Big Bang-theorie

Inleiding
Een van de vragen waar theologen zich vroeger het hoofd over braken was de volgende: wat gebeurde er voordat God de wereld schiep? Sint Augustinus vond het een bespottelijke gedachte dat God eerst heel lang zou hebben gewacht totdat Hij eindelijk besloot de wereld te scheppen. Augustinus schreef: “De wereld en de tijd hadden beide een begin. De wereld werd niet in tijd, maar tegelijk met tijd geschapen.” Afgezien van het door God scheppen van de wereld zat Augustinus er niet ver naast. Want zoals men het nu ziet in de kosmologie(de tak van de wetenschap die zich bezighoud met het ontstaan van het heelal) was er een periode zonder ruimte en tijd. Naar welk deel van de hemel we onze telescopen ook richten, overal zien we melkwegstelsel die van ons vandaan bewegen. Zou je die beweging p video vastleggen en achteruit terugspelen, dan moet er zo’n 12 miljard jaar geleden een moment zijn geweest waarop alle materie in het heelal op een punt was samen gebald. Ruimte en tijd bestonden toen nog niet. Ze ontstonden pas toen die vormeloze structuur explodeerde. Dit wordt de Big Bang genoemd of in het Nederlands: De Oerknal. Onderzoek
De Eerste Gedachte

De Belg Georges Lemaître bedacht de Oerknal, de Big Bang. Zijn theorie werd de Lemaître-Ganow theorie genoemd. Die theorie houdt het volgende in: Tijd, ruimte en materie zijn ontstaan in één moment. Een explosie veroorzaakt door niets ongeveer 18 miljard jaar geleden. Daarbij werden de verschillende galaxiën uit elkaar geslingerd. Er was een oerklomp, yelm genaamd, die explodeerde en daaruit ontstonden de galaxiën. Verfijning van de eerste theorie
Pas in de jaren “60 werd definitief aangetoond dat de Big Bang heeft plaatsgevonden. In 1978 kregen Arno Penzias en Robert Wilson daar de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor. Zij hebben bewezen dat er nog steeds deeltjes in het heelal aanwezig zijn die ontstaan zijn tijdens de Oerknal. De oerknal heeft plaatsgevonden binnen 10-43 seconde en zo’n 12 miljard jaar geleden in plaats van 18 miljard jaar, dat is gebleken uit een onderzoek van het Ruimtevaartbureau ESA in 1997. Wat gebeurde er na de Oerknal
Na de gigantische explosie die de elementen produceerde, waaronder helium en waterstof. Nadat de elementen zijn gevormd kan ook het licht een reis door het heelal beginnen. Dit licht vormt de kosmische achtergrondstraling, die in 1965 door Dr. Penzias en Dr. Wilson. In het uitdijende heelal ontstaan kleine verschillen in dichtheid. Deze verschillen ontstaan door zwaartekracht. Hieruit ontstaan groepen grote sterren, deze groepen klonteren samen tot sterrenstelsels. Van de Oerknal naar de Eindkrak
Stephen Hawking, de sterrendeskundige die tegenwoordig in één adem wordt genoemd met genieën als Newton en Einstein vind dat de schepping van het heelal niet zo heel uniek is, volgens hem zou het best nog een keer kunnen gebeuren. Hij vergelijkt het heelal met een vierdimensionale bol die er uit ziet als een globe. De tijd loopt daar van noord naar zuid. De noordpool is de Oerknal. Naar het zuiden toe dijt het heelal uit, om bij de evenaar zijn maximale omvang te bereiken. Op de zuidpool schrompelt het weer tot één punt ineen. Volgens die voorstelling heeft het dus geen zin ons af te vragen wat er voor de oerexplosie was. Die vraag heeft volgens Hawking net zo min een antwoord als de vraag wat er ten noorden van de Noordpool ligt. Het heelal heeft weliswaar een begin en een einde, maar de ruimte-tijd-voorstelling van de bol niet. Die is er gewoon, en is er dus altijd. Iets dat er “gewoon is” hoeft niet geschapen te zijn en daarmee vervalt volgens Hawking ook de noodzaak van de schepper. Hawking heeft een simpele voorstelling gemaakt van het ontstaan van ruimte en tijd, vermoedelijk is het veel ingewikkelder. Tegenwoordig denkt men eerder aan een soort “superheelal” van oneindige afmetingen. In die eindeloze leegte ontstaan van tijd tot tijd opeenhopingen van energie, die elk op zich in een vuurstorm tot een compleet heelal kunnen uitgroeien. Op dat moment vindt een soort “sprong” plaats van eeuwige oneindigheid naar ruimte en tijd. Zal de tijd altijd bestaan? Het antwoord daarop is: als het heelal blijft uitdijen komt er geen uiteinde aan de tijd. Geleidelijk zullen de gasvooraden in de melkwegstelsels uitgeput raken, zodat er geen nieuwe sterren meer ontstaan. Er komt een tijd dat de laatste massieve sterren als supernova’s ontploffen en zwarte gaten en neutronensterren achter laten. Middelmatige sterren blijven iets langer bestaan en koelen in de vorm van witte dwergsterren af. De enige normale sterren die nog overblijven zijn rode dwergen, die 200 miljard jaar blijven branden alvorens uit te doven tot zwarte sintels. Maar als ook deze sterren zijn uitgestraald, zal het laatste licht zijn gedoofd. Alleen het koude geraamte van melkwegstelsels blijven zich doelloos door de ruimte bewegen. Het verval van het heelal
Zet genoeg nullen achter de leeftijd van het heelal en het wordt bijna helemaal zwart. Af en toe zullen dode sterren in een zwart gat vallen en voor een kortstondige uitbarsting zorgen. 1033 jaar na nu wordt de ruimte gevuld met ontelbare lichtflitsjes. Dat is de tijd dat kerndeeltjes instabiel worden en tot straling uiteen vallen. Dan is alle materie verdwenen, met uitzondering van enkele grote zwarte gaten, die alles binnen hun enorme zwaartekrachtsveld in hun greep houden. Maar de kosmos zal het spel tot het einde toe uitspelen. Want ook voor de grote zwarte gaten komt ooit de ondergang. Tegen die tijd zal de duisternis verscheurd worden door kolossale explosies. Vanuit de exploderende zwarte gaten worden nieuwe kerndeeltjes weggeslingerd die op hun beurt na 1033 jaar vervallen om in de vorm van korte lichtflitsjes te verdwijnen. Dan is het afgelopen met het heelal en met al het leven dat zich daarin ooit heeft bevonden. Wat overblijft is het met straling gevulde Grote Niets. Tijd heeft dan geen betekenis meer. Er zijn dan immers geen atomen meer en dus ook geen atoomklokken die de seconden kunnen wegtikken. De Eindkrak
Het kan ook heel anders. Want hoewel de laatste metingen met de Huppelruimtetelescoop er op wijzen dat het heelal blijft uitdijen, kan er toch nog verborgen materie in de melkwegstelsels of de hen omringende ruimte zitten. De zwaartekrachtswerking van alle materie in het heelal kan dan wel eens zo groot zijn dat de uitdijing stopt. In dat geval krijg je in de verre toekomst een inkrimping. Melkwegstelsels bewegen weer naar elkaar toe en op den duur stort alles ineen. Dat noemt men de theorie van het pulserende heelal, omdat na die Eindkrak of ‘Big Crunch’ misschien opnieuw een oerexplosie plaatsvindt en de cyclus zich herhaalt. Er is gespeculeerd dat de tijd dan zal teruglopen. De hele film wordt immers achterstevoren afgedraaid. Ontstaat er in het krimpende heelal opnieuw leven, dan zullen de bomen naar de grond toe groeien en eventuele mensen jonger worden. Ze ontstaan uit vergane materie en eindigen hun bestaan in de baarmoeder. Zo zou het er althans voor ons uitzien. Want iedere bewoner van het krimpende heelal zou dus ook omgekeerde gedachte hebben. Ze hebben dus niets in de gaten en denken dat het zo hoort! Natuurlijk is dit slechts één mogelijkheid. De Oerexplosie verliep immers gelijkmatig, en bij de Eindkrak wordt gedacht aan een ordeloze ineenstorting van klompen materie en zwarte gaten. In dat geval ontstaat er ook bij inkrimping grotere wanorde en moet de tijd natuurkundig gezien vooruit blijven lopen. De natuurkundigen breken zich het meest het hoofd over de tijdrichting. Wij worstelen met zoiets spookachtigs als “tijdomkeerbaarheid”. Kijk maar eens naar een filmpje van een botsing tussen twee biljard ballen en draai dat achterstevoren af. Inderdaad, je kunt de ballen ook zo spelen als in de teruggedraaide film. Hetzelfde geldt op zeer kleine schaal voor atomaire deeltjes. Zo heb je gewone materiedeeltjes en antimateriedeeltjes. De laatste hebben precies dezelfde eigenschappen, maar een tegengestelde lading. Ze worden ook wel beschouwt als gewone deeltjes die terugreizen in de tijd. Als het tij zowel voor- als achteruit kan verlopen, mag er geen verschil zijn in het leven van deeltjes en hun antideeltjes. Maar eind 1998 zagen onderzoekers van het CERN in Genève zo’n verschil juist wel. Zogenaamde ‘kaonen’ vervielen iets langzamer tot antikaonen dan andersom. Misschien hangt de voorwaartse richting van de tijd en daarmee dus ook van ons hele bestaan wel af van dit piepkleine verschil. Want als er geen verschil was, zou het heelal uit exact dezelfde materie en antimaterie moeten bestaan. Maar materie en antimaterie vernietigen elkaar volkomen als ze op elkaar botsen. Kort na de Oerknal gebeurde dat ook. Van dat proces zien de astronomen nog overal aan de hemel een achtergrondstraling. Maar door het geringe verschil bleef er een overschot aan gewone materie dat het helse vuurwerk overleefde. Dat vormt de basis voor het ontstaan van ruimte en tijd, sterren en planeten, en uiteindelijk ook het leven op aarde. De Algemene Natuurwetenschappelijke Vragen
Hoe komen natuurwetenschappers aan kennis? Men zoekt eerst verschillende informatiebronnen, zoals metingen van de beweging van de zonnestelsels, oude en nieuwe. Daarna kan men, in het geval van de aarde en het heelal het principe van het actualisme toepassen. Dat houdt in dat verschijnselen die nu op de aarde voorkomen ook in het verleden voorkwamen. Oftewel de natuurwetten zijn in de loop van de tijd hetzelfde gebleven. Ook gaat men er van uit dat de verschijnselen, hier vlakbij of op de aarde hetzelfde zijn als ergens anders in het heelal. Het heelal is isotroop en homogeen. Hoe weet je of het klopt? Elke meting wordt verschillende keren in verschillende omstandigheden gedaan. De resultaten worden met elkaar vergeleken en als er afwijkingen optreden worden de meningen opnieuw gedaan of worden de metingen die het meest voorkomen als waar beschouwd. Natuurlijk weet je het nooit 100 procent zeker, maar de aanname dat het heelal isotroop en homogeen is wordt door veel waarnemingen bevestigd. Want als deze wet ook maar een kleine afwijking vertoonden, dan zouden ver verwijderde sterren niet meer stralen, sterrenstelsels uit hun baan raken en licht er anders uitzien. Daarvan is allemaal geen sprake. Hoe wordt die kennis gebruikt? Men probeert een theorie op te stellen over de evolutie van het heelal, doormiddel van de aannames dat het heelal homogeen en isotroop is. De waarnemingen van bewegingen van de planeten en sterrenstelsels worden teruggedraaid zo kwam men op de gedachte van de oerknal, want bewezen is dat alle materie zich uit elkaar beweegt vanuit één punt. Als je deze bewegingen terugspoelt dan zou je dus uitkomen op het oerpunt. Mag alles wat kan? Mogen wij dramatische veranderingen brengen in het heelal? Mogen wij ons zonnestelsel zodanig veranderen dat dit invloed heeft op een ander zonnestelsel of zelfs op het hele heelal. Ja, er zijn geen andere wezens die last van ons hebben, zover wij weten, en zolang het in ons voordeel is, mogen wij alles doen wat we willen. Nee, het is mogelijk dat er andere wezens zijn die wij kunnen schaden en door onze onwetendheid kunnen wij onszelf mogelijk schade berokkenen in de toekomst, zoals een versnelde Big Crunch of geen Big Crunch waardoor heel het evenwicht wordt verstoord in het heelal. Eigen mening
Wij geloven in de Big Bang omdat dat een heel logische theorie, de bewijzen zijn heel erg aannemelijk. Dat God er iets mee te maken kunnen wij ons niet voorstellen omdat wij niet in God geloven. Rodiaan: Ik geloof in de Big Crunch omdat het erg logisch lijkt dat als er een Big Bang is dat alles weer naar elkaar moet komen, ik weet niet of het leven op aarde zich verder ontwikkelt of dat de tijd terugloopt. En dat de doden zullen opstaan en inkrimpen en of je weet wat er gaat gebeuren, doordat je het al een keer meegemaakt hebt. Roeland: Ik denk wel dat de Big Crunch er komt, maar ik zal het raar vinden als de tijd zich omkeerde maar dat men doorleeft lijkt mij ook raar, de planeten gaan toch wel terug in de tijd? Ik ben ook benieuwd naar de punten van Rodiaan. We zijn er dus allebei over eens dat je er eindeloos over kunt fantaseren, maar er klopt iets niet aan de theorie van de Big Crunch.