Dit artikel gaat over lang geleden. Erg lang geleden. Het begint 13,8 miljard jaar terug, bij de big bang. Het moment dat het universum begon te bestaan. Daarna, ongeveer 12 miljard jaar geleden, komen de eerste sterren en sterrenstelsels. Vele miljarden jaren later, om en nabij de 4,5 miljard jaar geleden, kunnen we eindelijk de aarde in ons universum zien. Een half miljard jaar later vinden we de eerste eencelligen op aarde. Vervolgens duurt het nog 3,5 miljard jaar voordat tijdens de Cambrische explosie de eerste meercellige organismen ontstaan.
Hieruit kunnen we op maken dat al het complexe leven op aarde een relatief recent ontwikkeling is. Als we het op deze schaal bekijken, is het niet eens zo heel lang geleden dat de dinosauriërs uitstierven. Het lijkt als de dag van gisteren dat de menselijke soort ontstond. Als we het leven op deze schaal bezien, zijn alle grote dingen van de afgelopen paar duizend jaar alsof ze net zijn gebeurd. De Oudheid, de Middeleeuwen, de Industriële Revolutie en de twee Wereldoorlogen zijn dan periodes die niet zo ver van ons af liggen.
Wat gebeurde er vóór de Big Bang?
Hoe weten we dat die big bang er was en wat was er dan vóór die big bang? Nou, om te beginnen, zeggen theoretische fysici dat tijd en ruimte niet twee verschillende dingen zijn. Ze zijn twee uitdrukkingen van hetzelfde ‘ruimtetijd.’ En ruimtetijd werd gecreëerd door de big bang. Dit betekent dat tijd dus niet bestond voordat de big bang er was, dus het heeft geen zin om te vragen wat er vóór die big bang was. Er was namelijk geen ‘vóór’ de big bang.
Natuurlijk is het zo dat, zoals met vele kosmologische ideeën, het moeilijk is om ons voor te stellen hoe dit kan. Het is moeilijk te begrijpen. We weten dat het waar is, omdat het wiskundig klopt en het onze observaties zo goed verklaart. Het idee ligt echter ver weg van hoe we de wereld in het dagelijks leven zien.
Hoe ontstond de big bang?
De big bang was niet iets wat in het universum plaats vond. Ook breidde het zich niet uit in een leegte. Het was letterlijk het moment waarop zowel tijd als ruimte begonnen te bestaan. De big bang is het universum zelf dat zich van iets onvoorstelbaar kleins uitbreidde tot iets reusachtig groots. En dat op een ongelooflijk snelle manier.
In de kleinste fractie van een seconde breidde het universum zich uit van iets wat vele malen kleiner is dan een atoom tot ongeveer de grootte van een grapefruit. Tien seconden na de big bang had het universum zich al voldoende uitgebreid dat de normale regels van het universum, met atomische krachten en zwaartekracht en elektromagnetisme er al waren. Alle antimaterie die de big bang had gecreëerd werd gecombineerd met materie waardoor het zichzelf vernietigde. Daardoor bleef er uiteindelijk slechts een miljardste over van alle materie die tijdens de big bang was gevormd.
De eerste wet van de thermodynamica is dat materie en energie niet gecreëerd of vernietigd kunnen worden. Alles wat we nu hebben, hadden we toen ook. De materie waaruit ons lichaam op dit moment bestaat, was er ook 13,8 miljard jaar geleden. Het is simpelweg van vorm veranderd.
Even later
Na slechts drie minuten was het universum koel genoeg dat de kernen van atomen gevormd konden worden. Het ging toen alleen om waterstof en helium, de twee simpelste elementen. Op dit moment was het universum echt nog ongelooflijk heet. Het universum werd gedomineerd door straling.
Om en nabij 380.000 jaar na de big bang was het universum al afgekoeld tot zo’n 2750 graden Celsius. Daardoor werd het mogelijk voor materie en straling om zich van elkaar te scheiden. En onthoud, materie is enkel een meer gestolde vorm van energie.
Hoe dan ook, doordat het universum tot 2750 graden Celsius was afgekoeld, was het voor straling eindelijk mogelijk om vrij door het universum te bewegen. En we zien straling vandaag de dag als het einde van de donkere tijden die volgden op de big bang, en het begin van een schitterende flits die we kosmische achtergrondstraling noemen.
Fysici noemen het de vingerafdruk van het universum en het is een van de meest belangrijke elementen van het historische bewijs dat we hebben voor de big bang, omdat kosmische achtergrondstraling overal is. Stem je radio af op een frequentie zonder radiostation en een deel van wat je hoort, is eigenlijk deze straling die wordt opgevangen door de radio.
Hoe de Wetenschap probeert de Feiten Vast te Stellen
Het kan soms lastig zijn om te weten wat waar is, vooral wanneer we praten over dingen die zo lang geleden gebeurd zijn. De wetenschap doet een poging toch de feiten vast te stellen.
Door alleen onze beperkte menselijke zintuigen te gebruiken, kom je misschien tot dezelfde conclusie als de wetenschappers uit de negentiende eeuw. Deze geleerden waren het erover eens: het universum is statisch, eeuwig en oneindig. Maar als we daar even over nadenken.. Als het universum daadwerkelijk oneindig is en een onbeperkt aantal sterren bevat én het altijd heeft bestaan, dan zou de hemel dag en nacht volledig gevuld zijn met sterren. Er zouden zoveel sterren zijn dat je dag en nacht niet uit elkaar zou kunnen houden. Dit is overduidelijk niet het geval, dus er moet iets niet in orde zijn met deze theorie.
Het universum moet dus of niet statisch zijn, of niet oneindig, of niet eeuwig. Dus welke van de drie is het? Je weet dat wanneer een ambulance naar je toe rijdt, de geluidsgolven worden samengedrukt en het geluid van de sirene hoger is. En als de ambulance van je weg rijdt, zijn de geluidsgolven uitgestrekt en is de toonhoogte lager. Dat is het dopplereffect.
Edwin Hubble
Oké, hier is een andere naam waar je wellicht weleens van gehoord hebt. Edwin Hubble. Hij realiseerde zich dat licht hetzelfde doet. Sterrenstelsels en sterren die van ons weg bewegen, daarvan is het licht uitgestrekt, waardoor ze roder zijn. Sterren die naar ons toe bewegen, daarvan is het licht meer samengedrukt. Daardoor zijn ze blauwer. Samen met het werk van Henrietta Leavitt, dat ervoor zorgde dat we nauwkeurig kunnen schatten hoe ver sterren zijn, kon Hubble bepalen dat sterren over het algemeen van elkaar weg vliegen.
Hij ontdekte dat de objecten in de lucht die het verst weg liggen alleemaal ‘naar rood verschoven waren.’ Het zijn eigenlijk andere sterrenstelsels voorbij de Melkweg. Ze bewegen van ons weg. Vanuit die veronderstelling bouwde hij op het werk van de Belgische Katholieke priester Georges Lemaitre. Deze priester veronderstelde dat het universum op één punt begon. De big-bangkosmologen wilde echter bewijs. Zij wisten dat de hoeveelheid straling die door de big bang vrijgegeven werd enorm zou zijn. Dat wilden ze graag zien.
Duifjes
Het duurde tot de jaren 60 van de vorige eeuw totdat het twee mannen toevallig lukte. Zij werkten aan een antenne van Bell Laboratories in New Jersey en wilden proberen al het achtergrondgeluid weg te werken van een bijzonder gevoelige radioantenne. Wat ze vonden was echter een zwak bromgeluid dat van elk kant leek te komen.
Ze probeerden van alles om er van af te komen, waaronder het vermoorden van de duiven die op de antenne bleven poepen. Een gesprek met een lokale radioastronoom leidde ertoe dat ze hun bevindingen lieten zien aan een astronoom van Princeton. Die bevestigde het bestaan van wat al jaren werd voorspeld.
De Big Bang Zien
Het laatste puzzelstuk van deze big-bangpuzzel is dat we het kunnen zien. Licht heeft een snelheid. Als we naar de zon kijken, zien we het licht dat er vandaan kwam 8 minuten geleden. Maar als we kijken naar iets wat 13,8 miljard lichtjaren weg ligt, zien we de dingen die 13,8 miljard jaar geleden gebeurden!. Die straling reisde vanaf het vroegste begin van het universum.
Niet alleen kunnen we zeer duidelijk aantonen dat er daarvoor niets was, we kunnen nu ook die straling bestuderen om te leren wat de opeenvolging van gebeurtenissen sinds de big bang is. Daarnaast kunnen we bekijken wat de chemische samenstelling van het vroege universum was. Het blijkt te zijn wat we al verwachten: veel waterstof, veel helium en een heel klein beetje lithium. De rest van het periodiek systeem moest wachten..
Wat we nog niet weten
Er is veel bereikt in de afgelopen honderd jaar op kosmologisch gebied, maar er zijn ook nog veel dingen te ontdekken. Het universum gedraagt zich bijvoorbeeld alsof er materie is die we niet kunnen zien of detecteren. De zwaartekracht van sterrenstelsels wordt beïnvloed door deze materie, maar voor de rest is het volledig onzichtbaar voor ons. Fysici noemen het ‘donkere materie,’ maar we hebben geen enkel idee wat het is. Maar zoals bij elke historische inspanning, veranderen nieuwe ontdekkingen het verhaal in de toekomst. Verwacht dus dat de geschiedenis van het verre verleden van ons universum er over tien of twintig jaar heel anders uit zal zien!
Sponsor
Meer weten over hoe je subsidie aan kunt vragen voor het verduurzamen van jouw woning? Neem dan een kijkje op de website van Acarius. Nieuwsgierig naar onze andere artikelen? Houd dan ons blog in de gaten. Elke dag schrijven wij nieuwe artikelen over nieuwe onderwerpen.
Goed Gelezen?
Dan kun je de volgende vragen beantwoorden:
- Wanneer was de big bang?
- Hoeveel jaar geleden werden de eerste sterren gevormd?
- Ongeveer hoe lang geleden ontstond de aarde?
- Wat was er vóór de Big Bang?
- Wat zijn ruimte en tijd volgens (astro)fysici?
- Hoeveel bleef er uiteindelijk over van alle materie die tijdens de big bang werd gecreëerd?
- Wat is de eerste wet van de thermodynamica?
- Hoeveel jaar na de big bang werd het mogelijk voor materie en straling om zich van elkaar te scheiden?
- Waarvan is materie slechts een meer gestolde vorm?
- Welke temperatuur had het universum ongeveer nodig, voordat materie en straling van elkaar konden scheiden en straling dus eindelijk vrij door het universum kon bewegen?
- Wat is de vingerafdruk van het universum?
- Wat is het dopplereffect?
- Wie realiseerde zich dat licht hetzelfde doet als geluid (bij het dopplereffect)?
- Welke kleur hebben sterren die naar ons toe bewegen?
- Welke kleur hebben steren die van ons af bewegen?
- Wat veronderstelde de priester Georges Lemaitre met betrekking tot het universum?
- Wat zien we als we het licht zien van iets wat 13,8 miljard lichtjaren van ons af weg ligt?
- Wat was de chemische samenstelling van het vroege universum?
- We weten niet wat ‘donkere materie’ precies is. Waardoor weten we dat het wel bestaat?