Ons heelal is precies goed afgesteld voor structuren zoals sterrenstelsels, planeten en leven om zich te vormen. NASA/James Webb Telescoop
Stel je een heelal voor met extreem sterke zwaartekracht. Sterren zouden zich kunnen vormen uit heel weinig materiaal. Ze zouden kleiner zijn dan in ons heelal en veel korter leven. Maar zou het leven zich daar kunnen ontwikkelen? De mens heeft er miljarden jaren over gedaan om zich op aarde te ontwikkelen onder de aangenaam warme stralen van de zon.
Stel je nu een heelal voor met extreem zwakke zwaartekracht. De materie zou met moeite samenklonteren tot sterren, planeten en – uiteindelijk – levende wezens. Het lijkt erop dat we geluk hebben met een zwaartekracht die precies goed is voor leven in ons universum.
Dit geldt niet alleen voor de zwaartekracht. De waarden van vele krachten en deeltjes in het heelal, vertegenwoordigd door zo’n 30 zogenaamde fundamentele constanten, lijken allemaal perfect op één lijn te liggen om de evolutie van intelligent leven mogelijk te maken. Maar er is geen theorie die verklaart welke waarden de constanten moeten hebben – we hoeven ze alleen maar te meten en hun getallen in onze vergelijkingen te stoppen om de kosmos nauwkeurig te beschrijven.
Dus waarom hebben de fundamentele constanten de waarden die ze hebben? Dit is een vraag waar natuurkundigen al tientallen jaren over vechten. Het is ook het onderwerp van de tweede aflevering van onze nieuwe podcastserie, Great Mysteries of Physics – gepresenteerd door mij, Miriam Frankel, wetenschapsredacteur bij The Conversation, en ondersteund door FQxI, het Foundational Questions Institute.
“We weten niet of sommige van die constanten diepgaand met elkaar verbonden zijn. Als we een diepere theorie hadden, zouden we ontdekken dat ze eigenlijk niet onafhankelijk van elkaar zijn,” legt Paul Davies uit, een theoretisch natuurkundige aan de Arizona State University. “Maar die theorie hebben we nu niet, we hebben alleen al deze getallen.”
Sommige natuurkundigen storen zich niet aan de schijnbaar fijn-afgestemde kosmos.
Anderen hebben troost gevonden in de multiversum theorie. Als ons universum slechts één van de vele is, zouden sommige statistisch gezien op het onze lijken. In zo’n universum, zegt Davies, “zullen wezens opduiken en zich verwonderen over het feit dat ze in een universum leven dat eruitziet alsof het is opgetuigd ten gunste van hun bestaan, maar in feite zijn we gewoon winnaars in een kosmische loterij.”
Maar veel natuurkundigen, waaronder Davies, houden vast aan een meer fundamentele natuurtheorie die precies kan verklaren welke waarden de constanten in eerste instantie zouden moeten hebben. “Ik zeg meestal twee hoeraatjes voor het multiversum, omdat ik denk dat het beter is dan te zeggen dat God het gedaan heeft,” betoogt hij, eraan toevoegend dat je voor drie hoeraatjes een completere theorie nodig hebt.
Dat gezegd hebbende, is het bij gebrek aan een diepere theorie moeilijk in te schatten hoe fijn-afgestemd ons universum precies is. Fred Adams, een natuurkundige aan de Universiteit van Michigan, heeft veel onderzoek gedaan om daar achter te komen, en hij heeft ontdekt dat de massa van een quark, het neerwaartse quark genaamd (quarks zijn elementaire deeltjes die bijvoorbeeld de atoomkern vormen) slechts een factor zeven kan veranderen voordat het universum, zoals wij dat kennen, levenloos wordt.
Maar hoe fijn afgesteld is dat? “Als je een radio wilt afstemmen, moet je de frequentie van het signaal tot op 1% nauwkeurig kennen – en 1% is veel fijner afgesteld dan een factor zeven,” legt Adams uit. “Het is dus veel moeilijker om een radio af te stemmen dan om een heelal af te stemmen”. Intrigerend genoeg heeft zijn werk ook aangetoond dat het mogelijk is universa te maken die levensvriendelijker zijn dan het onze. “Je kunt een logischer universum maken dat meer structuur produceert, potentieel meer bewoonbare omgevingen voortbrengt, en ik denk dat dat impliciet betekent dat het leven beter ondersteunt,” legt hij uit.
Er zijn experimenten die het fine-tuning debat zouden kunnen helpen beslechten. Sommige projecten proberen bijvoorbeeld uit te vinden of de constanten die we om ons heen zien echt constant zijn – misschien variëren ze een beetje in de tijd of in de ruimte. En als dat het geval zou zijn, zou dat een klap zijn voor degenen die geloven dat de kosmos fijn-afgestemd is.
Je kunt ook luisteren naar Great Mysteries of Physics via een van de bovenstaande apps, onze RSS feed, of hier lezen hoe je anders kunt luisteren. Je kunt hier ook een transcriptie van de aflevering lezen.
Paul Davies heeft financiering ontvangen van het National Cancer Institute, John Templeton Foundation, het Foundational Questions Institute, NASA: Ames Research Center, Arizona Cancer and Evolution Center, Moogsoft en de Melanie Brose Archelon Fellowship. Hij zit in de Raad van Adviseurs, Leverhulme Quantum Biology Centre, University of Surrey; in de Board of Trustees, Templeton World Charity Foundation; in de Grants and Programs Committee, Templeton World Charity Foundation; in de Board of Advisors, John Templeton Foundation; in het raadgevend comité, Breakthrough Listen, in de raad van advies, Copernicus; in de raad van advies, Galileo Project; in de raad van advies, Center for Quantum Studies, Chapman University; lid, FQXi; in de raad van advies, Big Questions Institute (Australië) en in de internationale raad van advies, Big Questions Institute, UNSW. Davies heeft prijzen gewonnen, waaronder The Templeton Prize, de Michael Faraday Award van The Royal Society, de Kelvin Medal and Prize van het Institute of Physics en de Robinson Cosmology Prize.
Fred Adams ontving in 2015 een beurs van de Templeton Foundation.
Miriam Frankel ontving ooit als freelancer financiering van de Templeton Foundation voor het schrijven van een FQXi literatuuroverzicht over fine tuning, dat vorig jaar werd gepubliceerd.
