In de vorige les eindigden wij met Einstein. Hij berekende en bewees al in 1916 zijn relativiteitstheorie. Traditioneel dacht ook hij in die tijd dat er een statisch universum was en om dat in stand te houden bedacht hij een “cosmologische constante”. 17 Jaar later woonde Einstein een seminar bij van Georges Lemaître in Californië, die hem deed beseffen dat het vasthouden aan een “statisch” universum zijn grootste blunder was, zoals hij het zelf omschreef. Hij besefte vanaf dat moment dat het heelal uitdijt en dus ook dat het eerder kleiner geweest moest zijn. De stap naar een oneindig klein universum heeft hij echter nooit durven maken. Ook Georges Lemaître drukte zich voorzichtig uit, maar ging wel zover dat hij sprak over een “oeratoom”. Hoe dan ook, Einstein veranderde onze kijk op het heelal radicaal en de stap naar wat later de “Big Bang Theory” zou gaan heten, werd daarna al gauw gemaakt. Deze theorie over de oerknal legt uit waar wij vandaan komen en hoe alles is ontstaan.
1.4. De Big Bang theorie
Bill Bryson (2004) beschrijft hoe we ons moeten voorstellen hoe de oerknal verliep (bewerkt):
Hoe groot moeten we het “oeratoom” van Lemaître ons voorstellen? Stel je een stip voor die je zojuist gemaakt hebt met je balpen. In deze stip passen ongeveer 500 miljard protonen. Pers zo’n proton samen tot één miljardste van zijn huidige formaat en je zou iets krijgen ter grootte van het “oeratoom”. Zo’n onvoorstelbaar klein punt noemen we een “singulariteit”, een punt zo klein dat het eigenlijk geen grootte meer heeft, maar wel een onmeetbare hoeveelheid energie. En wat is er omheen? Dit oeratoom hangt in een leegte. Er is niets om het punt heen, want als jij op een afstandje zou willen toekijken, waar zou je dan gaan zitten in de ruimte die zich nog niet heeft gevormd? Er ontstaat pas ruimte na de Big Bang. En dan de temperatuur? Die is ongelofelijk hoog, het hoogste dat mogelijk is. En tijd? Tijd bestaat nog niet.
En dan ineens, zet het “oeratoom” met een ongelofelijke kracht en snelheid uit en er ontstaan de 4 krachten:
De snelheid waarmee het universum groeit en de warmte die vrijkomt bij de “explosie” is genoeg om een keten van nucleaire reacties te bewerkstelligen. Er vormt zich Waterstof en Helium en soms een atoom Lithium. In ongeveer 3 minuten wordt 98% van alle materie die er is of ooit zal zijn gevormd. We hebben nu een universum, het grootste wonder ooit en dat werd gevormd in de tijd waarin je een broodje kan smeren.
Op dit moment wordt berekend dat dit allemaal 13,7 miljard jaar geleden gebeurde, maar eigenlijk is zoiets nauwelijks te berekenen. Het enige dat we zeker weten is dat op een zeker moment in een ver verleden het we op het moment t=0 zijn gekomen. We zijn op weg.”
Afb. 1.7. Model van de expansie van de Big Bang
Opdrachten
Bekijk nu de video “What emerged from the Big bang” (13:18 min). Er zijn 3 delen in deze lezing.
Deel 1:
Opdracht 28
Hoe kunnen we dankzij de observaties van Hubble zo precies de leeftijd van ons universum berekenen?
Opdracht 29
Hoe is de term ‘Big Bang’ ontstaan?
Deel 2:
Opdracht 30
Welke vier fundamentele krachten ontstaan direct na de Big Bang?
Opdracht 31
Leg uit wat een plasma universum is.
Opdracht 32
Wanneer het plasma universum eindigt, kunnen we spreken van een ‘mini treshold’ volgens David Christian. Welke twee redenen heeft hij hiervoor?
Deel 3:
Opdracht 33
Vind jij het bestaan van kosmische achtergrond straling overtuigend bewijs voor de Big Bang? Beargumenteer.
Zoals je in de video al hoorde zijn er nog veel zaken onduidelijk rondom de Big Bang. Maar zoals Laurens Kraus ooit gezegd heeft (2009): “Wetenschappers houden van mysteries. Ze houden ervan dingen niet te weten! Dat is de kern van wetenschap.”
Rondom de Big bang zijn er ook veel mysteries. Zo kunnen we niets zeggen over wat de oorzaak van de oerknal was, of wat daarvoor was. ‘Daarvoor’ is al moeilijk te bedenken, omdat men er van uit gaat dat de tijd pas ontstond met de Big Bang.
Onderstaande tekst van Bill Bryson (2004) gaat over deze mysteries en mogelijke antwoorden die wetenschappers hebben geformuleerd.
“Hoewel iedereen het de Big Bang noemt, waarschuwen vele boeken ons om er niet over te denken alsof het een explosie is in de conventionele zin. Het was een behoorlijk snelle, onverwachte uitdijing op een kolossale schaal. Wat veroorzaakte het?
Een mogelijkheid was dat de singulariteit een overblijfsel was van een eerder, ineengestort universum – dat we dus één van een cyclus van uitdijende en ineenstortende universa zijn… Andere schrijven de Big Bang toe aan wat zij een “false vacuum” of een “scalar field” of “vacuum energie” noemen. – iets dat, in ieder geval, een mate van instabiliteit toevoegde in het “niets” (“nothingness”) dat er was. Het lijkt onmogelijk dat je “iets” krijgt uit “niets”, maar het feit dat er eerst niets was en dat er nu een universum is, is duidelijk bewijs dat het mogelijk is.”
Opdracht
Opdracht 34
Hoe kan iets nu vanuit niets ontstaan? Zoek op wat wetenschappers verstaan onder “nothingness” en hoe zo te verklaren valt dat de Big Bang vanuit het niets ontstond.