Terug naar Platland

Dit boek is opgedragen aan allen die bereid waren om ‘Platlanders’

te worden, die ons verrijkt hebben met hun verhalen en die me

hebben aangemoedigd om dit boek te schrijven.

Terug naar Platland

Zoeken naar de antwoorden op de grote vragen

Eric Middleton

Uitgeverij Boekencentrum, Zoetermeer

www.uitgeverijboekencentrum.nl

Ontwerp omslag: Studio Anton Sinke

Deze uitgave is oorspronkelijk verschenen onder de titel The New Flatlanders bij Highland Books, Surrey, UK 2002.

Vertaling: Tineke Yürumez-Kroon

Met dank aan Martijn Schaafsma en Remko Muis voor hun deskundige en kritische commentaar.

ISBN 978 90 239 0345 1

NUR 700/910

© 2009 Uitgeverij Boekencentrum, Zoetermeer

Alle rechten voorbehouden.

Zoektocht uit Platland

OF JE NU GELOVIG BENT of niet, het boek dat hier voor je ligt is een inspirerend boek. Al was het alleen maar omdat je je al lezend begint te verwonderen over de complexiteit en grootsheid van de wereld en het universum waarin wij leven. Voor leken op natuurkundig gebied is misschien niet alles te volgen, dat was in elk geval mijn ervaring. Het duizelt je als je leest over kosmologische ontdekkingen of kwantummechanica, over zwarte gaten en over meerdere dimensies, quarks en supersnaren. Maar je begrijpt genoeg om niet meer als vanzelfsprekend aan te nemen dat er alleen maar dingen bestaan die je even empirisch kunt aantonen.

Wij leven in een cultuur waarin de kans bestaat dat onze beleving van de werkelijkheid dichtslibt met vanzelfsprekendheid. In populairwetenschappelijke columns en artikelen zit vaak de suggestie dat we alles wel wetenschappelijk kunnen verklaren en als we het nu nog niet kunnen, dan zal dat nog wel komen. Voor allerlei spraakmakende intellectuelen blijkt de werkelijkheid vooral nog te bestaan uit de materiële, driedimensionale wereld. Dat maakt het leven erg plat. Er is weinig of geen ruimte meer voor ‘meer tussen hemel en aarde’. Sommige filosofen beklagen zich er daarom over dat de wereld z’n betovering heeft verloren. Het is vergelijkbaar met de ontdekking die je doet bij het volwassen worden: dat de wereld niet zo fantasierijk en sprookjesachtig (en misschien ook bedreigend) is als je als kind dacht. Voor een kind is de wereld eindeloos wonderlijk. Maar als je ouder wordt, verdwijnen er samen met Sinterklaas steeds meer dingen waar je je als kind, soms huiverend, over verheugde. De dingen verliezen hun betovering. Zijn we in onze cultuur op een vergelijkbare manier volwassen geworden en verliezen we daarom ook het geloof in ‘meer’, het geloof in God?

Ik denk dat dit boek met zijn zoektocht langs wetenschappelijke ontdekkingen kan helpen om weer iets van de betovering van de wereld terug te vinden. Of in elk geval, om verwondering terug te vinden. Die verwondering is niet hetzelfde als geloof, maar heeft wel een verwantschap met geloven. Wetenschap hoeft geloof niet uit te sluiten, maar kan juist ook een open nieuwsgierigheid aanreiken die lijkt op de zoektocht van het geloof.

Dat is nog een reden waarom dit boek inspirerend is. Want gaandeweg wordt wel duidelijk dat wetenschap en geloof elkaar niet hoeven uit te sluiten. Eric Middleton is iemand die uitgaat van allerlei algemeen aanvaarde wetenschappelijke hypothesen. Hij laat zien hoe je overtuigingen uit bijvoorbeeld de fysica, de biologie en de neurologie in verband kunt brengen met christelijke opvattingen over mens, persoonlijkheid, bewustzijn en opstanding uit de dood. Over de vraag of Middletons betoog overtuigend is, kun je van mening verschillen. In elk geval laat hij duidelijk zien dat wetenschap en geloof geen elkaar uitsluitende werelden hoeven te zijn.

Middleton behandelt vragen die zeker ook voor gelovigen erg spannend zijn. Hij laat bijvoorbeeld zien hoe volgens hem de wetenschappelijke theorie van evolutie samengaat met wat God in de Bijbel openbaart over de schepping van de wereld en de schepping van de mens. Daarbij gaat hij in op vragen als ‘Moet je Genesis 1 en 2 letterlijk nemen?’ ‘Als letterlijk lezen niet het belangrijkste zou zijn, wat is dan de boodschap van deze tekstgedeelten?’ ‘Wat betekent het in dat geval dat de mens naar Gods beeld geschapen is?’Hij laat zien dat er in de chaos van de wereld een verborgen orde is en dat dat te maken kan hebben met een God die handelt in deze wereld. Maar als die God er is, waarom komt in die orde dan zoveel lijden voor?

Misschien is de grootste kracht van dit boek nog wel de manier waarop de auteur zijn ideeën uiteenzet. Als een Socrates legt hij vragenderwijs een zoektocht af met een aantal kritische studenten. De open manier waarop de discussie wordt gevoerd is een verademing na alle verhitte debatten in het Darwinjaar (2009) tussen christenen en atheïsten en tussen gelovige evolutionisten en creationisten. Dit is een voorbeeld dat navolging verdient.

Veel interessanter dan elkaar verketteren is samen een zoektocht beginnen en daarbij de verbeelding gebruiken. Stel nu eens dat er meer is dan je kunt zien en wetenschappelijk kunt aantonen; een werkelijkheid die groter is dan wij en dan onze driedimensionale werkelijkheid. De werkelijkheid van God. Stel dat God contact zou zoeken met ons, hoe zou Hij zich in de beperking van onze dimensies kenbaar kunnen maken? Stel je eens voor dat er een tweedimensionale wereld zou bestaan, Platland, geschapen door een driedimensionaal wezen. Denk je dan eens in dat… En zo begint de zoektocht vanuit Platland, een zoektocht waarbij misschien nog niet duidelijk is waar je uitkomt. Een inspirerende reis gewenst!

Arjan Markus

Utrecht

Inhoud

Zoektocht uit Platland

Woord van dank

Inleiding

1. Het universum en daarbuiten – hoe is het allemaal begonnen?

2. Mysterie, modellen en kwantumtheorie

3. Quarks, supersnaren en M-branen : een ‘theorie van alles’ voor de eenentwintigste eeuw?

4. Wat is de werkelijkheid?

5. Het verhaal van Platland

6. Het antropische principe

7. Evolutie : hoe passen wij in het plaatje?

8. Bewustzijn en wat daarna komt

9. Wonderen en missies

10. Chaos en de verborgen orde

11. Maar waarom? Het probleem van het kwaad

12. Het uitzicht van hier

13. M-theorie in elf dimensies : het spirituele universum

Woordenlijst

Woord van dank

IK BEN DANK verschuldigd aan allen die bereid waren om ‘Platlanders’ te worden. Het was hun verhaal dat ze me gevraagd hebben op te schrijven, en dat uitwaaierde naar vele anderen. Deze opeenvolgende onderzoekers ontrafelden het mysterie op hun eigen manier, maar het patroon bleek opmerkelijk gelijk voor studenten van alle leeftijden, gevangenen en mensen met mooie titels, jong en oud. De naam ‘Platland’ komt uit een negentiende-eeuwse parabel.

Dank ben ik ook verschuldigd aan Isobel Stevenson vanwege haar zorgvuldig redigeren van de tekst.

Zeer veel dank ben ik verschuldigd aan St. John’s College, Durham University (waar dominee Dr. David Wilkinson het hoofd van is), voor de niet-aflatende steun en bemoediging al zolang ik lid ben van het wetenschappelijk genootschap aldaar.

Inleiding

Het uitzicht vanuit de stenen kring

ANGUS LEUNDE COMFORTABEL achterover tegen de warme steen. ‘Weet je, deze plek heeft iets heel vreemds. Toen ik een keertje hier boven was, begon het te gieten van de regen, maar zodra ik buiten deze stenen cirkel stapte, was het droog. En die grenslijn die daar over het veld loopt – waarom blijft de sneeuw daar niet liggen en waarom staan de schapen er op die manier omheen?’

Melissa knikte. ‘Ik heb gehoord dat paarden en honden hier niet in de buurt komen, tenzij je hen ertoe dwingt.’

Maar Richard was zoals gewoonlijk sceptisch. ‘Hou toch op, zeg. Het is gewoon een stel merkstenen die zijn neergelegd rond een oud graf voor slachtoffers van de pest, of misschien alleen maar een rij stenen op de helling van een heuvel.’

‘Het moeten meer zijn dan alleen maar stenen,’ zei Ruth. ‘Ze zijn volgens een bepaald patroon gerangschikt. Als je goed kijkt, kun je zelfs iets zien wat lijkt op een soort laan van stenen die leidt naar die bron daar. Waarschijnlijk was dit een soort heiligdom of zo, waar ze offers brachten – misschien wel mensenoffers! Ik ben zo blij dat de wetenschap alles wat met religie te maken heeft, heeft ontzenuwd, zodat we hier nu tenminste kunnen komen zonder het risico te lopen dat onze keel wordt doorgesneden!’

‘Dus jullie zeggen dat het gewoon stenen zijn waar mensen wat mee gerommeld hebben,’ wierp Melissa tegen. ‘Maar waarom voelen Angus en ik hier dan vreemde dingen? De wetenschap verklaart niet alles. Ik kan niet verklaren hoe mijn ouijabord en mijn tarotkaarten werken, maar ze helpen me echt om beslissingen te nemen.’

‘Zoals wanneer je een andere neuspiercing moet nemen of je haar weer een andere kleur moet geven,’ plaagde Angus.

‘Dat is niet eerlijk,’ viel Richard hem in de rede. ‘Ze bedoelt meer dan dat. Er gebeuren echt vreemde dingen. Let maar eens op.’ Hij haalde een lang stuk ijzerdraad tevoorschijn dat hij in de vorm van een L had gebogen. ‘Kijk.’ Hij liep langzaam om de cirkel van stenen heen, en hield de hoek van de L losjes vast. De uiteinden van het ijzerdraad gingen omlaag toen hij dichter bij het middelpunt kwam.

‘Je hebt je handen bewogen,’ zei Angus.

‘Nee hoor! Probeer het zelf maar.’

‘Oké.’ Angus pakte de roede voorzichtig aan en hield hem op dezelfde manier vast als Richard had gedaan en begon door de cirkel te lopen. Plotseling boog het draad omlaag.

‘O, laat mij het ook eens proberen,’ riep Melissa. Zij voelde eveneens hoe de draden bogen toen ze het middelpunt van de cirkel naderde. ‘Het werkt,’ zei ze. ‘Jullie hebben het gezien. Dat is een oeroude kracht, meer dan wetenschap.’

‘Dat hoeft niet per se,’ zei Richard, die de roede oprolde en weer in zijn zak stopte. ‘Wetenschap is ook een “oeroude kracht”, als je erover nadenkt, en wetenschappers kunnen meten wat we hier gevoeld hebben. Ik heb gehoord dat ze bij de Rollright Stones bij Oxford verschillen in elektromagnetische straling gevonden hebben op bepaalde plekken in de cirkel – hoewel ze nog niet weten waarom. En sommige biologen zeggen dat herten hun gewei gebruiken als wichelroede om water op te sporen. Ik weet niet hoe dit allemaal werkt, maar ik denk dat de wetenschap op een dag wel in staat zal zijn om het te verklaren.’

‘Heel interessant allemaal,’ zei Angus. ‘Mel en ik zijn geïnteresseerd in al deze oeroude krachten en magische dingen, en jij en Ruth denken dat de wetenschap het allemaal wel zal ontmaskeren. We hebben steeds zulke discussies, maar we komen er nooit echt uit. Ik wou dat we eens diepgaander over die dingen konden doorpraten, niet alleen over stukjes en beetjes zoals we nu steeds doen.’

‘Ik heb gehoord dat er een man is die Eric heet of zo, en die soms een paar seminars geeft over het soort dingen waar wij het nu over gehad hebben. Het gaat over van alles, van veelvoudige dimensies tot wat Mel voelt, het paranormale, supersnaren en relativiteit. Ik zal eens kijken of ik er wat informatie over kan vinden, en of het de moeite waard is om dat met elkaar te gaan doen.’

***

En zo is onze groep begonnen. Onze eerste bijeenkomst was een brainstormsessie. De studenten stonden wat wantrouwend tegenover me vanwege de grote verzameling boeken over religie in mijn studeerkamer. Ze wilden meepraten over het bepalen van de basisregels voor ons seminar.

‘We willen niet over religie praten,’ benadrukte Richard. ‘Met wetenschap weet je waar je aan toe bent. Je kunt aanraken, zien, meten, visualiseren, testen, feiten hanteren, experimenten herhalen en ideeën gemakkelijk bewijzen. Met religieuze opvattingen kun je nooit iets zeker weten.’

‘Ja,’ stemde Ruth in, maar Melissa en Angus leken wat te aarzelen. Ze hadden niets met religie, zo legden ze uit, maar ze waren wel geïnteresseerd in de spirituele dimensie. Hoe sloot die aan bij Richards visie op de wetenschap?

Ik was het met hen eens dat ‘religie’ een woord was dat we moesten vermijden, maar ik opperde dat een van de vragen die we onder de loep zouden kunnen nemen, was of er misschien meer achter de wetenschap zat dan Richard dacht. Ik wees hem erop dat zijn visie op de wetenschap tenslotte nogal gedateerd was, geworteld in de negentiende eeuw, en dat hij zijn manier van denken misschien wel moest updaten.

Bovendien, zo voegde ik er aan toe, was Richards aanvaarding van de wetenschap tot op zekere hoogte ook een geloofsuitspraak. De wiskunde die bij de moderne fysica komt kijken is zo verbazingwekkend ingewikkeld, dat we een heleboel van wat wetenschappers zeggen gewoon maar van hen moeten aannemen. Mijn studenten zouden sommige aspecten van de wetenschap zelfs zo raar kunnen vinden dat ze hun ongeloof opzij zouden moeten zetten wanneer ze die bespraken. Ze zouden waarschijnlijk moeten overwegen of we iets dergelijks ook zouden zien in relatie tot het type dingen dat we transcendent zouden kunnen noemen, dingen die verder gaan dan het fysieke.

In de loop van de brainstormsessie werd ook duidelijk dat de vragen die de studenten wilden bespreken niet puur intellectueel waren. Ze hadden persoonlijke zorgen over zaken als het leven na de dood – was er nog iets anders? Hielden we gewoon op met bestaan? Als we in een ander leven verdergingen, wat maakte dat voor verschil voor ons leven hier en nu? En hoe zat het met het gevoel dat ze soms hadden dat bepaalde dingen ‘moesten gebeuren’ – hoe was dat mogelijk als alles gewoon willekeurig plaatsvond?

Langzaam maar zeker omschreef de groep zijn kernpunt als zoeken naar het verstaan van de fysieke realiteit, dat hen zou helpen omgaan met het feit dat hun ervaring van het leven meer omvatte dan alleen het fysieke. De deelnemers wilden dat hun leven meer was dan willekeurige ervaringen van biologisch leven dat toevallig op een duistere planeet was ontstaan, maar ze waren geneigd te denken dat hier de wens de vader was van de gedachte – tenzij de spirituele dimensie op een bepaalde manier realiteit was.

We begonnen al snel met onze pogingen om te zoeken naar een werkbare theorie van ‘alles’.

In wat hier volgt, zal ik onze discussies niet neerzetten als een dialoog met bepaalde stemmen. In plaats daarvan zal ik de vragen pakken die uit de groep naar voren kwamen en deze gebruiken om vorm te geven aan wat we geleerd hebben in de tijd dat we samenwerkten. Ik heb mijn achtergrond in verschillende takken van wetenschap en mijn geloof in de discussie ingebracht. Zij brachten hun onderzoekende intelligentie mee, en een bereidheid om op zijn minst te overwegen dat er misschien meer tussen hemel en aarde is dan we kunnen zien.

1. Het universum en daarbuiten – hoe is het allemaal begonnen?

Misschien zit er wel veel meer achter het universum dan we kunnen zien, meer dan zelfs het oog van geloof van de kosmoloog kan zien – John D. Barrow [1]

HOE MEER IK NADACHT over de zoektocht waaraan we gingen beginnen, hoe belachelijker het leek. Hoe moesten wij, een klein groepje studenten en een docent, de aard van het universum en onze plek daarin nu gaan onderzoeken? De reikwijdte van onze studie was beangstigend groot. En dat gold ook voor het feit dat het antwoord waar we op zouden kunnen komen zeker gevolgen zou hebben voor de manier waarop we keken naar onszelf en de manier waarop we leefden.

Het leek wel alsof de studenten ook dergelijke twijfels hadden bij de reikwijdte van ons project, want hun eerste vraag zou me gegarandeerd herinneren aan de omvang van het probleem.

Hoe groot is het universum?

Zo groot dat het moeilijk is om de enorme afstanden waar we over moeten nadenken te bevatten. Wanneer we vijftien kilometer lopen, weten we hoe die afstand voelt. Wanneer we dezelfde afstand in een auto rijden, lijkt deze korter, en als we in een vliegtuig de 8.160 kilometer tussen Londen en Bejing afleggen, gaan die vijftien kilometer onopgemerkt voorbij. Maar zelfs die lange reis is kort vergeleken met de 384.000 kilometers die ons naar de maan brengen. De maan is echter erg dichtbij vergeleken met de zon, die 150.000.000 kilometer ver weg staat. Het zijn te veel nullen om ons nog gemakkelijk bij te kunnen voelen, zelfs al herformuleren we dat getal als honderdvijftig miljoen. Dus gieten we het in eenheden die we wel kunnen begrijpen: licht doet er meer dan acht minuten over om van de zon naar de aarde te reizen. Maar de eenheden stapelen zich op – minuten, uren, dagen, jaren – en na slechts viereneenhalf lichtjaar bereiken we de dichtstbijzijnde ster.

Onze zon en die dichtstbijzijnde ster zijn echter slechts twee van de vele miljoenen zonnen die ronddraaien in een immense spiraal, met onze zon ergens halverwege een van de ronddraaiende armen. Wanneer we op een heldere avond omhoog kijken naar de nachtelijke lucht, kunnen we een deel van dit enorme stelsel zien in de vorm van de Melkweg, een immense rij sterren boven ons. Van bovenaf gezien ziet deze eruit als de andere spiraalvormige sterrenstelsels die we door een telescoop kunnen waarnemen; vanaf de zijkant ziet het Melkwegstelsel eruit als twee omgekeerde borden – of misschien een gebakken ei – met een doorsnede van 100.000 lichtjaren.

Figuur 1.1 Melkweg gezien van bovenaf

Je zei dat deze eruitzag ‘zoals andere sterrenstelsels.’ Hoeveel sterrenstelsels zijn er dan?

Dat zijn er niet bepaald weinig! De dichtstbijzijnde is Andromeda, meer dan 2,3 miljoen lichtjaren verwijderd van ons eigen sterrenstelsel, en dat is er een van een groep van twaalf of zo, die onze plaatselijke cluster van sterrenstelsels vormen, die om elkaar heen cirkelen in de onmetelijkheid van de ruimte.

Maar er zijn nog meer clusters, die een plaatselijke supercluster vormen. En nog andere superclusters van sterrenstelsels zo ver als telescopen kunnen registreren – op zijn minst wel dertien tot veertien miljard lichtjaren hier vandaan. En dat is momenteel onze beste schatting van de omvang van het universum!

Figuur 1.2 Melkweg gezien vanaf de zijkant

Gezien die afstanden klinkt het toch niet echt alsof we ooit in staat zullen zijn een ander sterrenstelsel te bereiken?

Tenzij we een opvallend andere manier van reizen gaan ontdekken. En het probleem schuilt niet alleen in de afstand, maar ook in het feit dat die afstand blijft groeien; de clusters van sterrenstelsels die het verst weg staan, bewegen zich ook met enorme snelheid bij ons vandaan.

Hoe weten we dat? In 1929 vergeleek de astronoom Edwin Hubble de manier waarop de fluit van een trein of de sirene van een politieauto van toonhoogte verandert als deze zich bij ons vandaan beweegt, met de manier waarop bij de spectraallijnen van verre sterrenstelsels roodverschuiving plaatsvindt. Hoe verder weg het sterrenstelsel zich bevindt, hoe groter deze roodverschuiving is. Hij bewees dat de sterrenstelsels zich bij ons vandaan bewegen en dat we eigenlijk leven in een universum dat steeds verder uitdijt.

In een poging om dit te visualiseren moet je je voorstellen dat de drie dimensies van de ruimte kunnen worden weergegeven door het tweedimensionale oppervlak van een ballon met stippen aan de buitenkant, die clusters van sterrenstelsels voorstellen, terwijl het rubber daar tussenin het weefsel van de ruimte voorstelt. Wanneer we de ballon geleidelijk opblazen, rekt het weefsel uit en bewegen de stippen zich steeds verder bij elkaar vandaan. Iets dergelijks is ook gaande met de kosmos.

Figuur 1.3 Ballonmodel van het uitdijende universum

Maar als het universum uitdijt, waar dijt het dan van uit? Hoe is het allemaal begonnen?

We kunnen de mate van expansie berekenen en daarna kunnen we proberen de kosmische videoband achteruit te spelen, waarmee we de ballon als het ware laten leeglopen. De sterrenstelsels komen steeds dichterbij en ze bewegen sneller, zodat we, als we zo’n veertien miljard jaar teruggaan, merken dat het universum ineenkrimpt tot een hete dichte massa, die ongeveer de omvang van een grapefruit heeft.

Dat is het moment waarop het universum volgens de wetenschappers is begonnen, met wat zij de oerknal of de big bang noemen. In een bepaald soort cataclysmische eruptie ontstonden tijd, ruimte en materie allemaal tegelijkertijd. Het was niet alleen materie die in de ruimte uitzette, maar de ruimte zelf zette ook uit en nam de pas gecreëerde materie daarin mee.

Toen de theorie van de oerknal voor het eerst naar voren werd gebracht door George Gamow in 1948, op basis van de relativiteitstheorie van Einstein, waren veel wetenschappers er niet over te spreken. Eén reden voor hun scepsis was dat het een beetje te veel klonk als wat de christelijke kerk leerde over God die alles schiep vanuit het niets. Velen van hen gaven de voorkeur aan de theorie van Fred Hoyle over de voortdurende schepping die geen duidelijk beginpunt had (voor sommigen leek deze theorie de religieuze problemen die met de oerknal werden geassocieerd te vermijden, hoewel het niet duidelijk is waarom de voortdurende schepping niet eveneens een schepper zou kunnen impliceren).

De theorie van de oerknal werd echter op een prachtige manier bevestigd door een toevallige ontdekking van Penzias en Wilson in 1965. Zij ontdekten dat het universum als het ware zwemt in een uniforme straling van microgolven, die door de expansie is afgekoeld tot net boven het absolute nulpunt. Deze kosmische straling is een overblijfsel, een echo van de eerste seconde van de oerknal.

Wat gebeurde er eigenlijk bij de oerknal?

Kosmologen werken nu al vele jaren aan dit model en zijn vrij zeker van de details, tot op het miljoenste van de seconde. Alan Guth herberekende enkele van Einsteins vergelijkingen en stelde dat er een faseverandering was geweest, waarin het heel vroege universum met factor 1030 in omvang toenam in de eerste fractie van een seconde. [2] Deze uitzetting stopte vervolgens en de expansie zoals wij die kennen begon, aangedreven door de energie van een onvoorstelbare explosie. [3] Daarna liet een ontkoppeling van straling en materie toe dat zich atomen vormden en deze leidde tot de evolutie van het moderne universum – sterrenstelsels, sterren en de mens. Dit model loste een aantal problemen op en wordt nu alom geaccepteerd.

Er is geen manier om de theorie van uitzetting rechtstreeks te bewijzen, maar deze verklaart wel waarom het universum zo vloeiend is en zogenaamd ‘plat’ – wat zo netjes zorgt voor het evenwicht tussen voortdurende uitbreiding en ultieme ineenstorting. Toen enkele bevindingen die de theorie lijken te bevestigen in 1992 door de nasa werden aangekondigd, barstte er onder duizend astronomen een enorm applaus los. Wat er was gevonden waren rimpels vanaf de rand van de tijd, dat wil zeggen: onregelmatigheden in de straling die het hele universum doortrekt, het nagloeien van de big bang. De Cosmic Background Explorer (cobe) van de nasa liet ons het moment zien waarop de sterren en sterrenstelsels van het universum voor het eerst begonnen te ontstaan – slechts 300.000 jaar na de oerknal zelf. Maar cobe heeft ons niet alle antwoorden gegeven; we moeten er nog steeds achter zien te komen of een bepaalde kosmische, afstotende kracht, tegen de zwaartekracht in, ook een rol heeft gespeeld in de versnelde expansie.

Figuur 1.4 Materie en ruimte zetten samen uit

Waarin explodeerde de oerknal? Wat bevond zich daar omheen?

Toen ik een antwoord op die vraag probeerde te krijgen van Arnold Wolfendale, in die tijd astronoom en professor in de fysica in Durham, was zijn antwoord aan mij: ‘Die vraag kun je gewoon niet stellen.’

De fysica heeft daar geen antwoord op; de wetten van de fysica lopen op dat punt vast, gelden niet meer. Er was geen vooraf bestaande leegte waarin de oerknal plaatsvond.

Er was geen ‘tevoren’, tenzij men instemt met de filosoof en wetenschapper Stanley Jaki, die zegt dat er wellicht grotere omsluitende dimensies bestaan in een vergrote visie op de werkelijkheid [4] – maar de kwestie kan op generlei wijze worden bewezen.

Het lijkt onmogelijk dat zoiets zomaar gebeurt, zonder enige context.

Ja, dat gaat tegen onze intuïtie in. Dat het universum uit niets is voortgekomen, zoals zowel Augustinus als de theorie van de oerknal volhoudt, lijkt te duiden op iets daarbuiten, iets bovennatuurlijks als bron. Er moet een bepaald soort scheppende kracht zijn geweest – een schepper-God die vele wetenschappers zijn gaan aanvaarden. Toen hij de ontdekking van de rimpelingen vanaf de rand van de tijd aankondigde, merkte George Smoot, hoofd van het cobe-team, op dat ‘als je godsdienstig bent, het is alsof je in het gezicht van God kijkt’. [5] Hoewel Sir Bernard Lovell, astronoom en christen, daarbij opmerkte dat dit de god van de technologie is, niet die van het christendom. [6]

Als het universum echt uitzet zoals een ballon, hoe lang zal het dan blijven uitzetten? Zal de ballon ooit knappen?

Wetenschappers zoeken nog steeds naar antwoorden op deze vraag. Hier zijn de drie mogelijke scenario’s waarmee ze werken. In het open scenario gaat de expansie steeds sneller. In het kritische scenario bereikt het universum uiteindelijk een kritiek punt waarop de expansie zich op deze snelheid stabiliseert, terwijl in het gesloten scenario het universum langzaam begint te krimpen, zoals een ballon die ineenschrompelt, totdat het een kritiek punt bereikt, waar het implodeert tot wat sommige wetenschappers het ‘beslissende moment’ (big crunch) noemen.

