Sterrenkunde: wetenschap tussen science en fiction

Het is alweer meer dan een jaar geleden dat ik de lezingenreeks over sterrenkunde voor Studium Generale presenteerde. Nu is er een filmpje van: vier lezingen in minder dan tien minuten. Ik ben er trots op!

Liever lezen? Hieronder de uitgeschreven tekst.

Het beeld dat bestaat van de sterrenkunde, vindt vaak zijn oorsprong in sciencefiction of bijgeloof: de horoscoop in de krant, ontmoetingen met buitenaardse wezens, reizen door de tijd. Drie vooraanstaande onderzoekers en een wetenschapsjournalist scheiden de ‘science’ van de ‘fiction’.

Sterrenkundigen verwachten de komende jaren met hun experimenten en onderzoek antwoorden te vinden op een aantal fundamentele vragen. De publieke belangstelling voor experimenten zoals met de deeltjesversneller in Genève is groot, maar niet onverdeeld positief. Regelmatig steken wilde geruchten de kop op over de gevaarlijke krachten die natuurkundigen ontketenen. Dat de wereld in een zwart gat zou verdwijnen is wetenschappelijke onzin. Maar de wetenschap houdt zich wel bezig met onderwerpen die klinken als een sensationele stuiverroman. In dit filmpje nemen vier vooraanstaande onderzoekers je mee, van de aarde via zon en maan tot aan exoplaneten buiten ons eigen Melkwegstelsel, op weg naar een Theorie van Alles.

Maar laten we beginnen bij het begin. De astronomie was een van de eerste wetenschappen die de mens beoefende, voor navigatie en tijdrekening, maar ook om voorspellingen te doen. Waar komt die oeroude fascinatie vandaan? Welke antwoorden vindt de mens in het onmetelijke heelal? De sterrenkunde raakt ons persoonlijk, zo zegt Govert Schilling, wetenschapsjournalist en autodidact in de astronomie.

Hij stelde een kosmische top drie samen van de meest fascinerende onderwerpen uit de sterrenkunde. Op de derde plaats staan zwarte gaten. Het Zwarte Gat beantwoordt aan wat mensen verwachten van sterrenkunde: het is mysterieus, een beetje eng en totaal onbegrijpelijk. Op de tweede plaats vinden we de oerknal. Daarbij gaat het om vragen die voorheen voorbehouden waren aan religie. De oerknal is de seculiere schepping, de herkomst van alles wat bestaat. Op nummer 1 staat het buitenaardse leven. Buitenaardse wezens zijn een spiegel voor de mens. De fascinatie heeft dus veel te maken met zingeving van het aardse bestaan en met een verlangen naar het sublieme: de huivering die het onmetelijk grote, maar ook het onbegrijpelijk schone oproept, zoals de foto’s die de Hubble-telescoop naar aarde stuurt.

Inmiddels weten we door die telescoop dat ons sterrenstelsel er een is van vele miljarden, en dat onze zon maar een onbeduidend sterretje is. In de ruimte en in de tijd zijn we nietig: vergeleken met een leeftijd van 13,7 miljard jaar van het heelal, is de mens slechts een paar seconden oud.

De belangrijkste hemellichamen voor de aarde en de mens zijn natuurlijk de zon en de maan. Professor Frank Verbunt van de Universiteit Utrecht deed veel onderzoek naar de invloed van zon en maan op de aarde.

De interessantste wetenschappelijke feiten zijn zo opmerkelijk en simpel dat je ze nooit vergeet en vaak wilt herhalen. De geëigende vorm daarvoor is ‘Wist je dat…’. Wist je dat elke seconde zestig miljard neutrino’s door elke vierkante centimeter op aarde razen? Dus ook door je eigen lichaam heen?

De energie van de zon vindt haar oorsprong in kernfusie, die in modellen en formules te vatten is. Maar de formule vertoont een afwijking: bij de kernfusie lijkt er minder massa uit te komen dan erin gaat. Líjkt, want in werkelijkheid komen twee bijna onmeetbare deeltjes mee, de neutrino’s. Die alle kanten op vliegen – ook door jou en mij.

Verbunt vertelt hoe zijn onderzoek samenhangt met allerlei andere vakgebieden, bijvoorbeeld zijn studie naar de maan. Metingen tonen aan dat de maan van de aarde af beweegt. De afstand van de maan is nauwkeurig vast te stellen door middel van spiegels en daarin reflecterende lichtdeeltjes. Sterrenkunde, oceanografie, meteorologie en geologie werken hierbij samen.

De zon en de maan staan relatief dicht bij de aarde; de maan is zelfs op reisafstand voor de mens. Dat is anders bij de planeten van ons zonnestelsel. Laat staan planeten in andere sterrenstelsels, voorbij de Melkweg. Toch wordt daar wetenschappelijk onderzoek naar verricht, zoals naar de kans op buitenaards leven. Wordt fiction nu science? Dr. Daphne Stam van SRON verwacht binnen enkele jaren een doorbraak in het onderzoek naar exoplaneten. Hoe moeten we communiceren met buitenaardse wezens: die vraag wordt inmiddels al gesteld in de wandelgangen van de wetenschap.

Stam vertelt hoe moeilijk het onderzoek naar planeten in outer space is: de planeten kun je niet zien, zelfs niet met de grootste telescoop. Hun bestaan moet je afleiden uit bijvoorbeeld de schommelingen van de ster waaromheen hij draait of doordat het licht van de ster tijdelijk vermindert als de planeet ervoor langs gaat. Overigens zou geen van deze methoden onze aarde zichtbaar maken, mochten aliens bezig zijn met onderzoek naar onze uithoek van het heelal. Stam concludeert: ‘We zijn niet alleen, maar wel eenzaam en onvindbaar.’

Kunnen we nog verder in de sterrenkunde dan buitenaards leven op exoplaneten? Professor Renate Loll is als theoretisch natuurkundige aan de Universiteit Utrecht bezig met de zoektocht naar een Theorie van Alles, waarin Einsteins algemene relativiteit verzoend wordt met ideeën uit de kwantumzwaartekracht. Hoe ziet zo’n theorie eruit en wat heeft zij te zeggen over wormgaten en tijdreizen?

Klassieke theorieën van beweging, zoals die van Einstein over zwaartekracht, kunnen niet uitleggen wat op de allerkleinste natuurkundige schaal allemaal gebeurt. Daarvoor is de kwantumtheorie nodig. Door analogieën en met wiskundige methodes probeert de wetenschap een theorie van kwantumzwaartekracht te formuleren – een Theorie van Alles.

Wormgaten stonden niet in de kosmische top drie van Govert Schilling, maar nemen ongetwijfeld de vierde plaats in, mét de vraag of tijdreizen door wormgaten mogelijk is. Wormgaten zijn ook in de zoektocht naar een Theorie van Alles heel belangrijk.

Hoe werkt dat tijdreizen door wormgaten? Stel je een tweedimensionale ruimte voor. Door de ruimte te vouwen als een vel papier, ontstaat een shortcut. In plaats van tientallen lichtjaren, is de andere kant van het heelal nog maar een paar jaar weg. Kunnen we binnenkort dan ‘back to the future’? Nee, wormgaten bestaan namelijk niet. Niet alleen druisen ze in tegen het heilige principe van natuurkunde, causaliteit, (‘En dan kun je alleen nog maar wanhopen’) juist de kwantumzwaartekracht levert het bewijs dat wormgaten fysische onmogelijkheden zijn.

Uit het experiment met wormgaten komt ook de bizarre aard van het kwantumschuim naar voren. De ruimtetijd is op dit niveau zozeer gekromd, dat die lijkt op gekreukeld papier, dat bovendien niet vierdimensionaal is, maar tweedimensionaal. ‘Einstein would never have believed it!’ aldus Loll, die even verheugd als verbaasd klinkt.

De theorie die dit alles met elkaar verbindt en geldig is op kleine zowel als grote schaal is nog niet gevonden. Tot die tijd moeten de theoretische natuurkundigen streven naar een zo robuust mogelijke theorie, een algemene theorie met algemene resultaten. De hoop ligt in de toekomst – de hoop op een mooie, unieke, enkelvoudige theorie die alles kan beschrijven. De moderne sterrenkunde begon 400 jaar geleden met de uitvinding van de telescoop. Hoe zien de aarde, de zon en maan, de Melkweg en het heelal, de kwantumtheorie en de gekromde ruimtetijd en over nog eens 400 jaar uit? Waarschijnlijk zullen mensen dan verzuchten over de wetenschappers van nu: ‘Ze hadden het nooit geloofd…’

Meer weten? De vier lezingen in de serie ‘Iets nieuws onder de zon’ zijn terug te zien op www.sg.uu.nl.

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *