buitengewoon precieze metingen aan de temperatuurvariaties door de opvolgers van cobe, in het bijzonder de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (wmap)-satelliet, stelden tot ieders verbazing vast dat het heelal op dit moment onwaarschijnlijk plat is en dat de dichtheid van materie dus nagenoeg gelijk moet zijn aan de kritische waarde. Aangezien een bijna kritisch, bijna plat heelal in extreem korte tijd in een bol- of zadelvormig heelal resulteert, is de onvermijdelijke conclusie dat het heelal in zijn prille jeugd nog veel ‘platter’ moet zijn geweest. Dat suggereert een zeer fijn afgestelde beginconditie en is in die zin onnatuurlijk, ook al kan het niet worden uitgesloten.

De zichtbare, bekende, materievormen zijn bij lange na niet in staat

[p. 971]

om de kritische dichtheid zelfs te benaderen en dus is een plat en kritisch heelal slecht nieuws voor diegenen die dachten dat de natuurkunde zo goed als af was. Omstreeks 96 procent van de dichtheid van het heelal is van volstrekt mysterieuze aard en ‘donker’, om aan te geven dat deze vormen van materie letterlijk onzichtbaar zijn en zich slechts verraden door hun gewicht. Slechts 4 procent komt overeen met de zichtbare, normale, materie waar u en ik mee vertrouwd zijn en waarvan de natuurkunde inmiddels vrijwel alle microscopische eigenschappen heeft geïdentificeerd.

Kosmologische inflatie

Het standaard oerknalmodel biedt geen verklaring voor de platte geometrie en de vrijwel identieke temperatuur van de kosmische achtergrondstraling in willekeurige richtingen. In het oerknalmodel zijn de geometrie en de gemiddelde temperatuur van de kosmische achtergrondstraling in verschillende gebieden vrije parameters. De bijzonder fijne afstelling van deze, a priori, vrije begincondities schreeuwt om een verklaring. Daarnaast zegt het oerknalmodel niets over de oorsprong van de kleine, maar broodnodige, temperatuurfluctuaties. Laat staan dat het model een reden geeft voor de expansie van het heelal in de eerste plaats.

Vanuit de elementaire-deeltjesfysica kon er bovendien fijntjes op worden gewezen dat in vrijwel iedere theoretische extrapolatie van het experimenteel ondersteunde standaardmodel zware deeltjes voorkomen die in groten getale zouden moeten zijn geproduceerd in het prille, hoog-energetische, heelal. Deze exotische vorm van materie zou een duidelijk spoor moeten hebben achtergelaten, maar in het huidige heelal zijn deze deeltjes nergens meer te bekennen. Theoretische-deeltjesfysici werden gedwongen een verklaring te zoeken voor hun afwezigheid.

In het begin van de jaren tachtig van de vorige eeuw deed de Arnerikaanse deeltjesfysicus en kosmoloog Alan Guth een voorstel voor een uitbreiding van het model van de hete oerknal.^2. Guths oorspronkelijke motivatie was de afwezigheid van exotische zware deeltjes in het huidige heelal, maar al snel werd duidelijk dat het mechanisme van kosmologische ‘inflatie’ alle problemen in het oerknalmodel als sneeuw voor de zon deed verdwijnen. Zijn op het eerste gezicht absurde voorstel was dat het vroege heelal een extreem heftige groeispurt had gekend; in een ultrakort tijdsbestek zou het heelal met minimaal een factor miljard maal miljard maal miljard (io tot de macht 27) zijn geëxpandeerd. Deze exponentieel snelle groei van het heelal is de re-

2. Vrijwel tegelijkertijd kwam de Russische kosmoloog Alexei Starobinsky op min of meer hetzelfde idee. Een belangrijke tekortkoming in het oorspronkelijke model van Guth werd snel onschadelijk gemaakt door een aangepast voorstel van de kosmologen Andrei Linde, Paul Steinhardt en Andreas Albrecht.

[p. 972]

den waarom dit kosmologische fenomeen ‘inflatie’ wordt genoemd.

Het hypothetische ‘inflaton’-deeltje zou verantwoordelijk moeten zijn voor deze fase van kosmologische inflatie. Het inflatondeeltje zou een vooralsnog speculatieve vorm van materie zijn, die nu niet meer bestaat. Per definitie moet het inflatondeeltje de bizarre eigenschap hebben gehad dat het de uitdijing van het heelal tijdelijk kon doen versnellen. Na verantwoordelijk te zijn geweest voor een kortstondige fase van inflatie, zou de inflatonmaterie zijn vervallen in de deeltjes die op dit moment de dienst uitmaken in het heelal. Deze explosieve oerfase van inflatie zou de verklaring zijn voor de huidige uitdijing van het heelal, overeenkomend met de ‘knal’ van de oerknal.

Een ander gunstig effect van deze oerfase van kosmologische inflatie is dat een microscopisch klein volume in een oogwenk tot ver voorbij de grenzen van het huidige zichtbare heelal kon worden opgeblazen. Inflatie voorspelt dat het zichtbare heelal slechts een onbeduidend klein stipje is in een veel groter universum met een gezamenlijke microscopisch kleine oorsprong. De gedeelde geschiedenis van ieder gebied in dit exponentieel grote universum, en dus ook van elke regio in het veel kleinere zichtbare heelal, verklaart waarom de gemiddelde temperatuur van de kosmische achtergrondstraling in alle richtingen dezelfde is.

Het verklaart ook de waargenomen platheid van het zichtbare heelal. De eventuele kromming van het totale, exponentieel grote, universum is in het zichtbare heelal, waarin de grootste afstanden vele malen kleiner zijn, onmogelijk waar te nemen. Vergelijk het nogmaals met het aardoppervlak. De kromming van het aardoppervlak kan met een gerust hart worden verwaarloosd als men zich beperkt tot een oppervlak van bijvoorbeeld enkele vierkante meters. De relevante meetkunde is in dat geval die van het platte vlak.

Kortom, een oerfase van exponentiële expansie leidt automatisch tot het waargenomen platte en homogene heelal. De dichtheid van de door theoretische deeltjesfysici voorspelde zware exotische deeltjes, die in de allereerste stadia na de oerknal geproduceerd zouden zijn, wordt door de exponentieel snelle groei van het volume tijdens inflatie zodanig verdund dat de afwezigheid van deze deeltjes ook geen probleem meer is.

Als klap op de vuurpijl geeft inflatie ook antwoord op de vraag naar de oorsprong van de gemeten temperatuurfluctuaties in de kosmische achtergrondstraling. Zoals opgemerkt zijn die een absolute voorwaarde voor de latere vorming van sterren en sterrenstelsels en doet het oerknalmodel er geen enkele uitspraak over. Inflatie verklaart de gemeten temperatuurfluctuaties als het directe gevolg van de onvermij-

[p. 973]

delijke onzekerheid die deel uitmaakt van de kwantummechanica, een belangrijke theoretische pijler van de natuurkunde. Normaal gesproken manifesteren deze ‘kwantumfluctuaties’ zich alleen op microscopisch kleine afstanden, maar de razendsnelle expansie van het heelal tijdens inflatie heeft geleid tot een macroscopisch overblijfsel dat verantwoordelijk is voor de kleine variaties in de dichtheid en uiteindelijk de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling.

Op deze wijze verbindt inflatie de microscopische wereld van de kwantumonzekerheid met de macroscopische verdeling van materie in het heelal. Vandaag de dag bestaat er een veelvoud aan specifieke modellen van inflatie die van elkaar verschillen in de details van de temperatuurvariaties die worden voorspeld in de kosmische achtergrondstraling. Dit maakt het mogelijk om met behulp van de observaties concrete modellen van inflatie te ondersteunen dan wel uit te sluiten.

Een nieuw perspectief

Het mechanisme van inflatie is een elegant idee met een groot verklarend vermogen dat wordt ondersteund door observaties. Alternatieven zijn dun gezaaid en toekomstige waarnemingen aan de kosmische achtergrondstraling kunnen in principe uitsluitsel geven over de houdbaarheid van afwijkende scenario's. Daarnaast hopen de huidige en toekomstig geplande kosmologische observaties zo veel mogelijk concrete modellen van inflatie, ieder met hun eigen gedetailleerde voorspellingen, uit te sluiten. Een belangrijke stap was de recente lancering van de Planck-satelliet door het European Space Agency (esa) dat, als alles goed gaat, over enkele jaren de meest nauwkeurige metingen van de kleine temperatuurschommelingen in de kosmische achtergrondstraling zal presenteren. Naast deze directe relatie tot kosmologische observaties heeft inflatie wellicht ook gevolgen voor een probleem dat op het eerste gezicht meer filosofisch van aard is.

Een belangrijke klasse van modellen van inflatie heeft de bijzondere eigenschap dat er op ieder moment altijd een gebied bestaat waar inflatie nog gaande is. De typische analogie is die van een zich voortdurend vermenigvuldigende bacteriepopulatie. Zolang de populatie zich snel genoeg vermenigvuldigt in vergelijking met de gemiddelde levensduur van een bacterie, wordt uitsterven van de kolonie vermeden. Vervang de levende, zich vermenigvuldigende, bacteriën door een volume dat inflatie ondergaat en er ontstaat een redelijk beeld van hoe eeuwige inflatie gerealiseerd kan worden. In deze analogie zijn de afgestorven bacteriën gelijk aan gebieden waar inflatie is beëindigd

[p. 974]

door het verval van het inflatondeeltje, zoals bijvoorbeeld in een heelal als het onze. Het verval van het inflatondeeltje vindt in dit geval dus niet overal plaats, maar slechts in afzonderlijke gebieden in een oneindige zee van inflatie. Ook al wordt inflatie hier en daar wel degelijk beëindigd, de voortdurende exponentiële groei van het tussenliggende volume betekent dat de strijd om het eeuwige bestaan moeiteloos wordt gewonnen door inflatie. Deze modellen doen de fascinerende voorspelling dat er een verscheidenheid zou bestaan aan ‘heelallen’ waar inflatie is beëindigd, een zogenaamd multiversum.

De kosmoloog Alexander Vilenkin was een van de eersten die uitgebreid onderzoek deden naar deze modellen van ‘eeuwige’ inflatie. Hij is al jaren een belangrijke pleitbezorger van het idee dat deze vorm

van inflatie, indien gerealiseerd, een radicaal nieuw perspectief biedt op ons heelal en zijn eigenschappen. Het suggereert namelijk dat het heelal waarin wij leven niet langer uniek is. Elk gebied waar inflatie is beëindigd bezit a priori andere eigenschappen en een heelal als het onze zou slechts een willekeurig voorbeeld zijn in een oneindige zee van mogelijkheden. De toegevoegde waarde van dit speculatieve idee is dat het een verklaring zou kunnen bieden voor de bijzondere waarden van de natuurconstanten in ons heelal. Het meest beruchte voorbeeld is Einsteins kosmologische constante, waarvan men inmiddels vermoedt dat deze niet exact gelijk is aan nul. De absurd kleine waarde van de kosmologische constante lijkt nauwkeurig afgesteld om ons bestaan mogelijk te maken. Een iets grotere kosmologische constante en sterren waren nooit gevormd. Maar ook de massa van het neutron en de sterkte (of meer toepasselijk zwakte) van de zwakke kernkracht, verantwoordelijk voor radioactief verval, lijken nauwkeurig geselecteerd om het ontstaan van leven mogelijk te maken.

In het geval van een eenmalig geproduceerd, uniek, heelal blijft er iets ongemakkelijks kleven aan deze extreem subtiele instelling van de natuurconstanten. Maar in een oneindig groot multiversum, waar ieder heelal verschillende natuurconstanten kent, is het onvermijdelijk dat op een zeker moment een heelal ontstaat waarin de natuurconstanten per toeval geschikt zijn voor het ontstaan van sterren, sterrenstelsels, planeten en uiteindelijk het leven zelf. Toekomstig onderzoek moet uitwijzen of dit speculatieve idee overeind blijft in een meer complete theorie, zoals bijvoorbeeld de snaartheorie.

Afsluitend kan worden opgemerkt dat een goede wetenschappelijke traditie waarin de positie van de aarde en de mens een steeds minder centrale rol speelt in de moderne kosmologie met reuzensprongen wordt voortgezet. Onze plaats in de kosmos is op verschillende niveaus verre van bijzonder. Niet op het niveau van biologische organis-

[p. 975]

men, niet op de schaal van het zonnestelsel, het melkwegstelsel of groepen van sterrenstelsels, niet voor wat het homogene zichtbare heelal betreft en zelfs het heelal als geheel maakt wellicht onderdeel uit van een oneindige hoeveelheid mogelijkheden in het multiversum van eeuwige inflatie. Voor sommigen zal dit inzicht een gruwel zijn, voor anderen is het van een ongekende schoonheid en verschaft het een geruststellend gevoel van troost.