Het heelal

De kosmologie is het onderzoek van de oorsprong, structuur en evolutie van het heelal. Het is een oud onderzoeksveld, van oudsher uitgevoerd door filosofen en religieuze en spirituele leiders. Eeuwenlang werden de heersende ideeën gebaseerd op een religieuze leer: één of meerdere goden hadden het gehele heelal geschapen. Pas in de twintigste eeuw, bij de ontdekking van het bestaan van andere sterrenstelsels en van een dramatische toename in de grote van het bekende heelal, werd een wetenschappelijke basis gelegd. Kennis van andere sterrenstelsels maakte het mogelijk dat sterrenkundigen het gedrag van andere sterrenstelsels konden bestuderen om meer te weten te komen over de opbouw en ontwikkeling van het heelal.

De meeste onderzoekers waren het erover eens dat roodverschuiving, het verschijnsel dat licht van sterren die van de waarnemer af bewegen in het rode deel van het waarneembare licht terecht komen (helemaal aan het begin van het zichtbare licht), had bewezen dat het heelal zich uitbreidde. Dat leidde tot twee concurrerende theorieën: de Steady-State-theorie en de Oerknaltheorie. Ondanks deze enorme vooruitgang in de wetenschappelijke kosmologie, blijven religieuze opvattingen over de oorsprong van het heelal standhouden in veel gebieden op aarde.


Rood- en blauwverschuiving in de sterrenkunde.

Men denkt dat het heelal dertien tot veertien miljard jaar oud is; dit heeft Edwin Hubble berekend door de sterrenstelsels terug te volgen naar hun punt van oorsprong. Deze berekening neemt echter aan dat het heelal met een constante snelheid is uitgedijd. Veel mensen hebben zo hun vragen bij de Oerknaltheorie. Ze vinden het moeilijk om zich een tijd voor de Oerknal voor te stellen; een tijd van “niets” kan toch onmogelijk bestaan? Misschien is dat een tekortkoming van ons voorstellingsvermogen en niet van de Oerknaltheorie. Wetenschappers maken zich over deze vraag geen zorgen, omdat volgens de theorie de tijd pas met de Oerknal begon.

Het heeft dan geen zin om te discussiëren over wat er voor kwam. Misschien kunnen filosofen met deze kwestie een deel van hun oude invloed over de kosmologie herwinnen. Een ander kritiek is dat de Oerknal mogelijk niet meer is dan alweer een wetenschappelijk model en dat de hele theorie over de ontwikkeling over het heelal radicaal zal veranderen door een nieuwe ontdekking, zoals dat met andere ideeën is gebeurd. Er bestaat een kans dat dit waar is. We weten nog zo weinig van het heelal en de ontdekking van nieuwe aspecten zouden ons inzicht flink kunnen veranderen. Tot nog toe is, met aardig wat ondersteunend bewijs, de Oerknal de beste theorie die ons huidig begrip van het heelal vorm geeft.

De Steady-State-theorie was dan wel in de jaren vijftig populair, maar liep al snel tegen een aantal problemen aan die de voorkeur deden overgaan naar de ‘Oerknal’ als de meer waarschijnlijke uitleg voor de evolutie van het heelal. Zo was er de ontdekking van heel jonge sterrenstelsels, zogenaamde radiosterrenstelsels, met hun sterke emissies van radiogolven. De Steady-State-theorie zegt dat jonge sterrenstelsels door het hele heelal worden gevormd. De Oerknaltheorie beweert echter dat er geen jonge sterrenstelsels zijn, omdat ze allemaal ouder zijn geworden sinds de Oerknal, maar dat de verste sterrenstelsels nog steeds jong zouden lijken omdat het licht er miljarden jaren over zou doen om ons te bereiken. Radiosterrenstelsels bleken zich erg ver van de aarde te bevinden, wat bij de Oerknal leek te passen. Deze klap voor de Steady-State-theorie werd in 1963 gevolgd door de ontdekking van krachtige radiobronnen, later quasars (quasi-stellar radio objects) genoemd.

Kort daarna werd een aantal quasars ontdekt dat in sterke mate verschillende soorten elektromagnetische straling uitzond en niet alleen radiogolven. Deze bronnen bleken zich miljarden lichtjaren van de aarde te bevinden; net als de radio-golven ondermijnden quasars de Steady-State-theorie die meende dat galactische verschijnselen als quasars door het hele heelal verdeeld zouden moeten zijn en niet alleen in de verste hoeken. Quasars waren gemakkelijk in de Oerknal-theorie in te passen; ze zouden deel uit hebben gemaakt van de vroege stadia van het heelal en konden alleen op dergelijke grote afstanden zichtbaar zijn, omdat het licht en de andere straling er zo lang over deed om ons te bereiken.

Hoewel de ontdekking van verre quasars en radiosterrenstelsels de Steady-State-theorie in diskrediet bracht, was het geen rechtstreeks bewijs voor de Oerknaltheorie. Voorstanders van die laatste theorie hadden harde bewijzen nodig voor hun beweringen. Ze meenden dat het heelal na zo’n enorme explosie straling zou hebben uitgezonden, die zich gelijkmatig door de ruimte zou hebben verdeeld. Het komt erop neer dat er een oerknal is geweest, als deze straling overal in de ruimte zou zijn en als het bestaan ervan kon worden aangetoond, want dat zou de Oerknaltheorie kunnen ondersteunen.

In 1965 werkten Arno Penzias en Robert Wilson voor Bell Telephone Laboratories in New Jersey waar ze pionierden op het gebied van satelliettechnologie voor telefonie. Om het signaal van de satelliet te krijgen, moesten ze alle interferentie verwijderen, maar iedere keer als ze een `uplink’ naar de satelliet probeerden te maken, blokkeerde een zwakke, constante achtergrondstoring hun pogingen. Het leek niet van een bepaalde locatie te komen; de bron kwam van overal in de ruimte. Ze hadden puur toevallig de straling gevonden die de voorstanders van de Oerknal zochten; het was microgolfstraling, later kosmische achtergrondstraling genoemd. Deze ontdekking voorzag de Oerknaltheorie van belangrijk ondersteunend bewijs en zo werd de Oerknaltheorie snel het belangrijkste model voor de beschrijving van de ontwikkeling van het heelal.

De satelliet COBE (Cosmic Background Explorer) werd in 1989 gelanceerd om deze kosmische achtergrondstraling te onderzoeken en ons meer inzicht te geven in de geschiedenis van het heelal. COBE mat de temperatuur van de kosmische achtergrondstraling als net onder 3K, wat ons veel kan vertellen over de ontwikkeling van het heelal. We weten dat atomen die materie bevatten alleen bij temperaturen onder 3000K kunnen vormen. Als we dus aannemen dat het heelal is afgekoeld, weten we dat het heelal ruwweg duizend maal in grootte is toegenomen sinds er zich atomen vormden en het heelal de eigenschappen begon te krijgen die we tegenwoordig zien. Als de temperatuur hoger dan 3000K was geweest, zouden elektronen zijn verdwenen toen de atomen zich probeerden te vormen en zou een heelal zijn overgebleven dat uit plasma bestaat, een toestand van materie, net als vast, vloeibaar en gasvormig.

Zelfs al voor de Steady-State-theorie was voorgesteld, had de Belgische priester Georges Lemaitre in 1927 geopperd dat het heelal was begonnen met de explosie van een oeratoom. Dit werd later bekend als de Oerknal (Big Bang). Dit idee van een enkel atoom waaruit het hele heelal ontstond kreeg de steun van mensen als George Gamow, die het verder ontwikkelde en vaak als de vader van de theorie wordt gezien. Het gaat erom dat er een punt van oorsprong in de geschiedenis van het heelal moet zijn geweest, misschien een op zwaartekracht berustende singulariteit*, als het heelal uitdijt en de sterrenstelsels van elkaar vandaan bewegen (zoals door roodverschuiving was aangetoond).
*het niet van toepassing zijn van de normaal geldige regels

Op dit punt van oorsprong moet een grote explosie hebben plaatsgevonden en vanaf dat moment is het heelal blijven uitdijen en afkoelen. Hoewel het idee van de Oerknal dus al een aantal jaren bestond, was de hypothese van de Steady-State in de jaren vijftig meer geaccepteerd als uitleg voor het ontstaan van het heelal. De gedachte dat er niets was voor de Oerknal was moeilijk te bevatten en leek te vergezocht.


De Oerknal zoals wij hem ons voorstellen.

De roodverschuiving heeft aangetoond dat ons heelal uitdijt. Als een object van een waarnemer vandaan beweegt, wordt de golflengte van het zichtbare licht dat het uitzendt langer en dus roder. Met dit in gedachten zien wetenschappers zich voor de vraag geplaatst of het heelal zal blijven uitdijen of weer zal samentrekken. Sommige sterrenstelsels dicht bij de aarde, waaronder Andromeda, laten een blauwverschuiving zien en geen roodverschuiving, wat erop wijst dat ze naar ons toe bewegen omdat een object dat naar ons toe beweegt een blauwere (kortere) golflengte lijkt uit te zenden. Dat deze sterrenstelsels naar ons toe bewegen komt omdat de zwaartekracht sterk genoeg is om tegenwicht te bieden tegen de kracht die de andere sterrenstelsels uiteendrijft. Sommige aanhangers van de Oerknal hebben geopperd dat deze blauwverschuiving betekent dat het heelal met een Big Crunch, een ‘grote krak’, zal eindigen. Dan stopt de uitdijing van het heelal en keert deze om.

Alle materie in het heelal trekt zich dan weer samen tot de gravitationele singulariteit waar het vandaan kwam en de tijd zou dan ophouden te bestaan. Wil een Big Crunch kunnen plaatsvinden, dan heeft het heelal een zekere dichtheid van materie en energie nodig om de uitdijing tegen te kunnen gaan; dit wordt de kritische dichtheid genoemd. De Oerknaltheorie beweert dat materie en energie niet worden gemaakt; het heelal had op het moment van de Oerknal de hoogste dichtheid die het kon krijgen. Kosmologen proberen daarom de dichtheid van het heelal te berekenen om te kijken of het zich boven of onder de kritische dichtheid bevindt. Recente berekeningen lijken erop te wijzen dat de dichtheid van het heelal lager dan de kritische dichtheid is. Dat zou betekenen dat het heelal voor altijd zou blijven uitdijen. Het is voor wetenschappers echter moeilijk om donkere materie en energie mee te nemen in de berekeningen van het heelal; ongebreidelde uitdijing van het heelal en Big Crunch blijven dus allebei mogelijk. Voorstanders van de Big Crunch-theorie denken dat het hele proces zich zou kunnen herhalen, zodra het heelal is samengetrokken. Met andere woorden, dan zou er een nieuwe Oerknal kunnen plaatsvinden. In dat geval heeft het proces zich mogelijk al vele malen herhaald en is ons heelal er maar één van een reeks.

Wilt u ons contacteren dan kan dat