Wanneer zou dat gebeuren?

Dat weten we niet. We weten wel dat we dicht lijken te zijn bij wat voorspeld wordt als de kritieke dichtheid. Het valt nog te bezien of het universum zich dan zal stabiliseren en met een regelmatige snelheid zal blijven groeien, of dat het zich, volgens de huidige consensus, nog sneller zal gaan uitbreiden of zal beginnen samen te trekken en (misschien heel plotseling) ineen zal storten. Om nauwkeuriger voorspellingen te doen moeten wetenschappers meer inzicht krijgen in wat ‘donkere materie’ is.

Figuur 1.5 Drie scenario’s voor de uitbreiding van het universum

Bestaat er echt zoiets als ‘donkere materie’? Het klinkt als iets uit Star Wars!

Toch bestaat het wel. De sterrenstelsels draaien veel langzamer rond dan op grond van de zichtbare sterrenmassa zou moeten. De zwaartekracht moet ze op de een of andere manier beïnvloeden. Maar de zwaartekracht van wat? Er moet daarbuiten iets onzichtbaars zijn, dat niet gemaakt is van de gewone atomische materie en dat hun snelheid afremt. En dit onzichtbare iets moet zo’n negentig procent van de kosmos vormen!

Astronomen kunnen negen tiende van de materie in het universum niet vinden. Maar ze moeten er wel naar op zoek zijn. Wat zou het volgens hen kunnen zijn?

Er zijn drie mogelijkheden: wimps, machos en Dark Blend (wie zei dat wetenschappers geen gevoel voor humor hebben?).

Wimps staat voor weakly interacting massive particles (massieve deeltjes die maar weinig interactief zijn), wat neutrino’s zouden kunnen zijn. Neutrino’s zijn onzichtbaar, maar er schieten er miljarden van door je lichaam terwijl je dit zit te lezen. Of ze echt genoeg wegen om een verschil te kunnen maken, blijft een mysterie. En er is wat bewijs voor een supersymmetrisch deeltje dat een neutralino wordt genoemd en dat een belangrijk onderdeel zou kunnen zijn van wat hete, donkere materie wordt genoemd; een andere kandidaat is het axion.

Machos zijn massive astronomical compact halo objects, zoals zwarte gaten. Wetenschappers noemen dit soort dingen koude, donkere materie. Dark Blend is er voor degenen die wat van allebei willen. Het is een scenario waarin de donkere materie een mix is van hete en koude donkere materie.

Het beste bewijs voor donkere materie tot nu toe is de ‘kogelcluster’ – de nasleep van de botsing van twee clusters van sterrenstelsels. De zware massa is veel groter dan de lichtgevende massa en toont aan dat donkere materie bestaat – misschien met een nieuwe vijfde kracht – ‘donkere energie’ die alleen de donkere materie beïnvloedt. [7]

Ik heb wel eens gehoord van zwarte gaten – ze zuigen alles om zich heen naar binnen. Maar wat zijn het? Hoe zijn ze ontstaan?

Een zwart gat lijkt een beetje op een kosmische gevangenis die zowel materie als licht gevangen houdt, maar oorspronkelijk was het gewoon een enorme ster. Elke ster is eigenlijk een kerncentrale, die werkt bij een temperatuur van enkele miljoenen graden, waarbij kernfusie waterstof, dat van de oerknal is overgebleven, omzet in helium. Na ongeveer een miljoen jaar heeft een ster zijn waterstof grotendeels verbruikt en begint hij samen te trekken en steeds heter en heter te worden. Terwijl de kernfusiereactie heter wordt, worden de atomen van zware metalen zoals ijzer geproduceerd. Als de ster relatief klein is, zoals onze zon, raakt deze uiteindelijk zijn hitte kwijt en kalmeert tot een stabiele witte dwerg. Maar als de ster groot is, wordt de druk uiteindelijk zo groot dat de buitenste lagen van de ineenstortende ster exploderen in een ‘supernova’, een vuurbal, zoals het exemplaar dat in 1987 zichtbaar was en dat een poosje lang meer licht gaf dan alle sterren in het sterrenstelsel. De kracht van de explosie slingert het ijzer en de andere metalen die binnen in de ster gevormd zijn de ruimte in, waar ze door sterren en planeten in de buurt worden opgenomen. Dit was de manier waarop onze eigen aarde aan zo’n grote variatie aan mineralen en metalen is gekomen – de bron van al die componenten waar ons lichaam nu uit bestaat!

Na de supernova-explosie vormt de overgebleven kern van de ster een immens dichte neutronenster. Maar als de ster massief was, is de werking van de zwaartekracht van de ingestorte kern sterk genoeg om alles om zich heen naar binnen te trekken, inclusief licht – wat een zwart gat volledig onzichtbaar maakt voor iedere waarnemer.

Hoe weten we dat ze er zijn, als we ze niet kunnen zien?

We kunnen ze vinden door te zoeken naar de uitwerking die ze hebben. We kunnen bijvoorbeeld zoeken naar dubbelsterren. Als één deel van een dubbelster een zwart gat geworden is dat materiaal van zijn metgezel opneemt, dan zouden we verwachten te zien dat er bepaalde soorten röntgenstralen worden uitgezonden. Astronomen hebben dergelijke sterren gevonden – een daarvan wordt Cygnus-x genoemd.

De andere plek waar we zouden verwachten zwarte gaten te vinden is in het midden van schijfvormige sterrenstelsels. Hier zijn enorme krachten werkzaam, quasars, inclusief quasi-stellaire radiobronnen, de meest energetische voorwerpen in het universum. Astronomen hebben bewijzen gevonden voor het bestaan van zwarte gaten die misschien wel een miljard keer zo groot zijn als de massa van onze zon, in nabijgelegen (nou ja, slechts een paar miljoen lichtjaren hier vandaan!) sterrenstelsels, zoals M51, M82 en M87. Ze vermoeden dat een zwart gat van twee of drie miljoen stellaire massa’s het hart van ons eigen sterrenstelsel vormt.

De Swift Satellite van de nasa, die in 2004 werd gelanceerd, heeft tot nu toe meer dan 150 actieve galactische kernen (zwarte gaten) gevonden, tot op een afstand van 400 miljoen lichtjaren; men verwacht dat het aantal in de komende twee jaar tot 450 zal stijgen. [8]

Wat bevindt zich binnen in een zwart gat? Is het gewoon een wirwar van gevangen massa en licht?

Hiervoor moeten we weer even terug naar het werk van Einstein. Zijn beroemde vergelijking E=mc² stelde vast dat er een hechte relatie bestaat tussen materie, energie en tijd en dat ze elkaar allemaal beïnvloeden. Later bewees hij tevens dat materie in feite de ruimte vervormt en deze ombuigt, op dezelfde manier als de massa van de zon het licht dat van een verre ster afkomstig is ombuigt.

Wanneer we proberen na te denken over krommingen, dan zijn we geneigd deze te zien in drie dimensies: diepte, hoogte en lengte. Maar Einsteins werk betekent dat we de tijd moeten meerekenen als vierde dimensie, die ook op een bepaalde manier omgebogen kan worden.

Wanneer er een zwart gat ontstaat, veroorzaken de enorme massa en de energie die in het midden daarvan worden verpletterd, een scherpe ombuiging van ruimte en een ineenstorting van ruimte en tijd. Het is alsof het weefsel van de ruimtetijd een verwoestende scheur oploopt en er wordt een singulariteit geproduceerd, een punt zonder volume en met een oneindige massa. Niemand weet wat er binnen in zo’n singulariteit gebeurt, hoewel Roger Penrose en Stephen Hawking met behulp van de wiskunde hebben aangetoond dat er zich in ieder zwart gat één moet bevinden.

Figuur 1.6 Diagram dat de toenemende kromming van de ruimtetijd laat zien

Dit is heel moeilijk te bevatten, dus laten we maar proberen om het beeld van de ballon nog eens te gebruiken. Nu kijken we naar één ster die zich op het oppervlak van die ballon bevindt. Het gewicht van die ster zal ervoor zorgen dat het oppervlak er omheen licht zal krommen of buigen. Als de ster een enorm zware neutronenster is met al zijn kernen dicht opeengepakt, dan zal deze de ruimte nog krachtiger ombuigen. De ongelooflijke concentratie van massa in het zwarte gat zou zelfs een klein gaatje in het oppervlak kunnen scheuren…

Hoe kan er ooit een scheur of gat ontstaan in de driedimensionale ruimte? En als er een gat is, kan er dan iets doorheen vallen? Waar zou het dan heen vallen?

Dat weet niemand. Er zijn allerlei theorieën over wat er zou kunnen gebeuren, en veel daarvan zijn aantrekkelijk voor sciencefictionschrijvers, maar wetenschappers hebben nog geen antwoorden. Het is mogelijk dat een gat de toegang tot een ander universum vormt, een parallel universum dat misschien andere dimensies heeft. Of het zou kunnen werken als een wormgat, een tunnel door de hogere dimensionale ruimte, waarbij de materie stroomt uit wat astronomen een wit gat noemen, het omgekeerde in tijd van een zwart gat, in een ver weg gelegen deel van ons eigen universum. Misschien zouden we op een dag dergelijke korte routes door het universum kunnen gebruiken om een ander sterrenstelsel te bereiken… Of, zoals Paul Davies suggereert, misschien kan iets wat een singulariteit passeert, gewoon ophouden in welke vorm dan ook te bestaan. [9] In feite zou het hele fysieke universum eenvoudigweg kunnen verdwijnen in een enorme singulariteit – hoewel fysici als Roger Penrose denken dat dit onwaarschijnlijk is.

Veel van wat je zegt klinkt als een rare mengelmoes van sciencefiction en religie! Vinden wetenschappers dat niet vervelend?

Natuurlijk wel, maar ze moeten vertrouwen op de berekeningen die hen tot deze conclusies brengen. Toen ik Steven Weinberg vroeg hoe hij het feit kon accepteren dat Einsteins wiskunde vereist dat de ruimtetijd gebogen is, antwoordde hij: ‘Ik stel me die ruimtekromming niet voor; hierin laat ik de wiskunde voor me denken.’ [10] Zelfs Einstein, wiens werk de basis legde voor de moderne kosmologie, wilde niet geloven in zwarte gaten of in een uitdijend universum. Zijn algemene relativiteitsvergelijking omvat een kosmologische constante, die hij toevoegde omdat hij weigerde zijn oorspronkelijke berekeningen te accepteren en liever geloofde dat het universum statisch was en voor altijd zou voortduren. Later noemde hij dat ‘mijn grootste fout’.

Maar als je dit verontrustend vindt, wacht dan tot je ziet wat er aan de andere zijde van de fysica gebeurt, in de vreemde wereld van de kwantummechanica.

***

Tot nu toe had ik noodzakelijkerwijs het meest gepraat, hoewel de studenten me met vragen bestookt hadden. Nu was het tijd om de bal weer naar hen terug te spelen. Dus: wat denken jullie van dit alles, wat is jullie reactie? Er volgde een lange stilte, terwijl ze probeerden hun gedachten op een rijtje te zetten.

