Oerknal

Over Ed van den Heuvel, Oerknal, oorsprong van de eenheid van het heelal (Veen Magazines, 2012)

Wie heeft er nog een bewijs nodig dat hoorcolleges mits goed gegeven de moeite waard zijn? Bijna een miljoen kijkers schoven aan in de collegebanken van DWDD University bij het afscheidscollege van Robbert Dijkgraaf over de oerknal. Nu is hij vertrokken naar het IAS in Princeton, het 'walhalla' der wetenschap, blijven vele kijkers zitten met evenzovele vragen. Wie bij dit college een 'reader' zoekt kan ik de Oerknal van Ed van den Heuvel aanraden.

Het kan geen toeval zijn dat Ed van den Heuvel, net als Robbert Dijkgraaf, begint met een grapefruit als hij wil uitleggen hoe leeg het heelal is. Als de zon een grapefruit is dan is de aarde een speldenknop (bij Dijkgraaf een peperkorrel) op een afstand van 11 meter. De verste planeet, Neptunus, bevindt zich op deze schaal op een afstand van ongeveer vierhonderd meter van de zon. Als de grapefruit en de speldenknop op de Dam liggen dan bevindt Neptunus zich bij het Centraal Station. Ons hele zonnestelsel past binnen de Amsterdamse grachtengordel. Op deze schaal komen we het meest nabije sterrenstelsel pas tegen in Moskou. Het verste door mensen gemaakte ruimtevaartuig, de Voyager 1 (5 september 1977 gelanceerd), is momenteel driemaal zo ver van ons verwijderd als Neptunus, dus nog niet eens op station Muiderpoort, en kan de dichtstbijzijnde ster pas bereiken over 80.000 jaar. André Kuipers mag dan met zijn gezin naar Mars willen, 'colonizing the universe' (ooit de missie van NASA) is sciencefiction.

Het heelal is dus leeg; ook al zijn er miljarden melkwegstelsels en miljarden sterren in iedere melkweg, de onderlinge afstanden zijn immens. Dat komt door het uitdijen van het heelal, al 13,7 miljard jaar. Als we de film van het heelal helemaal terugdraaien tot de oerknal dan krimpt alle materie en alle energie samen tot een bal zo groot als een grapefruit. Als we de film terugdraaien dan wordt het heelal ook alsmaar heter, van 3 kelvin nu tot tenminste 12 biljoen kelvin tijdens de oerknal. Die bal is zo heet dat wij niet naar binnen kunnen kijken. Als sterrenkundigen met hun telescopen in het verre heelal turen dan kijken ze terug in de tijd, maar zij zullen nooit kunnen zien wat er precies in de oerknal gebeurde. Eigenlijk ging het college van Robbert Dijkgraaf over het heelal, niet over de oerknal.

Ed van den Heuvel doet dat wel; hij geeft vier bewijzen voor de oerknal en legt uit hoe uit straling van 12 biljoen kelvin spontaan deeltjes en anti-deeltjes ontstaan. Maar wanneer het heelal uitdijt en afkoelt zal het creëren van deeltjes stoppen, en het blijft een raadsel waarom het heelal zoals wij dat kennen vrijwel alleen uit materie bestaat en niet uit anti-materie. In de zengende hitte van de oerknal ontstaan en vergaan deeltjes en anti-deeltjes in gelijke aantallen. Waarom is er na de oerknal iets en niet niks?

Ons heelal bestaat niet alleen uit 'gewone' materie. Ed van den Heuvel en zijn collegae sterrenkundigen moeten bekennen dat ze tot nu toe slechts 4% hebben waargenomen van alles wat er in het heelal te beleven valt, 96% van het heelal zou bestaan uit 'donkere materie' en 'donkere energie' waarvan ze nog geen flauw benul hebben wat het eigenlijk is. Tijdens de oerknal moeten die donkere materie en donkere energie er al geweest zijn, maar welke rol die hebben gespeeld blijft een open vraag.

Een van de mooiste passages bij Ed van den Heuvel gaat over trage versus zware massa. Zwaarte wordt veroorzaakt door de zwaartekracht van de aarde, traagheid is het gevolg van de zwaartekrachtsaantrekking van het heelal als geheel. Van den Heuvel: ‘Het is wonderlijk te bedenken dat de krachten die we dag in, dag uit in afremmende en optrekkende auto's, trams, vliegtuigen en liften voelen, worden veroorzaakt door het volledig ons omringende heelal. Een betere illustratie van onze nauwe verbondenheid met de kosmos is nauwelijks te bedenken.’

Dan is er ook nog rustmassa; elementaire deeltjes zoals protonen en elektronen hebben rustmassa, die je stil kunt zetten terwijl andere deeltjes zoals fotonen geen rustmassa krijgen. Het is het Higgs-mechanisme dat hiervoor zorgt, dat is het belang van het Higgs-deeltje. Maar hoe ging dat dan tijdens de oerknal? Kregen toen de protonen en elektronen hun rustmassa van Higgs? Dan was Higgs er dus al voor de oerknal. Zijn met de oerknal niet alleen alle materie en energie ontstaan, maar ook de natuurwetten, of waren die natuurwetten er al? Als dat laatste het geval is, dan was er dus al iets vóór de oerknal?

Als tijdens de oerknal alle materie en energie samengebald was in het volume van een grapefruit, is de oerknal dan niet eigenlijk aan een superzwaar zwart gat? Maar als ons heelal een zwart gat is dan is het heelal gesloten, dan zal het ooit stoppen met uitdijen en zal het weer inkrimpen. En als ons heelal voldoende krimpt tot een superzware, superdichte, superhete grapefruit, als de film van het heelal niet alleen heen maar ook terugdraait, is er dan niet weer een oerknal? Misschien was er nooit echt een begin noch een eind, en is ons heelal het resultaat van de zoveelste oerknal waarin de condities precies zo waren dat ons huidige heelal kon ontstaan?

Ed van den Heuvel doet wat van een sterrenkundige verwacht mag worden: hij houdt zich aan de feiten. Laten we hopen dat Robbert Dijkgraaf in Princeton een Zweinstein vindt met antwoord op al onze vragen.

Zie ook www.franswsaris.nl