11 juni 2014

dr. Diederik Roest

Het was prachtig weer en bovendien ook nog eens kermis in Deventer op die woensdagavond 11 juni en toch zat de grote zaal van het Burgerweeshuis weer vol. Het onderwerp: de Oerknal. Het werd een avond met een bevlogen verhaal van theoretisch natuurkundige dr. Diederik Roest, met enkele ware breinkrakers, publieksparticipatie en een spreker die ronduit vertelde dat men het heelal uitstekend begrijpt, tenminste de 4% die we kunnen zien. “Van de rest snappen we absoluut niets!” Zijn verhaal vertelde hij met maar een klein aantal slides, wat de bewondering oogstte van een van de aanwezigen, een vertaler en schrijver van wetenschappelijke teksten en adviseur over communicatie in de wetenschap. “Zo weinig plaatjes gebruiken, dat moesten meer wetenschappers doen!” zo liet hij na afloop weten.

Alle sterrenstelsels in het heelal bewegen van elkaar af en ze doen dat sneller naarmate ze verder van ons afstaan. Dat werd eind jaren ’20 van de vorige eeuw vastgesteld uit snelheidsmetingen aan een groot aantal stelsels. De consequentie drong zich onontkoombaar aan sterrenkundigen op. Ooit moest alle materie in het heelal heel dicht bij elkaar hebben gezeten. Het heelal waarin wij leven moet vanuit één punt zijn ontstaan. Dat punt is letterlijk een punt: iets met geen enkele afmeting. Toen natuurkundigen daaraan gingen rekenen kwamen ze uit op iets dat met onvoorstelbaar veel energie begonnen moet zijn. Het werd door een Engelse sterrenkundige eind jaren ’40 van de vorige eeuw spottend Big Bang genoemd, wat inburgerde als de Oerknal. Rond die tijd ontdekten twee Amerikaanse ingenieurs per toeval een zeer zwakke radiostraling uit het heelal die tot ieders verbazing in alle richtingen van gelijke sterkte was. Het werd later de kosmische achtergrondstraling genoemd (cosmic microwave background of CMB) en het bleek het restant te zijn van de straling van het piepjonge heelal, zo’n 400.000 jaar na de Oerknal. Dat tijdstip markeert het moment dat het heelal voor het eerst doorzichtig werd voor licht en het is daarom de oudste informatie over het heelal die ons rechtstreeks bereikt. De Oerknal zelf had volgens de meest recente bepalingen 13,8 miljard jaar geleden plaats (in één van de plaatjes staat nog 13,7 miljard jaar, maar dat getal is dus recent gecorrigeerd).

De CMB blijkt erg glad te zijn (technisch: de vrijwel volmaakte curve van een zwarte straler met een temperatuur van 2,73 kelvin, dus 2,73 graden boven het absolute nulpunt). Roest had hiervoor een leuk experimentje met het publiek bedacht. Vooraf had hij onder een aantal stoelen fluitjes geplakt. De bezoekers wisten dit niet. Toen hij hen allen vroeg op hun fluitje te blazen klonk er één en hetzelfde geluid. Net zo is de stralingsfrequentie van de CMB overal dezelfde. Als je uitgaat van het standaard-oerknalverhaal, dan hadden al die fluitjes verschillend moeten klinken. Verder ziet het heelal er in alle richtingen (als je naar de grote structuren kijkt) hetzelfde uit. Voor beide verschijnselen kan het standaardverhaal van de Oerknal hier geen verklaring geven.

De oplossing is de zogenoemde inflatietheorie. Héél kort na de Oerknal (10^-35 seconde!) is het heelal in een oogwenk tot waanzinnige afmetingen uitgedijd. Dat gebeurde met een snelheid veel groter dan die van het licht, zoals een bezoeker veronderstelde en Roest beaamde. Dit is niet in strijd met de wetten van Einstein, legde Roest uit. Door de extreem snelle uitdijing konden alle uithoeken van ons heelal wel tot zeer kort tevoren informatie hebben uitgewisseld en konden de kosmische fluitjes op elkaar worden afgestemd. In dit beeld is een ongelooflijk klein stukje oerheelal uitgerekt tot het heelal waarin wij nu leven. Helemaal perfect gebeurde dit uitrekken niet. In de woorden van Roest: “De kosmische stukadoor heeft niet helemaal perfect werk geleverd.” Altijd aanwezige zeer kleine en zeer kortstondige verstoringen van de ruimte, quantumfluctuaties genoemd, lieten sporen achter. Het zijn deze sporen die de CMB niet perfect glad maken en die de aanzet vormden tot alle structuur in het heelal (melkwegen, clusters melkwegen en superstructuren) die we nu in het heelal zien, en die uiteindelijk ook ons bestaan mogelijk hebben gemaakt. De inflatietheorie voorspelt deze sporen, in de vorm van specifieke heel kleine temperatuurfluctuaties en polarisatiepatronen in de CMB. Die sporen geven dus informatie over het jonge heelal ná die 10^-35 seconde. De voorspellingen van de temperatuurfluctuaties kloppen heel erg goed met satellietwaarnemingen. Een experiment op de zuidpool (BICEP2) lijkt nu als eerste ook de polarisatiepatronen gemeten te hebben. Dat was een paar maanden geleden groot nieuws. Intussen is er twijfel aan de betrouwbaarheid van de waarnemingen (de onderzoekers zouden onvoldoende rekening hebben gehouden met stof in ons melkwegstelsel dat ook voor polarisatie kan zorgen). Nieuwe metingen, die gaande zijn, moeten uitwijzen of deze kritiek terecht is. Roest durfde er niet echt een uitspraak over te doen. Overigens is een gevolg van de inflatie ook dat alle informatie van vóór die 10^-35 seconde na de Oerknal voor ons voor altijd ontoegankelijk is geworden. Daarom zullen we nooit kunnen vaststellen wat er daarvóór was, laat staan vóór de Oerknal.

De discussie na de pauze was zeer levendig en tot lang na afloop stond een groep bezoekers met Roest verder te praten. Lisa Marijn bood met haar ingetogen muziek tegenwicht aan het hemelbestormende en soms haast zinsbegoochelende verhaal. James van Lidth de Jeude leidde zoals altijd de discussie in goede banen.

tekst en fotografie Huub Eggen.

« terug naar overzicht terugblikken