Wat zijn enkele onopgeloste problemen in de kosmologie?

Kosmologie, de studie van het universum, wordt geplaagd door talloze onopgeloste problemen. Historisch gezien hebben deze onopgeloste problemen geleid tot nieuwe ontwikkelingen in de fysica die het veld revolutionair hebben veranderd, maar in de laatste halve eeuw hebben kosmologen nieuwe problemen ontdekt en minder overeenkomstige oplossingen geboden. Het vinden van de oplossingen voor deze problemen kan radicaal nieuw denken vergen, en meer tolerantie tegenover het inhuren van promovendi die geneigd zijn hun eigen ideeën na te streven in plaats van alleen die van senior wetenschappers te volgen.

Een van de meest opvallende problemen in de kosmologie is de kosmologische constante, die de expansie van het universum regelt, ook bekend als donkere energie. Een aanzienlijk deel, ongeveer 60%, van de massa-energie in het universum is in een vorm van mysterieuze energie die de kosmos in een steeds sneller tempo uit elkaar duwt. Wat is deze energie en waar komt het vandaan? Kosmologen hebben geen echt idee.

Hoewel een vergelijkbare naam wordt gegeven, is er een ander probleem in de kosmologie, de zogenaamde donkere materie, die eigenlijk geen verband houdt met donkere energie, behalve voor zover het dingen betreft die we niet begrijpen. Ongeveer 90% van de massa in het universum bevindt zich in een schijnbaar onzichtbare vorm van materie die we donkere materie noemen. Deze donkere materie kan alleen worden gemeten door de zwaartekracht die het heeft op objecten eromheen, en alle sterrenstelsels die we waarnemen bevatten grote halo's ervan, vaak reikend tot honderdduizenden lichtjaren voorbij de rand van lichtgevende materie. Is deze donkere materie werkelijke materie, zoals zwak in wisselwerking staande massieve deeltjes (WIMP's), of is het misschien gewoon een observatie-artefact veroorzaakt door een onjuiste zwaartekrachttheorie? Elke kosmoloog die hier achter komt, zou praktisch een Nobelprijs krijgen, maar niemand is erin geslaagd.

Een ander mysterie is waarom er zoveel meer materie is dan antimaterie in het universum. Volgens fysische theorieën zijn deze vormen van materie in wezen equivalent, maar conventionele materie wordt in veel grotere hoeveelheden waargenomen dan antimaterie. Was er een zeer groot aantal van beide typen in het vroege universum en vernietigden ze meestal met elkaar om de zaak van vandaag te verlaten? Of was er vanaf het begin veel meer conventionele materie? Als je een kosmoloog bent, is dit het soort dingen dat je 's nachts wakker houdt.

Sommige van de antwoorden op de bovenstaande vragen kunnen worden afgeleid van het antropische principe - het idee dat de waargenomen waarden heel anders waren, het universum zou vijandig zijn voor het leven en dus zouden er geen kosmologen zijn om deze vragen te stellen. Maar anderen zien het antropische principe als een cop-out, omdat het een handige verklaring biedt voor praktisch alles wat we willen. Er zijn talloze andere onopgeloste problemen in de kosmologie, die te maken hebben met het genereren van massa voor neutrino's, de kwestie van entropie in het verre verleden en de omstandigheden van het universum onmiddellijk na de oerknal. Als je meer wilt weten, lees dan een boek over dit onderwerp van een gerespecteerde kosmoloog.