‘Het is heel moeilijk om grip te krijgen op deze materie,’ zei Melissa ten slotte. ‘Ik ben kunstenaar en wanneer dingen uitgelegd worden, probeer ik er in mijn hoofd beelden van te vormen, maar ik kan bij veel van deze dingen geen beelden creëren. Jouw voorbeeld van de ballon hielp wel, maar het gaat me verder echt boven de pet.’

‘Dat komt niet alleen omdat je kunstenaar bent, Mel,’ zei Richard. ‘Ruth en ik denken dat we wetenschappers zijn, en ik denk niet dat we het er veel beter van af gebracht hebben.’

‘Maak je geen zorgen,’ kwam ik tussenbeide, ‘we hebben net gezien dat zelfs astronomen als Einstein er moeite mee hebben om hier over na te denken.’

‘Wat vond jij ervan, Angus?’

‘Ik vond alleen de omvang van de kosmos al onvoorstelbaar. Ik kan me nauwelijks voorstellen hoe ver het is naar een ster, laat staan naar een zwart gat in het midden van onze Melkweg. Het is ontzagwekkend – niet van deze wereld. En al dat gepraat over het universum dat uit het niets is ontstaan en over scheuren in de ruimtetijd maakt dat de moderne kosmologie klinkt als een mengeling van scifi en religie… Het is niet het soort wetenschap waar Richard het over had toen hij zei dat hij zich wilde concentreren op wat we kunnen aanraken, zien en visualiseren, en op experimenten die we kunnen herhalen.’

‘Ja,’ gaf Richard toe, ‘het lijkt erop dat we hier helemaal niets rechtstreeks kunnen bewijzen. Alles wat we moeten doen is geloven in de wiskundige modellen die volledig gebaseerd zijn op theoretische vergelijkingen.’

‘Geloof in wiskunde is wel oké,’ viel Angus hem in de rede, ‘maar hoe zit het met de terreinen waar de wiskunde niet komt? Voor de oerknal? Binnen in een singulariteit? Het lijkt mij niet dat dit alles krachten buiten beschouwing laat waarover we niets weten, en die wellicht te maken hebben met die mysterieuze gevoelens waarover we het hadden bij die stenen cirkel.’

‘O, dat komt door indringers vanuit de ruimte,’ lachte Ruth.

‘En waar komen die indringers dan vandaan? Uit andere sterrenstelsels? Maar die sterrenstelsels bestonden ook niet voordat die bal ter grootte van een sinaasappel om de een of andere reden explodeerde. Waar kwam die bal vandaan? Afstand toevoegen betekent niet dat het probleem helemaal wordt opgelost. Is er daarbuiten ergens een of andere schepper?’

‘Ja,’ zei Mel, ‘ik vind die afstanden en die omvang bijna beangstigend. En ik ben zo klein. Maar wanneer ik naar mijn runen en mijn ouijabord kijk, verwacht ik dat deze mysterieuze krachten in het universum mijn domme vragen zullen opmerken. Ben ik misschien gestoord?’

‘Daar gaat de bel voor het einde van de eerste ronde,’ kwam ik tussenbeide. ‘Later zullen we het wel hebben over de vraag of Mel wel goed bij haar hoofd is! We zijn allemaal een beetje overdonderd door de enorme omvang van dit universum, dus de volgende keer dat we bij elkaar komen, zullen we naar een ander uiterste kijken, namelijk naar de dingen die zich precies aan de andere kant van de schaal bevinden.’

Noten Hoofstuk 1

[ 1 ]John D. Barrow, Theories of Everything (Oxford: Oxford University Press, 1991), 80.

[ 2 ]Alan Guth, The Inflationary Universe (1981; herdruk, London: Jonathan Cape, 1997). Guth is fysicus en aangesloten bij het Massachusetts Institute of Technology.

[ 3 ]Steven Weinberg geeft dat prachtig weer in zijn boek The First Three Minutes (London: Andre Deutsch, 1977), 12.

[ 4 ]Stanley L. Jaki, God the Cosmologist (Edinburgh: Scottish Academic Press, 1989).

[ 5 ]Martin Rees, ‘Ripples from the Edge of Time’, The Guardian, 23 april, 1992, 19; George Smoot kreeg samen met een collega de Nobelprijs voor de Fysica toegekend op 13 oktober 2006, waarnaar wordt verwezen in Alok Jha, ‘Big Bang Theory Physicists Share Nobel Prizes’, The Guardian, 14 oktober 2006.

[ 6 ]Bernard Lovell, ‘The View of Life from the Edge of the Universe’, The Obser-ver, 23 augustus 1992, verslag van een bijeenkomst van de American Physical Society, gehouden op 23 april 1992.

[ 7 ]Douglas Clowe in Zeeya Merali, ‘Dark Matter Gets Its Own Dark Force’, New Scientist , 20 januari 2007, 12. Dit zou bevestigd kunnen worden wanneer LSST (Large Synoptic Survey Telescope) in 2013 het licht ziet, in samenwerking met Google. Deze zou de rol van donkere materie kunnen bevestigen als de steiger waaromheen zichtbare sterren en sterrenstelsels zich groeperen.

[ 8 ]Douglas Clowe and Dennis Zaritsky, ‘Shot in the Dark’, Physics World , februari 2007, 26-28.

[ 9 ]Paul Davies, The Last Three Minutes (London: Weidenfield and Nicholson, 1994), 89.

[ 10 ]Persoonlijke communicatie, 15 september, 1980.