Eddington-Born-Infeld theorie en de donkere kant van het universum

Bastiaan Maertens
De donkere kant van het universum
 

Waarmee is het universum gevuld? Zijn dat materiedeeltjes zoals degene waar mensen, dieren en rotsen uit zijn gemaakt? Deze vragen stellen onderzoekers zich al geruime tijd en men heeft aangetoond dat de kosmos maar voor 4% gevuld is met deeltjes zoals protonen en neutronen. Wat dan met die andere 96%? Hetgeen overblijft kan niet gezien worden met het blote oog of een telescoop, omdat het geen licht uitstraalt of reflecteert, zoals sterren en planeten. Daarom noemt men het dan ook `de donkere kant van het universum'.

Eddington-Born-Infeld theorie en de donkere kant van het universum

De donkere kant van het universum

 

Waarmee is het universum gevuld? Zijn dat materiedeeltjes zoals degene waar mensen, dieren en rotsen uit zijn gemaakt? Deze vragen stellen onderzoekers zich al geruime tijd en men heeft aangetoond dat de kosmos maar voor 4% gevuld is met deeltjes zoals protonen en neutronen. Wat dan met die andere 96%? Hetgeen overblijft kan niet gezien worden met het blote oog of een telescoop, omdat het geen licht uitstraalt of reflecteert, zoals sterren en planeten. Daarom noemt men het dan ook `de donkere kant van het universum'. Hierover handelt de masterproef Eddington-Born-Infeld theorie en de donkere kant van het universum door B. Maertens.
 
Donkere materie en donkere energie
Traditioneel splitst men de donkere kant van het universum op in twee delen: donkere materie (24%) en donkere energie (72%). Om een beeld te krijgen van wat het begrip donkere materie precies inhoudt, geven we hier één van de sterkste argumenten die het bestaan ervan aantonen.
De snelheid waarmee een ster zich voortbeweegt in een galactie (of melkwegstelsel) is afhankelijk van de massa die zich in die galactie bevindt volgens de tweede wet van Newton (kracht = massa x versnelling). Het bizarre is nu dat, als men de snelheden van de sterren in een galactie zoals bijvoorbeeld de Triangulum Galactie (één van onze galactie-buren) vergelijkt met de voorspellingen door de wetten van Newton, dan blijkt dat de sterren in de buitenste regionen veel te snel bewegen! Dit betekent dat er veel meer massa moet aanwezig zijn in zo'n galactie dan we daadwerkelijk kunnen zien: de donkere materie.
Een heel klein stukje van de donkere materie heeft men al kunnen identificeren als o.a. de supermassieve zwarte gaten (gigantische geïmplodeerde sterren) die zich in het midden van elk melkwegstelsel bevinden. De meest gangbare verklaring voor het nog niet geïdentificeerde deel van de donkere materie begint bij het aannemen dat er andere soorten deeltjes bestaan, naast de bekende zoals protonen, neutronen en elektronen. Die deeltjes zouden zich dan overal in het universum bevinden, bijvoorbeeld in de Triangulum Galactie. Het zijn zeer zware deeltjes en ze moeten niets van licht weten. Ze stralen het niet uit, ze reflecteren het niet, niets van dat alles. Daardoor zijn ze zo donker en kunnen we ze niet waarnemen via telescopen. Onderzoekers proberen op dit eigenste moment om via experimenten toch zo'n zware deeltjes te kunnen waarnemen, voorlopig zonder succes.
 Iets meer over die donkere energie nu. Ze is het gemakkelijkst te begrijpen vanuit de expansie of uitzetting van het universum. Dit is ook de meest gebruikte theorie rond donkere energie. Ondertussen weet iedereen wel dat het universum waar wij in leven aan het uitzetten is. Toch weten velen niet wat dat nu precies betekent: `de expansie van de kosmos'. Het valt het best te vergelijken met een ballon, waarop afstanden staan aangeduid, die wordt opgeblazen. Naarmate de ballon groter wordt, zijn het niet zozeer de streepjes die van elkaar weg bewegen, als wel de afstanden tussen die streepjes die vergroten. Een expanderend universum betekent dan dat er steeds meer vacuüm of leegte ontstaat tussen de verschillende galactieën en niet dat die galactieën van elkaar weg bewegen. Wablief? Er ontstaat meer leegte? Die uitspraak kan alleen maar waar zijn als dat lege vacuüm toch niet zo heel erg leeg is natuurlijk. En wat er precies in dat vacuüm ingebakken zit, is geen tastbare materie, maar onzichtbare energie: donkere energie.

Een andere visie
Wat hierboven wordt beweerd over donkere materie en donkere energie is echter slechts één van de visies daaromtrent. Een andere belangrijke visie wil aanpassingen doen aan de zwaartekrachtwetten van Newton en Einstein om de hoge snelheden van de sterren in melkwegstelsels en het expanderen van het universum te verklaren. Die wetten zijn immers hier op aarde en in ons zonnestelsel ontdekt en correct bewezen, maar zouden niet correct genoeg kunnen zijn in de buitenste regionen van het melkwegstelsel, ver weg van de plaatsen waar Newton en Einstein hun controlerende experimenten uitvoerden.
De masterproef Eddington-Born-Infeld theorie en de donkere kant van het universum bespreekt één van die theorieën die de zwaartekrachtwetten aanpassen. Het bijzondere aan de EBI-theorie is dat ze niet probeert om donkere materie en donkere energie als twee verschillende dingen te beschouwen, maar om de donkere kant van het universum te doen samensmelten tot één enkel geheel. Zo zou dus donkere materie een vorm van donkere energie zijn, en omgekeerd. Dit is een eerder ongewoon doel, maar daarom niet minder interessant.
 
Trouble in paradise
Als een theorie omtrent donkere materie en donkere energie wil overleven, moet ze o.a. kunnen verklaren waarom de sterren in de buitenste regionen van bijvoorbeeld de Triangulum Galactie zo snel bewegen. Om te onderzoeken of dit kan aan de hand van EBI-theorie, wordt in de masterproef een vergelijking gemaakt tussen de door EBI-theorie voorspelde snelheden en die voorspeld door de wetten van Einstein. Jammergenoeg blijkt uit dat de verschillen niet groot genoeg zijn om de werkelijk waargenomen, grote snelheden na te bootsen.  
Dit alles betekent uiteindelijk dat een samensmelting van de donkere kant van het universum jammergenoeg niet mogelijk is met de EBI-theorie. De zoektocht naar één enkele theorie die zowel donkere materie als donkere energie kan beschrijven blijft dus verder gaan en zolang zo'n theorie niet gevonden is, nemen we aan dat de donkere kant van het universum uit twee zeer verschillende dingen bestaat.

Bibliografie

zie scriptie

Universiteit of Hogeschool
Master in de Wiskunde, afstudeerrichting natuurkundige wiskunde en sterrenkunde
Publicatiejaar
2010
Kernwoorden
Share this on: