T
zet t
A
Tortelend
duivenpaar
vetenschap y
spoor
van
Vuurwerk
de
hemel
•V""
Echo oerknal
Na die seconde overigens was
de temperatuur al afgenomen
tot 10.000 miljoen graden
boven nul en was de
dichtheid teruggebracht tot
die van een middelgrote
Nederlandse gemeente binnen
in een liter. We maken een
sprong van 700.000 jaar. Dan
bedraagt de temperatuur in
de alsmaar uitdijende klont
3000 graden. De dichtheid is
gezakt tot 1000
waterstofatomen per kubieke
centimeter. Ontkoppeling
tussen straling en materie
wordt mogelijk. Er kunnen
zich sterren en sterrenstelsels
gaan vormen. Maar het
uitdijen, het wegvluchten blijft
doorgaan.
De afkoeling evenzeer, niet
alleen van de sterren en
sterrenstelsels, ook van de
straling die het proces
overleefde en zichzelf bleef,
laatste stamt het begrip
oeratoom), maar het bleef
wijsgerig giswerk, door de
overgrote meerderheid der
natuurwetenschappers
nauwelijks serieus genomen.
Zelfs de berekeningen die
Gamov in onze jaren veertig
en vijftig kon uitvoeren
dankzij het inzicht dat
inmiddels verkregen was over
de samenstellende deeltjes
van de materie, raakten in het
vergeetboek of in de ijskast
der ongelovigen.
Toen kwam opeens de
duivenpoep van Arno Penzias
en Robert Wilson die geen
duivenpoep was, maar een
rechtstreeks overblijfsel van
het moment waarop straling
en materie ontkoppeld konden
raken. Voor het eerst werd
het de mensheid gegeven een
duidelijke blik te werpen in
de geschiedenis van het
heelal. Tot op een honderdste
van een seconde wist men
het moment van de oerknal te
benaderen.
Toegegeven, wat in de fractie
van een oogwenk eerder
gebeurde, blijft duister. De
energie, die toen werkzaam
was in de oerklont, moet van
een orde zijn geweest die
voor de natuurkundigen van
vandaag niet te begrijpen valt.
Ze missen eenvoudig het
gereedschap om het gedrag
van materie onder zulke
extreme omstandigheden te
kunnen doorgronden, en of ze
het ooit zullen krijgen, is zeer
de vraag. Anders gezegdwat
de Big Bang veroorzaakte, is
onbekend. Wie de lont in het
kruitvat gooide, weet niemand.
Men vindt dat in kringen van
astronomen ook zinloze
speculatie. Men laat het
gaarne aan anderen over.
De toekomst van de kosmos,
daarover valt te praten. Je
kunt je voorstellen dat hij
eeuwig blijft uitdijen. Dan heb
je het model van een open
heelal. Je kunt je echter ook
voorstellen dat de expansie
ooit zal vertragen, tot stilstand
zal komen en zal omslaan in
zijn tegendeel, een
De dramatiek van de oerknal,
verzinnebeeld In een foto
van het zonnestelsel „De
Jachthonden" dat 15 miljoen
lichtjaren van ons verwijderd
is.
rond andere uitgebluste
sintels. Mocht de kosmos op
dat moment al aan het
instorten zijn, dan zou het
nog tientallen miljarden jaren
duren voordat we hem op ons
eigenste, al lang niet meer
bestaande dak zouden krijgen.
Geen paniek.
Maar stel.... stel dat we het
mee konden maken. Een
mens wil altijd alles weten.
En de wetenschap is nog bij
machte deze absurde vraag te
beantwoorden ook. Bij de
instorting immers moeten zich
onafwendbaar dezelfde
snelheden voordoen, dezelfde
processen afspelen als bij de
uitdijing, alleen in
omgekeerde richting.
Het zal allemaal zeer
geleidelijk gaan. Je zult er
aanvankelijk niets van merken
Maar hoe dichter de eindklap
nadert, hoe heter het zal
worden. De temperaturen
zullen oplopen tot duizenden
graden. We zullen in een
warmtebad gedompeld wordei
van straling die uit alle
richtingen op ons komt. Zo
heet zal het worden dat alles
verdampt, dat alle moleculen
uit elkaar vallen. Wat over zal
blijven, is een eindsoep van
gassen. Een zich steeds
verdichtende klont van
elementaire deeltjes.
