Oerknal-idee bevestigd, Verlindes theorie niet

De oerknaltheorie voorspelt nauwkeurig dingen die later door waarnemingen worden bevestigd.

EDWARD P.J. VAN DEN HEUVEL IS HOOGLERAAR STERRENKUNDE AAN DE UNIVERSITEIT VAN AMSTERDAM.

Erik Verlinde meent dat de ideeën van de sterrenkundigen over de oerknal en de donkere materie niet kloppen, omdat hij daar 'geen goed gevoel' bij heeft (Wetenschap, 20 juli). Dat verbaast mij hogelijk voor een theoretisch fysicus. Hij zou toch moeten weten dat vrijwel alles in de moderne theoretische natuurkunde tegen ons 'gevoel' en onze intuïtie indruist, maar toch waar is. De kwantummechanica toont ons dat deeltjes zich als golven gedragen en golven als deeltjes, iets wat volkomen tegen ons gevoel ingaat, maar door talloze laboratoriumproeven is bewezen. Voor ons gevoel is de aarde plat en staat hij stil, maar we weten dat het een bol is die in 24 uur om zijn as draait en met een snelheid van bijna dertig kilometer per seconde (108 duizend kilometer per uur) in zijn baan om de zon beweegt. 'Gevoel' en 'smaak' zijn daarom in de natuurkunde geen argument: juist iets dat volgens ons gevoel absurd is, blijkt in de natuurkunde dikwijls waar te zijn.

Sterrenkundigen hebben meer dan 80 jaar geleden ontdekt dat het heelal uitdijt, en dus heel klein begonnen moet zijn, zo'n 13,8 miljard jaar geleden. Het idee dat het heelal op dat ogenblik vanuit een buitengewoon hete en dichte oer-toestand, de oerknal, is begonnen, lijkt voor ons gevoel misschien absurd, maar toen men aan de natuurkunde van die oerknal ging rekenen, leidde dit tot een aantal voorspellingen die later volledig zijn uitgekomen, doordat ze door de waarnemingen zijn bevestigd.

De eerste voorspelling, uit 1949, was dat er nog warmtestraling afkomstig van de oerknal overal in het heelal aanwezig moet zijn, in de vorm van microgolfstraling (radiogolven met golflengten van millimeters tot centimeters), en dat die straling goed meetbaar moet zijn. In 1965 is die straling gevonden en de ontdekkers ervan, de natuurkundigen Penzias en Wilson kregen hiervoor in 1978 de Nobelprijs natuurkunde. Iedereen met een kleine radiotelescoop kan tegenwoordig die straling meten en de oerknal dus zelf nog 'zien'.

Een tweede voorspelling was dat zo'n 30 procent van de materie in het heelal uit helium moet bestaan, gemaakt in de eerste drie minuten van de oerknal. Ook dit is door de waarnemingen bevestigd. En een derde voorspelling, in de jaren zestig gemaakt door de Russen Zeldovitch en Sunyaev, is dat er 'rimpeltjes' aanwezig moeten zijn in de verdeling over de hemel van de microgolfstraling van de oerknal, als gevolg van kleine dichtheidsfluctuaties in een zeer vroeg stadium (een minuscule fractie van een seconde na het begin). Ook die rimpeltjes zijn later gevonden, met de COBE- en WMAP-satellieten van de NASA (Nobelprijs natuurkunde 2006 voor de ontdekkers Mather en Smoot) , en recentelijk in zeer veel details bestudeerd met de Planck satelliet van de ESA.

We weten dus dat het oerknal-model al vanaf een minuscule fractie van een seconde na het begin buitengewoon goed voorspelt wat we in het heelal waarnemen. In de natuurkunde is een theorie pas krachtig en geloofwaardig als deze met grote nauwkeurigheid dingen voorspelt die later met precieze waarnemingen worden bevestigd. Met de Oerknaltheorie is dit het geval, net zoals met de voorspelling van het Higgsdeeltje in de deeltjesfysica.

Verlindes theorie heeft dit stadium nog geenszins bereikt. Ook wat hij over de donkere materie zegt kan de toets der kritiek niet doorstaan. Dat er zoiets als donkere materie moet bestaan, werd al in de jaren dertig ontdekt uit de bewegingen van de sterrenstelsels in clusters van stelsels. Later werd dit in de jaren zeventig bevestigd door de ontdekking van de vlakke rotatiekrommen van spiraalvormige sterrenstelsels, en meer recentelijk door de prachtige 'Einsteinringen' die de Hubble ruimtetelescoop waarneemt rond clusters van sterrenstelsels. Als dit het enige was, zou dit, zoals Verlinde suggereert, nog verklaard kunnen worden door aanpassingen van de zwaartekrachttheorieën van Newton of Einstein.

Maar dat is niet het enige. Toen natuur- en sterrenkundigen gingen rekenen aan hoe in een uitdijend heelal de sterrenstelsels kunnen zijn ontstaan, bleek dat als je ervan uitgaat dat er alleen gewone (uit atomen bestaande) materie is, deze te weinig zwaartekracht heeft om de materie te doen samenklonteren en sterrenstelsels te doen ontstaan. Alleen als er in het uitdijende heelal ook nog eens vijf tot zes maal meer 'donkere materie' met zwaartekracht is - precies de hoeveelheid die uit de Einsteinringen rond clusters van sterrenstelsels, en uit de vlakke rotatiekrommen wordt gemeten - kunnen de sterrenstelsels ontstaan in een uitdijend heelal. Die donkere materie moet dan bestaan uit deeltjes die 'koud' zijn: langzaam bewegen en geen andere wisselwerking met elkaar en met gewone materie hebben dan via de zwaartekracht.

Dat zulke deeltjes in de natuur kunnen voorkomen, is absoluut niet in strijd met de inzichten van de hedendaagse deeltjesfysica. De Grand Unified-theorieën van de deeltjesfysica voorspellen nog vele mogelijke soorten deeltjes, met namen als neutralinos. Verlinde betwijfelt het bestaan van deeltjes van de donkere materie. Maar waarom zouden die niet bestaan? In de loop der tijd zijn in de natuurkunde tal van nieuwe elementai- re deeltjes ontdekt, met de vreemdste eigenschappen, en het zou absurd zijn te menen dat we thans, in het jaar 2013, alle soorten elementaire deeltjes die in de natuur voorkomen ontdekt zouden hebben. De deeltjesfysica is nog lang niet af en er is nog veel ruimte voor het ontdekken van nieu- we deeltjes. Het is dus absoluut geen dom idee van de sterrenkundigen dat die donkere materie echt bestaat en gevormd wordt door een nog niet ontdekte soort elementaire deeltjes.

Er is al tweemaal de Nobelprijs natuurkunde toegekend voor sterrenkundige waarnemingen die de voorspellingen van de oerknal-theorie bevestigen. Het zou mooi zijn als ook Verlindes theorie waarnemingen zou kunnen voorspellen die zijn theorie kunnen bevestigen. Ik ben hier zeer benieuwd naar!

undefined

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2022 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden