Een goed idee krijgt alle ruimte

In een Amsterdams etablissement klapt de Leidse astrofysicus Vincent Icke zijn notebook dicht en slaakt een theatrale zucht. ‘Ik was graag slim genoeg gebleken om het te doorgronden. Om te weten waar het heelal van is gemaakt. Maar dat zat er kennelijk toch niet in.’ Hij neemt een slokje van zijn verse jus.

Natuurlijk, een beetje toneel is het wel. Maar, verzekert de jongensachtige, tanige zestiger Icke, het is een vraag waar mensen zoals hij daadwerkelijk zwetend van wakker kunnen schrikken: van welk spul is het universum in ’s hemelsnaam gemaakt? ‘Ik zeg opzettelijk spul, omdat we op de keper beschouwd niet eens weten of het wel materie is.’

Dat wakker schrikken is er de laatste tien, vijftien jaar niet minder op geworden. Het probleem is, kort door de bocht, tweeledig. In de eerste plaats is er veel meer zwaartekracht tussen de sterren en in sterrenstelsels dan er zichtbare materie is. Al in de jaren vijftig werd aan die discrepantie gemeten en gerekend. Gaandeweg werd duidelijk dat maar ongeveer een kwart van alle zwaartekracht samenhangt met zichtbare materie. De rest – zo gaat dat in de astronomie – is dus kennelijk donkere materie. Dark matter.

Het gegeven dat driekwart van het heelal zoek is, zegt Icke, is nou ook weer niet zó raar. ‘We zijn ook maar een stel naakte apen die uit de bomen zijn geklommen, we zien zoveel niet. Met een sterrenkijker zie je meer dan met het blote oog, met een radiotelescoop weer andere dingen die je niet wist. ’

Inmiddels zijn de meeste astrofysici het er wel over eens dat het geen uitgebrande sterren kunnen zijn die al die zwaartekracht veroorzaken, of zwarte gaten, of koud waterstofgas. Eerder nog wordt er gedacht aan nog onbekende materiedeeltjes die de eigenaardigheid hebben dat ze niks met licht of andere elektromagnetische straling hebben. Dat soort deeltjes bestaat in elk geval op papier in talloze variëteiten, en er zijn gedachten en experimenten om hun bestaan aan te tonen.

Bijvoorbeeld, zegt de immer gedreven directeur Frank Linde van het deeltjeslab Nikhef in de Amsterdamse Watergraafsmeer, de nieuwe LHC-superversneller bij Cern in Genève. Dat apparaat ligt na kortsluiting kort na de start in september zeker tot komende zomer stil. Maar in principe, zegt Linde, is er een gerede kans dat daarna bij de botsingen al snel nieuwe deeltjes opduiken die zomaar een prachtige kandidaat zouden kunnen blijken voor donkere materie. ‘Er zijn in theorie nieuwe deeltjes die je bij de enorme energie van de LHC vanaf dag één tegemoet zouden moeten springen. Deeltjes die bij de oerknal massaal gevormd zijn, maar die daarna zijn losgeraakt van de rest van onze gewone materie, behalve dan via de zwaartekracht.’

Over tien jaar, durft Linde te voorspellen, kijken we heel anders tegen het raadsel van de donkere materie aan – dankzij de LHC of een reeks andere detectoren en experimenten die deze jaren in gebruik komen. ‘Op de pampa in Argentinië kijken we naar kosmische straling, in de Middellandse zee speuren we naar neutrino's uit het heelal, in Gran Sasso en elders staan diep gekoelde bollen natriumjodide die zware donkeremateriedeeltjes hopen te zien. Er zijn kunstmanen die proberen gammastraling van uit elkaar vallende donkere materie waar te nemen. Daar moeten nieuwe dingen uitkomen.’

Dat denkt ook de Utrechtse astronoom Bram Achterberg – fleecetrui, woudlopersbroek – in zijn werkkamer in de Uithof. ‘Ik beschouw donkere materie niet als een echte embarassment in ons vak, maar gewoon iets wat moeilijk maar niet onmogelijk te detecteren is. Er zijn ideeën dat bepaalde typen donkere materie bij het uiteenvallen gammastraling uitzenden. Daar kun je gewoon naar op zoek.’

Het echte probleem van de kosmologie, gaat Icke achter zijn cafétafeltje in Eik & Linde verder, heet dan ook geen donkere materie, maar donkere energie. Sinds eind vorige eeuw is bekend dat het heelal niet gewoon uitdijt, zoals Einstein rond 1920 (overigens tot zijn eigen schrik) voorspelde en het eerst door Edwin Hubble werd aangetoond, maar steeds sneller uitdijt. Kennelijk is er een soort antizwaartekracht aan het werk, dark energy, die nog in geen enkel leerboek voorkomt.

Icke: ‘De meest gangbare berekeningen geven aan dat daarin ongeveer 95 procent van alle energie uit het heelal zit. Dat soort getallen moet je volgens mij met een forse korrel zout nemen. Maar dat we niet weten wat daar speelt, is absoluut een les in bescheidenheid.’

Waarbij voor hem het allergrootste raadsel is waarom materie, donkere materie en donkere energie min of meer even belangrijk zijn. ‘Voor mijn gevoel zit daar het begin van een oplossing. Als je in de natuur dingen vindt die heel erg op elkaar lijken, betekent dat doorgaans dat ze achter de schermen iets gemeen hebben. Dat het neutron net zoveel bleek te wegen als een proton, was geen toeval – dat komt doordat ze beide uit quarks zijn opgebouwd. Zoiets moet er ook aan de hand zijn met al dat donkere spul.’

Voor Icke is papier vooralsnog het belangrijkste medium bij de jacht op een verklaring voor het onzichtbare heelal. ‘In Einsteins belangrijkste vergelijkingen voor de zwaartekracht staat links de verdeling van de materie en rechts de vorm van ruimte en tijd, de geometrie. Heel elegant. En met die vergelijking kun je de meest fantastische dingen uitrekenen, van de uitzetting van het heelal tot zwarte gaten. Maar één ding vertelt hij je niet: waarom materie aan tijd en ruimte is gekoppeld. Daarin zit het antwoord, lijkt me: in een theorie die uitlegt hoe je uit ruimte en tijd materie maakt.’

Dat is wel heel ambitieus, relativeert Bram Achterberg in Utrecht. ‘Ik geloof dat de beste theorieën, of het nou supersnaren zijn of quantum-loopgravity of Gerard ’t Hoofts holografische principes, er nu zomaar 128 ordes van grootte naast zitten. Me dunkt, een teken dat we nog steeds iets behoorlijk over het hoofd zien. Het wachten is op een andere manier van kijken, op een nieuwe Einstein die een nieuw paradigma formuleert.’

In het ergste geval, zegt hij, stellen we niet eens de goeie vraag. ‘Er zijn theoretici die denken dat die hele versnelde uitdijing hooguit een idiote toevalligheid is van het stukje heelal dat we kunnen zien. Alsof we in een gekke holte zitten.’ Wat dat betreft heeft hij zijn geld een beetje gezet op de Planck-kunstmaan die volgens plannen in het voorjaar van 2009 wordt gelanceerd en die in extreem detail naar de vroegste ruis van de oerknal gaat kijken. ‘Stug doormeten, dat lijkt me in de huidige verwarring eigenlijk het belangrijkste. Laat de gegevens de weg wijzen.’