Eénhonderdste seconde voor
de eindknal zal er een
temperatuur heersen van
100.000 miljoen graden boven
nul. De dichtheid zal ongeveer
dezelfde zijn als die van alle
gebouwen in Nederland,
samengeperst binnen een
liter.
Inéén seconde zal het
volume van de klont duizend
maal zo klein zijn geworden.
Dan de omgekeerde Big
Bang. Het onvoorstelbare.
Energieën die het
bevattingsvermogen van de
mens te boven gaan. Waarna
het proces opnieuw zou
kunnen beginnen. Boem. Is
het een wonder dat de mens
de voorkeur geeft aan een
ster die boven Bethlehem
stille bleef staan?
TERDAM Wat een
te poetsen euvel leek,
orzaakt door de
»rpselen van duiven,
opte zich als een 17
rd jaar oude echo van
trknal waarmoe het
al geboren werd. Zo
>orgrondelljk zijn de
in van de wetenschap,
wanneer de min of
toevallige ontdekking
Nobelprijs oplevert
gelijk Wilson en Penzias
lat overkwam,
merikaanse duo wilde de
itraling van onze
[weg meten, een
gheid die betrekkelijk
t bij huis ligt. Ze richtten
ntennevan het Bell\
foon Laboratorium te New
ey op hun doel, maar
noetten pech in de vorm
een storende
tergrondruis. Deksels: kon
chuld bij hun uiterst
ijnde apparatuur liggen?
J |ingen op zoek en
""lekten dat de antenne
dbewoond dooreen
I elend duivenpaar.
enschappelijke zakelijkheid
de vertedering.
i verjoeg de gelieven en
nde op „het witte, di-
ttrische materiaal", zoals
izias hun uitwerpselen
Jchreef, totdat de antenne
blinkend schoon was....
ruis bleef echter.
iets geleerds; dat is
tas onvermijdelijk wanneer
raat over een ingewikkeld
ftenstelsel als de kosmos,
in Wilson en Penzias de
orie van de uitwerpselen
leugdelijk hadden
iden de duiven
iten voor hun part
ugkomen verdiepten ze
h in de aard van de
ring zelf. Het leek wel,
iden ze, alsof de antenne
!h in een bad bevond van
aling die van buiten de
Ikweg kwam, die zich uit
e richtingen van het heelal
de 7.35 centimeter
crogolfband deed gelden en
f een temperatuur verried
3 graden boven het
/A
ira
Jtz
jgk
absolute nulpunt.
Penzias vertelde deze
bevindingen in een toevallig
telefoongesprek aan een
sterrenkundige. Deze op zijn
beurt herinnerde zich toevallig
een praatje van weer een
andere vakgenoot, die had
beweerd dat er in de kosmos
een achtergrondstraling zou
moeten zijn met een uiterst
lage temperatuur, en zo
voerde het spoor terug naar
de astronoom Ganov die In
1952 zijn opvatting
wereldkundig had gemaakt
over een oerknal - de Big
Bang - waaruit het heelal zou
zijn ontstaan.
Wilde theorieen
Deze theorie was indertijd
door de geleerden
weggewuifd als te wild, te
weinig met waarnemingen
onderbouwd, te zwak door
feiten gestaafd. Een
begrijpelijke houding voor die
dagen. De Amerikaanse
fysicus Steven Weinberg
herinnert zich in zijn recente
boek „De Eerste Drie
Minuten": „Toen ik in de
vijftiger jaren als student met
mijn eigen onderzoek begon,
werd de studie van de
voorgeschiedenis van de
kosmos in brede kring
beschouwd als iets waarmee
een degelijke wetenschapper
zijn tijd niet diende te
verknoeien. En misschien
terecht, want de natuur- en
sterrenkunde hadden tot dan
toe nauwelijks grondslagen
weten te leggen waarop een
aannemelijke geschiedenis van
het vroege heelal te bouwen
viel".
Tegen deze achtergrond
bezien wordt duidelijk hoe
baanbrekend de ontdekking
van Arno Penzias en Robert
Wilson is geweest. Een
Nobelprijs waardig. Immers,
de onomstotelijke vondst van
hun drie-gradenstraling kon
enkel verklaard worden vanuit
de oerknal-theorie. De
kosmische ruis moest een
rechtstreeks overblijfsel zijn
van de verguisde Big Bang.
