Hoe verhoudt zich de vorm van het heelal tot de oerknal?

Antwoord

Er worden geen drie 'vormen van het heelal' onderscheiden, wel drie mogelijke geometrische structuren, zijnde met een positieve kromming ('sferisch'), met kromming nul ('vlak'), en  met negatieve kromming ('hyperbolisch).

Die ene zin klinkt wellicht heel duister.  Laten we proberen het te verduidelijken met een (voor)beeld.  Het probleeem met ons voorstellingsvermogen van de hele zaak, is dat het totale plaatje vierdimensionaal is (drie ruimtelijke dimensies en een tijdsdimensie), terwijl ons voorstellingsvermogen tot drie dimensies gaat.  Een vaak gebruikte poging, is het expanderende heelal voor te stellen als een ballon die opblaast.  Wat cruciaal is om die voorstelling te begrijpen, is dat hier de straal van de ballon de tijdsdimensie weergeeft, en de ruimtelijke dimensie het oppervlak van de ballon is.  Dat oppervlak is tweedimensionaal, je kan er maar in twee onafhankelijke richtingen op bewegen.  En op dat oppervlak is de som van de hoeken van een driehoek groter dan 180 graden: de geometrie is sferisch.  En als je lang genoeg 'rechtdoor' loopt, dan kom je terug op dezelfde plaats uit.  Dat sferische heelal kan perfect homogeen zijn: dat betekent dat er op gelijke oppervlakken telkens ongeveer evenveel materie, van dezelfde aard, op te vinden is.  En ook isotroop: in welke richting je ook beweegt, je maakt hetzelfde mee.   

Zoals gezegd, ons een 'echt' sferisch heelal, met drie ruimtelijke dimensies en een tijdsdimensie, voorstellen, gaat niet.  Maar ten gronde is de situatie analoog.  Het kan perfect homogeen en isotroop zijn.  Meer nog, indien het heelal niet homogeen en isotroop was, dan zou het geometrische verhaal veel ingewikkelder zijn.  Het is omdat het heelal in alle richtingen hetzelfde is, dat iedere waarnemer - waar die ook staat - dat heelal op een unieke manier kan karakteriseren door een kromming die voor hem dezelfde is als voor een ander.  Als de materieverdeling niet homogeen was, zou elke waarnemer een geometrie voelen met een andere kromming, en dan zitten we met veel ingewikkelder structuren dan sferen, vlakken en hyperbolen. Met andere woorden, mathematische kosmologie is enkel mogelijk omdat het heelal het blijkbaar simpel houdt: we hebben inderdaad het geluk te mogen vaststellen dat het heelal op grote schalen homogeen en isotroop is.

Ik begrijp niet zo goed wat u bedoelt met de verhouding van de geometrie van het heelal tot de oerknal.  Als het heelal sferisch, vlak of hyperbolisch geboren is, zal het dat blijven.  Maar de kromming verandert wel met de expansie.  Vandaag stellen we vast dat het heelal zoals we het zien, heel 'vlak' lijkt.  Maar men verbindt dat met een interpretatie waarbij ons waarneembare heelal maar een heel klein stukje is van het totale heelal: binnen je huis, tuin of dorp lijkt onze Aarde ook wel best vlak te zijn.  Dat we denken te leven inn een heel klein stukje van het geheel, heeft te maken met de theorie van het inflationaire heelal, die stelt dat kort na de oerknal het heelal gigantisch snel is gaan expanderen.  De oorzaak daarvan ligt dus niet direct bij de oerknal zelf, maar wel bij de fysica zelf, die zowel de oerknal als de periode kort erna beheerst.  En dat dergelijke rare dingen hebben kunnen gebeuren, is dan en aansporing om ons best te doen om die fysica beter te begrijpen, en daar zijn vele nieuwsgierige onderzoekers mee bezig.