Universiteit Derde Leeftijd Leuven – Cyclus ‘De Wetenschap van de Kosmos’



Dovnload 10.06 Kb.
Datum26.08.2016
Grootte10.06 Kb.
Universiteit Derde Leeftijd Leuven – Cyclus ‘De Wetenschap van de Kosmos’
Christoffel Waelkens
V. Het Heelal in Evolutie


Fysische kosmologie: kan het?
Door naar de kosmos te kijken en erover te reflecteren vanuit ons begrijpen van de wetmatigheden van de fysica, hebben we ingezien dat al die fenomenen vanuit causale verbanden verklaarbaar zijn, dat het allemaal samenhangt, en dat ‘evolutie’ een sleutelwoord is in het hele verhaal.
Wanneer we echter zover komen dat we menen te mogen te besluiten dat de kosmos zelf, met zijn tijd en ruimte, in evolutie is en ooit eens begonnen is, dan moeten we toch even stilstaan bij epistemologische vragen. Als wij zelf een product van het systeem zijn, kan dat wel dat wij er het eerste of laatste woord over hebben? Mijn antwoord is eerder terughoudend. Maar wat betekent het dan wel dat we iets over de kosmos als geheel kunnen zeggen? Op die vraag is het antwoord analoog aan dat van de thermodynamica wanneer we iets over gassen willen zeggen: je kan macroscopische eigenschappen duiden zonder de microscopische details exact te kennen. Op grote schaal is het heelal homogeen en isoptroop, en dat maakt dat het vrij eenvoudig als een geheel te beschrijven is in wiskundige termen.
De vier peilers van de oerknaltheorie
De oerknalhypothese stelt dat het heelal in evolutie is, en dat die evolutie een ‘singulier’ begin heeft gehad, waar alles samenzat en vanwaar alles is uitgedijd. Tijd en ruimte zelf zijn met die oerknal geboren en sindsdien geëvolueerd. Het hele verhaal doet ons dus nadenken over begrippen die we als fundamenteel en absoluut ervaren. Het heeft dus wel zin om na te gaan wat er al dan niet achter steekt.
Dat het heelal op zich niet statisch is, ligt eigenlijk besloten in de aard van de kracht die op grote schalen de structuren bepaalt, namelijk de gravitatiekracht. Om aan de intrinsiek instabiele aard van de gravitatie te ontkomen, had Newton een oneindig groot en oud heelal bedacht, en Einstein voegde er nog een kosmologische constante aan toe. Tevergeefs, want gravitatie blijft instabiel. Maar dat hebben we pas beseft wanneer de feiten er ons met onze neus op gezet hadden.
Sinds een honderdtal jaar is duidelijk geworden dat het heelal uitdijt. De sterrenstelsels lopen van ons weg, op een systematische wijze die toont dat het eigenlijk de ruimte is die groter wordt. Vermits de sterrenstelsels met een eindige snelheid nog niet oneindig ver van ons afstaan, moet dit verhaal ooit eens begonnen zijn. Over hoe lang geleden het begonnen is (dat was de oerknal), zijn we het nu redelijk goed eens: 13,7 miljard jaar. Het is dan ook bijzonder significant dat de oudste sterrenhopen – die met het minste zware elementen – leeftijden hebben die van de orde van 12 miljard jaar zijn. Dat die twee tijdschalen – de ene een afstand gedeeld door een snelheid, de andere een tankinhoud gedeeld door een verbruik – goed met elkaar overeenkomen, betekent dat de oerknalhypothese stevig op twee benen staat.

De theorie wordt potig omdat er nog twee andere benen zijn: de kosmologische achtergrondstraling en de abondanties van de lichtste elementen. Ze hebben allebei te maken met hetgeen er in die eerste dichte en hete fasen van het heelal is gebeurd.


Hoe moeten we ons die oerknal voorstellen? Pioniers zoals Lemaître wisten het niet zo goed, de fysica van hun tijd kon hun niet vertellen hoe materie zich gedraagt bij extreme dichtheden. Met Gamow groeide het inzicht dat de oerknal ‘heet’ moet zijn geweest: om iets dicht opeen te krijgen, moet je alle banden breken, en dat is een ‘hot’ verhaal. Maar een heet gas zendt straling uit, en de nagloed van dat hete gas moet er vandaag nog zijn, als een afgekoelde straling die ons van overal toegestraald wordt. Deze – voorspelde – straling werd in 1964 inderdaad waargenomen, met de verwachte eigenschappen.
Uit de achtergrondstraling kunnen we de temperatuur van het heelal, nu en in het verleden, accuraat bepalen, en ons afvragen welke nucleaire processen er zich in het vroege heelal hebben afgespeeld. Gamow dacht dat alle elementen gedurende die eerste dichte fasen waren ontstaan, eerder dan in de sterren. Berekeningen van Hoyle en anderen tonen aan dat de zwaardere elementen vooral in sterren zijn aangemaakt, maar dat de vroegste fasen van het heelal ervoor verantwoordelijk zijn dat er zoveel helium is.
Weten we het nu allemaal?
De oerknaltheorie is geweldig. Enerzijds brengt ze zoveel, de aard, samenstelling en dynamica van straling en materie in het heelal, samen onder één dak dat het wel een juist spoor moet zijn. Anderzijds stelt ze vele nieuwe vragen, die ons aansporen om verder na te denken. Zowel over de oerknal zelf als over hetgeen nadien is gekomen.
De oerknal is het moment en de plaats wanneer en waar het oneindig grote oneindig klein was. Het is dus de vereniging van algemene relativiteitstheorie en kwantumfysica, en dat aspect ervan hebben we nog niet helemaal na kunnen doen. Er wordt intens naar gezocht. De universaliteit van de natuurwetten heeft ons geleerd dat ons labo zoveel groter is dan de Aarde, de oerknal leert ons nu dat het vroege universum de hoge-energie-omgeving bij uitstek is.
Sterrenkundigen houden zich meer bezig met hetgeen later is gebeurd, met hoe de structuren in het heelal zich hebben ontwikkeld. Want, al danken we aan het homogene karakter van het heelal op grote schaal het feit dat we over de fysische wereld als geheel kunnen spreken, op kleinere schalen is dat heelal helemaal niet homogeen. Maar hoe die structuren op kleinere schalen tot stand zijn gekomen, zegt ook iets over de basiswetten die het geheel besturen.
Als we onze ‘kennis’ van vandaag op een rijtje zetten, dan komen we tot een consistent verhaal, maar tot een verhaal waarbij 26% van de materie onbekend is, en nog 70% van de energie van het heelal op een andere manier onbekend is, als ‘donkere energie’. Goed zo, we menen dus al min of meer 4% te kennen… Misschien toch goed om ook de laatste les bij te wonen!



De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2017
stuur bericht

    Hoofdpagina