Concurrerende gedachten
(bijvoorbeeld „het heelal is
eeuwig en onveranderlijk")
strookten niet met de
vastgestelde aanwezigheid van
de drie-gradenstraling en
waren dus weerlegd.
Het bewijs voor een uitdijende
kosmos van wegvluchtende
sterrenstelsels, ontstaan door
de ontploffing van een
oerklont, bleek geleverd. Zo
duidelijk werden de
samenhangen plotsklaps dat
de astronomen de
geschiedenis van het heelal
over 17 miljard jaar
nauwkeurig konden
terugrekenen tot
éénhonderdste seconde na
het moment van de Big Bang.
Ziehier hun portret van de
oerklont op dat ogenblik. Er
heerste een temperatuur van
100.000 miljoen graden boven
nul. De dichtheid was
ongeveer dezelfde als die van
alle gebouwen in Nederland,
samengeperst binnen een
liter. In een seconde werd het
volume duizend maal zo
groot. Over knal gesproken...
Allemaal getallen en feiten om
van te duizelen. Prof. Ed van
den Heuvel en
wetenschappelijk medewerker
Frank Verbunt, beiden
verbonden aan het
Sterrenkundig Instituut van de
Universiteit van Amsterdam,
spreken er echter over als
over het rijzen van een
krentenbrood, een vergelijking
die ze inderdaad vaak
gebruiken.
Met hen gaat dit gesprek over
de jongste ontdekkingen op
hun vakgebied. Het blijkt een
verhaal als van een storm die
vensters openstoot en
bedenkelijk rammelt aan de
deuren waarachter de
mensheid zijn zekerheden
veilig waande. Begin deze
eeuw was er nog niets aan
de hand. Men beschouwde de
kosmos als statisch, oneindig
en onveranderlijk. Waar hij
vandaan kwam, was een vraag
waarover de wetenschap liever
niet nadacht.
Zelfs Einstein...
Speculatie. Oninteressant.
Natuurwetenschappelijk geen
haalbare kaart. Zo deed men
het af. Zelfs de grote Einstein
ging de voetangel uit de weg.
Toen hij zijn in 1915 ontdekte
algemene relativiteitstheorie
probeerde toe te passen op
het heelal, vond hij tot zijn
schrik...: de kosmos moet
uitdijen of inkrimpen, wil alles
kloppen. Bezield van
onbehagen heeft hij een
kunstgreep toegepast. Hij
verzon een extra kracht die
binnen het kader van zijn
overige berekeningen de
sterren en sterrenstelsels toch
op hun plaats kon houden.
Gelukkig was hij er niet mee
en later zou hij het de
grootste blunder van zijn
leven noemen. Dat was in
1929, na de ontdekking van
Hubble, een advocaat
notabene die slechts
liefhebberde in sterrenkunde.
Deze amateur wist aan te
tonen dat alle sterrenstelsels
zich van ons verwijderen met
snelheden die groter zijn
naarmate ze verder bij ons
i/andaan staan. In de uiterste
gevallen wel 250.000 kilometer
per seconde, zoals we
inmiddels weten. De
snelheden berekende Hubble
uit de mate waarin het licht
van een sterrenstelsel naar
het rood is verschoven.
Roodverschuiving betekent
namelijk een toeneming van
de golflengte van het licht die
optreedt wanneer de lichtbron
zich van de waarnemer af
beweegt, het zogenaamde
effect van Doppler. Om
dezelfde reden geeft de
claxon van een auto die naar
je toe rijdt, een hogere toon
dan die van een auto die de
andere kant op gaat.
De ontdekking van Hubble
had een wetenschappelijke
omwenteling dienen in te
luiden, want als sterren
wegvluchten, moeten ze
voorheen dichter bij elkaar
hebben gestaan en ooit-
uiterste consequentie - samen
een klont hebben gevormd. Er
waren inderdaad enkelingen
die de moed hadden hun
gedachten die richting uit te
sturen zoals de Leidse
hoogleraar De Sitter, de Rus
Friedmann en de Belgische
kannunik Lemaitre (van deze
Op losse schroeven
Bepalend is, zoals gezegd, de
hoeveelheid materie in het
heelal. Tot voor kort hadden
de astronomen slechts vijf
procent ontdekt van wat er
aan massa en dus
zwaartekracht nodig zou zijn
om de uitdijing van de
kosmos tot staan te brengen.
De slotsom van een open
heelal, van steeds verder
wegvluchtende sterrenstelsels
■lag voor de hand. Men had er
vrede mee. Men miste
namelijk 95 procent materie
om het alternatief, een
gesloten kosmos, aannemelijk
te maken.
De jongste onderzoekingen,
luttele maanden oud; zetten
dit beeld op losse schroeven.
•Het komt erop neer dat dr.
Herbert Friedmann, verbonden
aan het Onderzoek
Laboratorium van de
Amerikaanse Marine, met zijn
ploeg wetenschappers in de
zogenaamd lege ruimte tussen
sterrenstelsels geweldige
wolken onzichtbare materie
heeft aangetoond; massa's zo
groot dat ze de missende 95
procent of méér lijken op te
leveren die nodig zijn om te
ikunnen denken In de richting
van een gesloten heelal, van
een kosmos die straks in
elkaar zal storten totdat een
nieuwe oerknal erop volgt.
Waarom die geweldige
hoeveelheid materie nooit
eerder is waargenomen?
Doodgewoon omdat hij geen
licht uitzendt, maar
röntgenstraling. En de
mogelijkheden om
röntgenstraling op te vangen,
bestaan pas sinds de
ruimtevaart de mensheid
boven de dikke deken van
zijn aardse atmosfeer heeft
uitgetild. „Maar", zegt prof.
Van den Heuvel die de
ontdekking van zijn
Amerikaanse collega
Friedmann uiterst
opzienbarend vindt, „wanneer
het menselijk oog erop was
ingericht om röntgenstralen
waar te nemen inplaats van
Jicht, dan zouden de nu
gevonden materiewolken voor
ons de helderste vlekken aan
de hemel zijn".
Het ziet er dus naar uit dat
we ernstig rekening moeten
gaan houden met de
mogelijkheid van een gesloten
heelal. Een kosmos die -v.
gedoemd is in elkaar te
storten. Griezelig idee. Je
voelt bijna de dreun en
kreunt, als in een
nachtmerrie: dat nooit. Rustig
maar. Wij op aarde zullen
hem nooit beleven, want over
5 miljard jaar is onze zon
leeggebrand. Een sintel zijn
we dan, uitgeblust cirkelend
..y V.'.i'.Sr ,«35
de enige rechtstreekse echo
van de oerknal. Dat is dus de
drie-gradenstraling die Arno
Penzias en Robert Wilson
aanzagen voor een
bijverschijnsel van
duivenpoep.
Tot dusver nooit
waargenomen, hoe krankzinnig
dat ook klinkt, want deze
straling vormt een van de
belangrijkste bestanddelen van
het heelal. Wanneer je de
energie die zij
vertegenwoordigt, zou
omrekenen irj massa, zou je
genoeg krijgen om de voor
ons zichtbare kosmos uit te
breiden met honderden
miljoenen sterrenstelsels, elk
bestaande uit 100 miljard
sterren ter grootte van onze
2on.
ineenstorting totdat er weer
een oerklont ontstaat en een
nieuwe Big Bang kan volgen.
Dat is het model van een
gesloten kosmos. De vraag
wat het zal worden, valt
slechtste beantwoorden door
vast te stellen hoeveel materie
zich in het heelal bevindt.
Immers: wanneer de
hoeveelheid materie in de
kosmos beneden een
bepaalde grens blijft, bestaat
er te weinig onderlinge
aantrekkingskracht tussen die
materie om alles weer in
elkaar te laten vallen. De
materie zal aan zichzelf
ontsnappen zoals een raket
die de aarde verlaat. Maar
mocht het heelal meer dan
een bepaalde kritische massa
bevatten, dan zal de
zwaartekracht groot genoeg
zijn om de uiteenspattende
wolk materie af te remmen en
weer samen te trekken naar
zijn beginpunt. Vergelijk het
met het populaire strandspel
van een balletje aan een stuk
elastiek. Wanneer het elastiek
breekt, komt het balletje niet
terug; beeld van een open
heelal. Maar blijft het elastiek
heel, dan brengt hij het
balletje bij zijn uitgangspunt
en kun je het opnieuw een
klap geven. Vervang elastiek
door zwaartekracht en je
krijgt een onthutsend helder
model van een gesloten
kosmos.
