Ons heelal ontstond door het verval van het valse vacuüm waaruit het Universum bestaat. De oneindige en naakte singulariteit in dat valse vacuüm groeide met een snelheid die evenredig is met het verval van dat valse vacuüm. Daardoor koelde de 'primeaval fireball' af en ontstonden de vier natuurwetten van het heelal.
In die tijd was het heelal een heelal een heel andere plaats dan we nu kennen. Materie bestond niet en tijd was een grootheid die nog moest ontstaan. Door expansie en afkoeling en met de vorming van de natuurwetten kreeg het heelal pas echt vorm en dimensies.
De beschrijving van de eerste momenten van tijd en ruimte is gebaseert op de kennis en de natuurwetten van het heelal. Pas als we de huidige kennis achterlaten en toetreden tot het vreemde domein van het Universum kunnen we het werkelijke begin van een heelal begrijpen.
Ons heelal is er een in een oneindigheid van heelals. Elk heelal heeft haar eigen wetten en daardoor een eigen uiterlijk. Dit wordt veroorzaakt door de invloeden die het verval van het valse vacuüm op de heelal-bubbel heeft. In ons heelal is de inflatuation epoch verantwoordelijk voor het ontstaan van de vier fundamentele krachten, maar in een ander heelal kan dat helemaal anders zijn.
Het moment dat het valse vacuüm van het Universum verviel ontstond er een eindige singulariteit - een eindig zwart gat.
Hier staat het tijdschema zoals beredeneerd is uit de geldende natuurwetten van dit heelal.
| Tijd [sec] | Temp [K] | Energie [eV] | Dichtheid [water=1] | Radius [m] |
| <1,0*10-43 | <1,0*1032 | <1,0*1028 | <1,0*10-60 | |
| 1,0*10-43 | 1,0*1032 | 1,0*1028 | 1,0*10-60 | |
| 1,0*10-36 | 1,0*1030 | 1,0*1023 | 1,0*10-50 | |
| 1,0*10-32 | 1,0*1020 | 1,0*1011 | 1,0*1010 | |
| 1,0*10-05 | 1,0*1015 | 1,0*1010 | 1,0*1020 | |
| 1,0*10-05 | 1,0*1013 | 1,0*1009 | 1,0*1025 | |
| 1,0*10-02 | 1,0*1011 | 8,6*1006 | 4,0*1009 | |
| 1,1*10-01 | 3,0*1010 | 2,6*1006 | 3,0*1007 | |
| 1,09 | 1,0*1010 | 8,6*1005 | 4,0*1005 | |
| 13,8 | 3,0*1009 | 2,6*1005 | ||
| 182 | 1,0*1009 | 8,6*1004 | ||
| 228 | 9,0*1008 | 7,8*1004 | ||
| 2,1*1003 | 3,0*1008 | 2,6*1004 | 10 | |
| 2,2*1013 | 3000 | 0,26 |
De vier grondwetten vormden zich in die eerste momenten, wetten waaraan het heelal voor de rest van haar ontwikkeling vast zou zitten. Het zijn logische gebeurtenissen, gezien de hoogte van de temperatuur en de dichtheid die de eindige singulariteit gedurende haar expansie bezat.
< 1,0*10-43 seconden
Het Universum bestaat uit het zogenaamde valse vacuüm met oneindige afmetingen, waarin zich een stabiele, naakte quantumsingulariteit bevindt.
Door het verval van het vals vacuüm raakt de quantumsingulariteit instabiel waardoor deze begint met uitzetten. Door deze uitzetting word de singulariteit eindig en de vier dimensies nemen vorm aan, tijd, lengte, breedte en hoogte. De Quantum Gravity Era is begonnen.
De diameter van het heelal in wording is op dat moment nog kleiner dan 1,0*10-60 meter en heeft een temperatuur die hoger is dan 1,0*1028 Kelvin.
Tijdens deze periode heerst er maar een wet, de Grand Unification wet, waarin de vier fundamentele wetten van het heelal zijn gecombineerd.
1,0*10-43 seconden
Uit de Grand Unification, de samenvoeging van de vier fundamentele krachten, differentieert de zwaartekracht zich (vorming van de Graviton deeltjes). Dit is de eerste in de spontane symmetrie breuk, die de Grand Unification opbreekt in de vier fundamentele krachten.
Het Heelal, dat nu nog een radius heeft van ongeveer 1,0*10-60 meter (ter vergelijking, een proton meet ongeveer 1 femtometer = 1,0*10-15 meter) en bestaat uit een wervelende zee van niets meer dan quarks, gluons en gravitons.
Het heelal zet snel uit waardoor de temperatuur begint te zakken en de dichtheid afneemt. De deeltjesenergie bedraagt rond de 1,0*1019 Giga- electronvolt (GeV) met een temperatuur van 1,0*1032 Kelvin.
De gravitons, gewoon zwaartekracht genoemd, die de expansie van de "primeordial vuurbal" probeert tegen te houden, wordt tegengewerkt door de Grand Unification, die nog vele malen sterker is. Maar de expansie veroorzaakt ook instabiliteit, waarvan het ontstaan van de zwaartekracht slechts een voorbode was.
1,0*10-36 seconden
In het heelal, dat een wervelende zee van quarks is, differentieert de Grand Unification zich in de Sterke Kernkracht en de Zwakke Krachten. Dit uiteenvallen van de Grand Unification heeft grote invloed op de primordial vuurbal, en leidt rechtstreeks tot de Inflatuation Epoch.
De Sterke Kernkrachten, die in een veel latere stadium de kerndeeltjes in atomen bij elkaar zal houden, hebben met hun 1,0*1014 GeV nog teveel energie om protonen en neutronen bij elkaar te houden. De temperatuur is 1,0*1027 Kelvin.
De vorming van de Sterke Kernkracht is het tweede deel in de spontane symmetrie breuk.
1,0*10-36 tot 1,0*10-32 seconden
Door het ontstaan van de Sterke Kernkrachten wordt er een enorme expansie veroorzaakt. Het heelal neemt in omvang toe met een factor 1,0*1050 waardoor de radius 10 meter bedraagt. Dit is het moment dat als de werkelijke Big Bang beschouwd kan worden.
Deze toename in expansie, die gepaard gaat met een flinke temperatuursval (van 1,0*1030 naar 1,0*1020 Kelvin), is groter dan het heelal in de rest van haar toekomstige leven zal maken.
Ook de deeltjesenergie neemt af door de expansie en bedraagt 1,0*103 GeV aan het eind van deInflatuation Epoch. Deze energie is voornamelijk aanwezig in de vorm van fotonen en deeltjes die zich niet kunnen binden door het hoge energieniveau. Dit is het begin van de Quark-antiquark Periode.
Deze theorie, opgesteld door Alan Guth, is een voortvloeing uit de
traditionele Big Bang Theory (Georges Lemaitre, 1894-1966) waarbij dingen
zoals het vlakke heelal, uniformiteit in 3K achtergrondstraling en het
"horizon-probleem" verklaard werden.
De theorie, die gebasseerd is op de bevindingen van moderne deeltjesfysica,
neemt aan dat er een periode is geweest waarbij het heelal een factor
1,0*1050 expandeerde in een kort tijdbestek (Inflationary Period). Dit moment
was op 1,0*10-36 seconden na het ontstaan van het heelal.
Door deze expansie, waarbij het heelal verhoudingsgewijs meer expandeerde
dan in de rest van haar huidige leeftijd van 15 biljard jaar is de vlakheid
van het huidige heelal te verklaren, net als de horizon en de uniformiteit
van de 3K achtergrondstraling.
Het gaat te ver om hierover uitgebreid uit te weiden. Maar het is wel
interessant om te weten dat de theorie meer inhoud dan het verklaren van
de bovenstaande problemen. De Inflatuatie Theorie vertelt ook iets over
het werkelijke ontstaan van het heelal. Het zou, bijvoorbeeld, niet uit
een punt van ongeveer 1 meter zijn ontstaan, maar een singulariteit.
Daarnaast vertelt deze theorie dat het universum veel en veel groter is
dan we tot nu toe hebben aangenomen. Ons heelal zou niets meer zijn dan
een bel, een in een universum van bellen (An
Eternity Of Bubbles? by Alan Guth).
1,0*10-32 tot 1,0*10-5 seconden
De energie in het groeiende heelal is voornemelijk aanwezig in de vorm van fotonen en de deeltjes die zich niet kunnen binden tot grotere, stabiel deeltjes. Deze laatste bestaan als een verzameling quarks en antiquarks met gluons en andere bindingsdeeltjes. Het heelal bestaat nog steeds als een "zinderende zee van quarks".
Gedurende deze periode vindt de laatste spontane symmetriebreuk plaats. De Zwakke Krachten differentiëren zich in de Zwakke Kernkrachten en Electromagnetische krachten. Dit gebeurt bij 1,0*10-12 seconden. Op dat moment bestaat en kan de Grand Unification niet meer bestaan, waardoor het heelal de gelegenheid krijgt zich verder te gaan vormen.
1,0*10-5 seconden
Het heelal is rond deze tijd afgekoeld tot 1,0*1013 Kelvin. Haar afmeting bedraagt nu ongeveer 1,0*1025 meter (1000 miljoen lichtjaar) en het energieniveau is gedaald tot 1 GeV.
Dit is het moment dat de individuele quarks zich kunnen binden waardoor de eerste protonen en neutronen worden gevormd, samen met baryonen. Hoewel de temperatuur nog steeds te hoog is om atoomkernen te vormen, zijn alle bestaande elementaire deeltjes gevormd.
Deze deeltjes zijn onderhevigd aan grote veranderingen, en worden zowel gecreëerd als vernietigd. (creatie en annihilatie processen).
1,0*10-2 tot 2,2*1013 seconden
Het Heelal bestaat voornamelijk uit fotonen. Toch zijn alle elementaire deeltjes gevormd en aanwezig. Electronen en positronen worden continue gevormd door het creatieproces (paar-vorming), en vernield door het annihilatieproces in dezelfde hoeveelheid. Hierdoor woden de fotonen zo verspreidt dat het heelal nog ondoorzichtig is.
Protonen en neutronen veranderen continue in elkaar en bestaan in evengrote hoeveelheden langs elkaar. Voor elke 1,0*109 fotonen is er 1 proton of neutron.
Vrije neutronen beginnen langzaam te vervallen tot protonen. Voor dit moment heerste er een evenwicht, er werden ongeveer evenveel neutronen als protonen gevormd. Naarmate de energieniveau's dalen verschuift dit evenwicht waardoor er een overschot aan protonen ontstaat.
Het evenwicht tussen de protonen en neutronen raakt verder uit balans. Er zijn nu 76% protonen en 24% neutronen.
Nu de energieniveaus verder dalen en onder de 1 MeV komen verandert ook het evenwicht in de electron-positron paarvorming. De annihilatie gaat sneller dan de creatie.
Hoewel het heelal nog steeds ondoorzichtig is voor electromagnetische straling (waaronder licht), wordt het transparant voor neutrino's. Ze ontsnappen uit de primeval vuurbal.
De hoeveelheid neutronen is gedaald tot 17%. Electronen en positronen verminderen ook in een snel tempo nu de energiegrens van paarvorming ver beneden de minimale grens is gedaald.
Omdat de temperatuur nog te hoog is (3,0*109 Kelvin) kan er geen deuterium vormen, hoewel de situatie verder geschikt begint te worden voor de vorming van kernen zoals He4.
Tegen deze tijd zijn vrijwel alle electronen en positronen uit het heelal verdwenen. Het bestaat nu nog voornamelijk uit protonen en neutronen, die een evenwicht hebben bereikt van 86% : 14%.
De temperatuur is zover gedaald dat deuterium stabiel is. Er vormen zich kernen waarin de neutronen mee paren waardoor er heliumkernen worden gevormd. Het neutronverval is gestopt, nu er geen vrije neutronen meer zijn.
Ongeveer 26% van het gewicht van het heelal wordt gevormd door deze heliumkernen. Er vomt niets zwaarders, omdat er geen stabiele producten zijn met een atoommassa van 5.
Wanneer de expansie langzamer was gegaan, zouden alle neutronen vervallen zijn (half-waardetijd voor verval van neutronen is 10,3 minuten). In dat geval zou het heelal geen atomen gevormd hebben, zoals we die nu kennen.
Er breekt een relatief rustige periode in het groeiende heelal aan. Alle nucleaire processen zijn gestopt en de koeling en expansie gaat onverminderd door. Ook de energiedichtheid daalt gestaag, die uit 69% fotonen bestaat en 31% neutrino's.
Uit de electron-positron annihilatie periode (van 0,2 tot 3 minuten na de Big Bang) is ongeveer 1 electron per 1,0*109 proton overgebleven. Dit is mogelijk doordat er in het begin een gering overschot ten opzichte van de positronen was. Deze electronenbewegen zich nog vrij in de primeval vuurbal zodat elke vorm van electromagnetische straling dusdanig verstrooit wordt dat het heelal nog ondoorzichtig is.
2,2*1013 seconden (700.000 jaar)
Tot voor dit moment werd alle vorm van electromagnetische straling verstrooid door ionen en electronen. De straling was verbonden met materie en andersom. Maar nu de temperatuur en de energieniveau's gedaald zijn tot 3000 Kelvin en 0,26 eV zijn de helium en waterstofatomen in staat om de electronen te binden. Hierdoor veranderen ze in stabiele atomen.
Door dat de vrije electronen nu uit het heelal verdwijnen, wordt het voor de electromagnetische straling mogenlijk om zich uit de primeval vuurbal te ontsnappen. Het is het moment dat de straling zich van de materie ontkoppelt en ieder een eigen weg inslaat.
Dit wordt het Moment van Ontkoppeling genoemd. Het heelal is doorzichtig / transparant geworden en de achtergrondstraling van het heelal is ontstaan.
Hiermee eindigd de eerste era van het heelal en begint een nieuwe tijd waarin het heelal langzaam stabiel wordt. Deze nieuwe era wordt de Stabilisatie era genoemd.