INTERVIEW

Alan Guth, de man die het heelal begrijpt

Alan Guth kan in het bos de poolster nog niet vinden, maar gaat de wereld over als de man die het heelal begrijpt. De gedoodverfde Nobelprijswinnaar verklaart, even in Nederland, zijn gouden idee over de oerknal.

Beeld Nasa/WMAP

Het had geen haar gescheeld, of Alan Guth was helemaal niet de man geweest die eigenhandig ons denken over het heelal een make-over van jewelste gaf.

Ga maar na. Als niet zijn vriend en fysicus Henry Tye hem had gevraagd mee te denken over die magnetische monopolen. Als niet Nobelprijswinnaar Steven Weinberg hem had overtuigd dat echt te doen. Als hij die lezing van Fred Dicke over kosmologie had overgeslagen. Als hij niet toevallig in een cafetaria op Stanford University collega's een tafel verder over de oerknal had horen praten.

Als. Dan hadden we nooit van kruidenierszoon Alan Harvey Guth (New Brunswick, 1947) gehoord, waarschijnlijk. Maar dat gebeurde dus allemaal wel.

Genie

Begin 1980 formuleerde Guth de zogeheten inflatietheorie voor het piepjonge heelal, die aangeeft dat ruimte en tijd zelf in de eerste fractie van een fractie van een seconde na de oerknal onvoorstelbaar snel en ver overkookten. Een gouden idee, dat in één machtig gebaar tal van klassieke hoofdbrekens over de ontwikkeling van het universum na de oerknal oploste. Velen noemen Guth om die reden de grondlegger van de hedendaagse kosmologie. En een genie zelfs.

Maar in een vergaderzaaltje in een conferentiecentrum in Veldhoven heft Guth de handen en lacht zijn ironische maar innemende glimlach. 'Ik heb het universum wat beter helpen begrijpen. Ik heb het niet gecreëerd hoor. Ik had gewoon geluk, zo briljant is het allemaal niet.'

Zegt een kleine, wat gebogen man. Donkerblauw colbert en ruitjeshemd, haar en bril die beide ergens eind vorige eeuw zijn blijven steken. Zo, is heel even de onwillekeurige gedachte, zou de totaal verlamde Britse glamourfysicus Stephen Hawking eruit hebben gezien als die nog wel had kunnen praten en lopen. Afgezien van het Brooklyn-accent dan. Briljant. Ironisch. Erg op zijn gemak.

Maar dat zeggen we niet hardop, van Hawking.

Oerknal

Welke kant je in het heelal ook opkijkt, in de verte beweegt alles van ons weg. Dat betekent dat alles ooit in één punt was samengebald, terugrekenend zo'n 13,8 miljard jaar geleden. De gloed van dat beginpunt is nog steeds als zachte radiostraling aan de hemel te horen. De kosmische achtergrondstraling is een direct bewijs voor de oerknal waarmee alles begon.

In grote lijnen is de klassieke oerknaltheorie een goede verklaring voor wat we aan de hemel zien. Maar er zijn ook problemen. Het belangrijkste is het horizonprobleem. De verste uithoeken van het heelal lijken in temperatuur, achtergrondstraling en samenstelling sprekend op elkaar. Dat is gek omdat veel regionen na de oerknal gedurende het hele bestaan van het heelal nooit meer met elkaar in contact zijn geweest.

In 1980 ontdekte de Amerikaan Alan Guth het principe van de kosmische inflatie, dat onder meer dat raadsel oplost. Volgens Guth was een oogwenk na de oerknal het heelal klein en nagenoeg homogeen. Het prille miniheelal zette al van nature uit maar overschreed al afkoelend een kritische drempel waardoor alle beschikbare energie een kort moment helemaal in een supersnelle uitzetting werd gepompt. Daardoor werd het vroege heelal praktisch oneindig groot en zover als wij het heelal in kunnen kijken egaal. Op een enkel sterrenstelsel na.

Want dit is wel Alan Guth van het MIT in Boston, wereldberoemd onder fysici, gedoodverfd Nobelprijswinnaar als kosmologie aan de beurt is en op deze dinsdag in januari even eregast op het jaarlijkse congres van natuurkunde-organisatie FOM. De man die het heelal begrijpt. Pers staat in de rij.

En, herhaalt hij, als er ook maar iets van dat alles anders was gelopen, dan was hij als theoretisch deeltjesfysicus vast heel andere dingen gaan doen dan kosmologie. 'Ik ben grappig genoeg nooit gaan zitten om over het heelal na te denken. Ik ben geen sterrenkijker. Ik kan in het bos de poolster niet vinden, hoe verdwaald ik ook ben. Destijds liep ik gewoon als theoreticus mijn neus achterna en kwam het heelal tegen in mijn rekenwerk. Sindsdien is het niet meer weggeweest.'

Nobelprijs

Ik las ergens dat voor uw kantoor op het MIT in Boston een lege glazen vitrine staat, waar uw toekomstige Nobelprijs in moet.

'Dat heeft National Geographic ervan gemaakt. Die vitrine was overgeschoten bij een interne verhuizing. We wilden er geloof ik een motorfiets in zetten, maar dat is er nooit van gekomen. Hij is leeg omdat er niks in zit.'

Anders dan uw werkkamer, die legendarisch schijnt te zijn.

'Ik kreeg van de Boston Globe een prijs voor de rommeligste werkplek van de stad. Op voordracht van mijn collega's. Prima. Ik heb geen last van stapels papier. Er is altijd ruimte voor meer.'

En die Nobelprijs?

'Zeker, het zou heerlijk zijn om hem te winnen. Maar als hij niet komt, is het net zo goed.'

Vorig jaar leek het bijna onvermijdelijk, een Nobelprijs voor Guth en zijn theoretische kompaan Andrei Linde. In maart maakte het team rond een radiotelescoop op de Zuidpool bekend dat ze aan de hemel een direct bewijs zagen van Guths inflatietheorie. Met hun BICEP2-schotel maken ze babyfoto's van het heelal: beelden van de radioruis die nog steeds als een echo van de oerknal uit het heelal te horen is. Maar met die foto is iets raars aan de hand. Hij ziet eruit of er kreukels in zitten, vervormingen in de radiogolven die erop wijzen dat kort na de oerknal ruimte en tijd zelf in trilling raakten. De bang in de big bang noemden kranten het in die tijd. En dat was precies wat Guth en Linde in 1980 hadden voorspeld.

Guth: 'Ze belden me een week voor de persconferentie en ik was zo ontzettend blij met hun polarisatiemetingen dat ik het nieuws nauwelijks voor me kon houden. Dat inflatie was opgetreden wisten we al van eerdere metingen, bijvoorbeeld van de Europese Planck-satelliet. Nu konden we ook iets zeggen over de details: hoe hard, hoe lang.'

Jammer alleen dat al snel bleek dat ze met BICEP2 geen patroon in de kosmische ruis zagen, maar stof in de Melkweg. Pijnlijk.

'Dat was zonde en teleurstellend, zeker. Maar het Planck-team heeft aangekondigd dat ze binnenkort met hun eigen analyses van de polarisatie komen. Maar zelfs als zij niks zien is dat geen probleem. Dan heeft het effect een andere schaal dan zij kunnen meten, maar kan het heel goed met andere metingen wel worden gevonden.'

Uw theorie kan eigenlijk niet onderuit gaan?

'Dat stadium zijn we allang voorbij. Projecten als COBE, WMAP, Planck; allemaal wijzen ze op inflatie. Wat de experimenten vooral doen, is alternatieven voor kosmische inflatie wegstrepen. En de details van inflatie invullen. BICEP2 leek te zeggen dat de allersimpelste vorm van inflatie klopte. Dat voelde al goed, al was het minder zeker dan gedacht.'

Alternatieven?

'Ik neem ze niet serieus, maar ze zijn er. Het mooie is dat de meeste geen verwrongen achtergrondstraling voorspellen. Zodra Planck iets ziet, zijn die theorieën van de baan.'

Er zijn mensen die zeggen: vroeger had je de verhalen bij het kampvuur over de schepping van de hemel en de aarde, nu heb je de oerknal en inflatie. Wie weet wat we elkaar over duizend jaar vertellen.

'Wetenschap is niet zomaar een verhaal. In wetenschap spelen meetbare feiten een rol en die zeggen dat er zoiets als een oerknal en exponentiële expansie geweest moeten zijn. Inflatie speelt ook over duizend jaar een rol in ons begrip van het ontstaan en de evolutie van het heelal, hoe het verhaal dan ook precies zal gaan, daar ben ik van overtuigd.'

De oude verhalen hebben wel iets te zeggen over de reden van het bestaan.

'De vraag is: waar zijn we? En hoe zijn we hier terechtgekomen? Over een waarom gaat de wetenschap niet. Het zijn overigens de grote vragen die iedereen wel in zich herkent en dat is denk ik ook de reden dat sterrenkunde en kosmologie zo tot de publieke verbeelding spreken. Dat gaat meer over onszelf dan we ons realiseren.'

U ontdekte inflatie terwijl u aan andere totaal dingen rekende.

'De vraag was: bij de oerknal kon in theorie een heelal vol losse noord- en zuidpolen zijn ontstaan, maar we zien zulke monopolen nergens. Hoe kan dat? Henry Tye en ik maakten sommen vanuit het idee dat die monopolen misschien na de oerknal verdampten. Dat werkt en we schreven aan een artikel. Maar ik rekende op een avond wat verder en zag dat bij dat proces de uitzetting van het oerheelal vanzelf verder zou worden aangejaagd. Een exponentieel proces, dat zomaar uit heel normale natuurwetten rolt.'

Zoiets als opwarmende melk die opeens overkookt.

'Wat natuurkundigen een fase-overgang noemen, zoals water plotseling stoom wordt als het kookt. Interessant was dat Henry geen geduld had en die fase-overgang niet in het artikel over de monopolen wilde hebben. Dat is de reden dat zijn naam niet boven het eerste artikel over kosmische inflatie staat, samen met collega Andrei Linde. Henry vond het niks en had haast, hij moest op dienstreis naar China, dat toen nog op een andere planeet lag.'

Tye trekt zich sindsdien de haren uit het hoofd.

'Dat zou ik me zomaar kunnen voorstellen. Kosmische inflatie loste sindsdien in elk geval het ene na het andere kosmologische raadsel op. Ik was de eerste jaren zelfs tamelijk nerveus dat het misschien wel allemaal te mooi was om waar te zijn. Dat er iemand iets in mijn theorie zou aanwijzen waardoor het hele kaartenhuis in elkaar zou storten. Het meest verrassende is dat dat nooit is gebeurd.'

Abstractie

U ontdekte al rekenend het principe van inflatie. Kon u zich er ook iets bij voorstellen?

'Het idee van een zichzelf aanjagende expansie is eenvoudig genoeg, dat was het probeem niet. Ik had vooral een wat ongemakkelijk gevoel bij de tijdspannes waarin het allemaal leek te gebeuren. Tien tot de macht min 35 seconden, min 37 soms. Je ziet het staan, maar je kunt er niks meer mee. Ik ook niet.'

Het gekke is dus, dat u in die jaren als deeltjesfysicus bij allerlei kosmologische discussies kon binnenlopen en ze zomaar een oplossing voor hun problemen kon aanreiken.

'Inflatie bleek een universeel instrument. Dat was inderdaad een tamelijk wonderlijke tijd in mijn leven. Vooral omdat ik van de meeste kosmologische problemen eigenlijk nog nooit gehoord had. Het was mijn vak helemaal niet.'

Alan GuthBeeld Jolijn Snijders

Was de wereld meteen om?

'Het aardige is dat de deeltjeswereld meteen enthousiast was. Het waren de astrofysici die er erg aan moesten wennen. Begrijpelijk, dat waren de mensen die in detail wisten wat ik allemaal overhoop haalde in de oerknaltheorie.'

Wat lost kosmische inflatie bijvoorbeeld op?

'Het belangrijkste is de ongelofelijke uniformiteit van het heelal. Als het na de oerknal gewoon was opgezwollen, zou de radioruis uit de verste uithoeken die we kunnen zien veel meer van elkaar moeten verschillen dan we waarnemen. Inflatie legt uit waarom: er is ergens even een ongelofelijke spurt geweest die een heel klein heelal verder heeft opgeblazen dan we kunnen kijken. Maar daarnaast geeft de theorie bijvoorbeeld ook keurig de massa-dichtheid van het heelal. De klassieke bigbangtheorie zat er een factor drie of vier naast.'

Duizelingwekkend blijft het. Hoe kan een heelal nou sneller dan het licht van tennisbalformaat misschien wel oneindig groot worden?

'Vergis je niet, die effecten zitten ook al in de klassieke oerknaltheorie. Bij nul is daar alles oneindig. Ik zeg niet dat dat veel helpt, maar het is niet een probleem dat aan inflatie kleeft. De oerknal is in zijn details onbegrijpelijk. Maar wel een gegeven. Inflatie ook.'

Uw eerste paper over kosmische inflatie is 35 jaar oud, maar eigenlijk werkt u er nog steeds aan.

'Het basisidee staat als een huis, maar er zijn allerlei details die we nog niet in de vingers hebben. Zo kijk ik nu naar varianten waarin na de inflatie-periode massaal zwarte gaten worden gevormd, lang voordat de sterrenstelsels ontstaan. Volgens sommige astronomen zijn de zwarte gaten in sommige sterrenstelsels veel ouder dan de stelsels zelf. Misschien om die reden.'

Dat klinkt als een betrekkelijk wild idee.

'Dat is een volkomen wild idee. Als het werkt, is het een fantastisch inzicht. Maar vermoedelijk werkt het helemaal niet. Zoals zo vaak. Het gaan om het testen van ideetjes, kijken hoe ver je komt. Zulke ingevingen heb ik voortdurend. Gebeurt in een oneindig heelal alles wat kan oneindig vaak? En waarom zien we dat dan niet om ons heen? Ik noem dat niet eens werken. Het is gewoon nooit stil in mijn hoofd.'

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden