ASTRONOMISCHE KLOK

Schepping en oerknal

 

 

Kinderen hebben soms de neiging om van alles te willen weten van de wereld om ons heen. En welke ouder waagt het om de schouders op te halen als kindlief vraagt waarom de hemel blauw is?

    "Omdat blauw de lievelingskleur is van God. En God woont in de hemel". Toch? Want je weet ook niet alles.

    Waterdruppels in de lucht breken het witte zonlicht waardoor de bonte regenboog ontstaat. De lucht zelf, de zuurstof en stikstof moleculen, kaatsen het blauwe licht veel vaker naar de aarde dan het rode. Vandaar die blauwe lucht.

   Kinderen worden groot en krijgen zelf kinderen met dezelfde kinderlijke vraagjes waar je het antwoord niet op weet: "Omdat blauw de lievelingskleur is van God. En God woont in de hemel". Zonder twijfel. Geloven doe je onvoorwaardelijk.

   Twijfel is de hoeksteen van het wetenschappelijk denken. Daarom kan wetenschap nooit zekerheid bieden. Vol ongeloof vragen de volgelingen van de wetenschappelijke methode zich af hoe iemand zo zeker kan zijn van een voorbestemming, een hiernamaals, een hoger wezen. Weinig mensen beseffen dat onverwacht opduikende kwaliteiten symptomatisch zijn voor de complexe wereld om ons heen. Zou het toeval zijn dat de moderne voorstelling van een groeiend universum de vorm heeft van een klok, een kerkklok wel te verstaan?

  

Overal ter wereld luiden de kerkklokken, rinkelen de belletjes, zingen de geloofsgetuigen, galmen de orgelpijpen, roffelen de strakgespannen varkensblazen. Met muziek getuigt de mens van zijn geloof.

   Geloof zit in het bloed. Geloof is een gevoel dat zich verspreid door het hele lichaam. Geloven doe je met je hart. Of, in de woorden van Augustinus van Hippo, "Qui cantat, bis orat" (wie zingt, bidt dubbel). En in het gebed wordt God geloofd. Ter meerdere glorie van deze God wordt het heelal aan Hem toegeschreven, inclusief het ontstaan ervan, de Schepping.

   Niet iedereen kan zich vinden in deze opvatting. De 'ongelovigen' volgen een naturalistische benadering die wordt beredeneerd door het verstand, het brein, zenuwcentrum van onze kennis. Waar correlaties aanleiding zijn voor menig mystiek wereldbeeld, dient ware kennis te voldoen aan duidelijke verbanden tussen oorzaak en gevolg, aldus de moderne wetenschapper. In wetenschappelijke zin heeft de natuur zichzelf geschapen en is de ontstaansgeschiedenis van het heelal een heel ander verhaal dan bijvoorbeeld het Bijbelse Genesis of de hindoestaanse Surya mythe. 

 

De Rooms-Katholieke priester George Lemaître getuigde dat geloof en wetenschap hand in hand konden gaan. Hij vermoedde dat de waargenomen roodverschuiving in verre sterrenstelsels werd veroorzaakt door het dopplereffect van zich snel verwijderende lichtbronnen. Rond 1930 presenteerde hij het concept van een uitdijend heelal. En wat groter wordt moet ook ooit klein geweest zijn. De "Big Bang" was geboren. Zijn theorie vertoonde een opvallende gelijkenis met dat andere wonder, namelijk de conceptie. En het postulaat van de oerknal was een wetenschappelijke bevestiging van de Schepping.

   Dat een toenemende afstand tussen ons en verre sterrenstelsels evengoed kon komen doordat juist wij ons verwijderen, alsof we via het afvoerputje uit ons heelal wegstromen, heeft natuurlijk nooit iemand echt aangesproken. Wellicht was het oude idee van 'steady state'toch juist, tenslotte is volgens de huidige wetenschappelijke opvatting meer dan 95% van het heelal nog steeds een raadsel. Wellicht waren onveranderlijkheid en inflatie alleen maar twee verschillende manieren om hetzelfde fenomeen te beschrijven; het zou niet de eerste keer zijn dat fysische modellen elkaar lijken tegen te spreken. De big bang theorie verwierf echter, mede door de bespottelijke naam, een onaantastbare populariteit. Ook onder kosmologen. En misschien toch wel terecht.

   Paus Johannes Paulus II gaf in 1988 schriftelijk te kennen dat theologische en wetenschappelijke opvattingen over het ontstaan van het heelal elkaar niet hoeven uit te sluiten. Zolang het moment van de schepping maar met rust werd gelaten. De verklaring leek vooral te zijn ingegeven door de vrees van het Vaticaan dat de ontrafeling van de eerste minuten van de oerknal wel eens onomstotelijk zou kunnen aantonen dat God een pleonasme is. Maar zijn boodschap had een averechtse uitwerking. De tweespalt tussen God en Oerknal werd alleen maar groter en 'wie niet gelooft moet wel atheïst zijn'.

In de 21e eeuw bestaat er onder exacte wetenschappers nauwelijks twijfel over het ontstaan van materie en krachten tijdens die eerste momenten van de oerknal:

 

Volgens het standaardmodel van de kernfysica kunnen alle ingrediënten van het atoom beschreven worden als deeltjes, namelijk materie deeltjes en krachtvoerende deeltjes. De eigenschappen die deeltjes worden toegekend zijn massa, lading en spin. Massa wordt ontleend aan het zogenaamde Higgs-veld waarmee het gehele universum is gevuld. Het wordt gevormd door Higgs-deeltjes die alleen lading hebben en zorgen voor de zwakke wisselwerking waarmee radioactiviteit wordt verklaard. Lading is het gevolg van een soort interne wisselwerking en spin kan worden opgevat als een soort tollen om de eigen as. Van materiedeeltjes zoals quarks en elektronen kan de spin worden aangeduid met een veelvoud van ½ (halftallige spin) en krachtvoerende deeltjes hebben een heeltallige spin (het gaat om quantumgetallen en de wiskundige achtergrond voert hier te ver). De bekendste krachtvoerende deeltjes (bosonen) zijn de massaloze gluonen die zorgen voor de sterke kernkracht en de fotonen die de elektromagnetische kracht verzorgen. Fotonen hebben evenmin massa en worden ook wel lichtdeeltjes genoemd. Massaloze deeltjes bewegen zich met de lichtsnelheid en hebben daarom altijd een spin loodrecht op hun voortbeweging (als je de deeltjes voorstelt als een bolletje zou in andere gevallen het oppervlak een grotere snelheid kunnen krijgen dan de maximaal toegestane). Daarnaast zijn er veel instabiele deeltjes die slechts een fractie van een ogenblik bestaan en spontaan verdwijnen. Het verval van dergelijke deeltjes is een statistisch proces en de levensduur kan daarom alleen als een gemiddelde waarde worden weergegeven.


Vanaf het begin dat het jonge heelal gevuld was met een hete brij (quark-gluonplasma) volgden er een stuk of zeven fase-transities die een tijdsduur hadden van aanvankelijk een fractie van een seconde tot uiteindelijk vele duizenden jaren. Bij elk van deze transities ontstonden emergente eigenschappen: elke nieuwe fase beschikte over kenmerken die eerder nog afwezig waren. Quarks en elektronen werden ware elementaire materiedeeltjes en konden daarom gelijkgesteld worden aan de eigenschappen die hen tegenwoordig worden toegekend. Door hun veelvoudige combinaties in de vorm van atomen kon daarna een groot aantal emergente eigenschappen worden gegenereerd, eigenschappen die zonder die combinaties eenvoudig niet zouden hebben bestaan.

 

Door de inflatietheorie en het standaardmodel te combineren heeft men een reconstructie gemaakt van het ontstaan van het universum. Direct na het aanvankelijke zeer snelle uitdijen, ongeveer 13,7 miljard jaar geleden, vonden er achtereenvolgens een aantal zogenaamde fase-transities plaats die een beetje vergelijkbaar zijn met aggregatie overgangen zoals condensatie en ijsvorming. Tijdens het afkoelen van het quark-gluonplasma waarmee het heelal gevuld was, ontstonden grote aantallen instabiele deeltjes en nadat deze verdwenen, werd het jonge heelal gedomineerd door een plasma van protonen, neutronen, elektronen en fotonen. Een deel van de protonen en alle neutronen fuseerden tot deuteriumkernen (één proton en één neutron) en tot heliumkernen (twee protonen en twee neutronen). Na nog verdere afkoeling werden de elektronen ingevangen door de positieve kernen en ontstonden de neutrale atomen, vooral van waterstof. Ondertussen was de interactie tussen de materiedeeltjes en fotonen zodanig afgenomen dat deze laatsten zich vrij konden bewegen in de vorm van licht (en andere elektromagnetische straling).

 

Door hun onderlinge aantrekkingskracht (gravitatie) klonterden elementaire deeltjes samen en vormden na vele jaren hemellichamen met zelf weer nieuwe emergente eigenschappen. De grote aantrekkingskracht en straling van een ster kwam pas tot stand als een zeer groot aantal waterstofatomen accreteerden.

   De combinaties van verschillende atomen zoals we die tegenwoordig op aarde kennen, tonen nog overtuigender het ontstaan van emergente eigenschappen aan. De eigenschappen van water zijn volslagen anders dan die van waterstof en zuurstof waaruit het is opgebouwd en dat keukenzout eigenlijk bestaat uit het metaal natrium en het giftige chloorgas is ook het gevolg van emergentie door samenvoeging.

 

Volgens het onzekerheidsprincipe uit de kwantummechanica waren de oorspronkelijke materiedeeltjes niet volledig homogeen over de uitdijende ruimte verdeeld en ontstonden er verdichtingen. Door gravitatie- en vanderwaalskrachten trokken deeltjes elkaar aan en die aantrekking werd groter naarmate er meer samenklonterden. Na vele miljoenen jaren ontstonden op deze wijze talrijke sterrenstelsels. Elke ster was (is) niets anders dan een samenklontering van waterstofatomen die, door de enorme druk die door de onderlinge aantrekking ontstond, samensmolten tot heliumatomen. Bij deze kernfusies ontstonden na verloop van tijd ook grotere atomen en niet zelden ontploften oudere sterren, wat tot gevolg had dat nieuwe elementen de ruimte in werden geslingerd. Deze grotere atomen werden samen met al bestaande atomen in stofwolken opgenomen en verbonden zich ook onderling tot moleculen. Bij het ontstaan van nieuwe sterren door de onderlinge aantrekking van waterstofatomen werden ook deze stofwolken betrokken. Door de verdere afkoeling van het universum en de grotere massa van de nieuw gevormde atomen en moleculen klonterden deze samen tot planeten rondom de ster. Dit proces vond en vindt steeds opnieuw plaats.

 

Niemand weet precies wat er 3½ miljard jaar geleden op aarde gebeurd is maar in de lijn van eerdere ontwikkelingen mag worden verondersteld dat de combinatie van verschillende moleculen heeft geleid tot een volgend stadium van emergentie. Het proces wordt abiogenese genoemd. Sommige moleculen vormden door meervoudige polarisatie een soort blaasjes, te vergelijken met schuimvorming. Andere moleculen werden overgedragen van de ene op de andere verbinding waarbij energie werd gegenereerd, te vergelijken met verbranding. Weer andere moleculen maakten deel uit van cyclische auto-katalytische processen. Dat zijn chemische processen die zichzelf in stand houden en waarvan het eindproduct dezelfde verbinding is waarmee het proces begon.


Eerder is betoogd dat de oerknal eigenlijk een alternatieve schepping is. Aanhangers van de big bang theorie zullen geen principiële bezwaren koesteren tegen de aanwezigheid van een God die af en toe als Schepper kan fungeren. Dat verklaart de hardnekkigheid waarmee sommige wetenschappers vasthouden aan concepten als Intelligente Ontwerper of zichzelf theïstisch evolutionist noemen. De ware atheïst zal zichzelf meer herkennen in het universum van Stephen Hawking, dat onbegrensd is, zonder echt begin of einde. Het reductionistische idee dat alles verklaard zou kunnen worden met één God vereist wel een héél toegewijde vroomheid. En dat alles een oorzaak moet hebben, is door de onzekerheidsrelatie van Heisenberg allang achterhaald.

   Waarom de meeste mensen, wetenschappers incluis, niet in staat zijn het bestaan van een god af te wijzen, kan verschillende gronden hebben. Als kind zijn zij vaak groot gebracht door liefhebbende ouders in de geborgenheid van het geloof. Het alternatief van een heelal zonder begin spreekt de meesten niet aan en de erkenning dat zoveel grote geesten uit het verleden (Aristoteles, Thomas van Aquino, Ibn Sina) het fout hadden, is eenvoudig onaanvaardbaar. Maar het grootste bezwaar dat ze tegen atheïsme hebben, is hun overtuiging dat haar aanhangers amoreel zouden zijn: de atheïst die een pact met de duivel onderhoudt, sinds de heksenvervolging is er weinig veranderd. Godvrezende kosmologen hebben niet zo veel moeite met de gedachte dat bij de allereerste kwantum transitie het heelal 'uit het niets' tevoorschijn is gekomen. Het is wel diep treurig als daar uit geconcludeerd wordt dat het heelal geen betekenis heeft en ons bestaan zinloos is.

 

 

Gerelateerde Nederlandstalige literatuur:

Theo de Boer & Ger Groot: Religie zonder God. Sjibbolet, 2013

Francis Collins: De Taal van God. Ten Have, 2006

Richard Dawkins: Een Regenboog Ontrafelen. Contact, 2009

Daniel Dennett: De Betovering van het Geloof. Contact, 2006

Brian Greene: De Ontrafeling van de Kosmos. Scala, 2011

Gerard 't Hooft. De Bouwstenen van de Schepping. Bert Bakker, 2013 (heruitgave)

Eric Middleton: Terug naar Platland. Boekencentrum, 2009

Stafan Paas & Rik Peels: God bewijzen. Balans, 2013

Govert Schilling: Evoluerend Heelal. Fontaine, 2009

Kris Verburgh: Schitterend! Houtekiet, 2004

Dirk Verhofstadt: Atheïsme als basis voor de moraal. Houtekiet, 2013

Zichtbaar zonlicht bestaat uit elektromagnetische golven met golflengtes die variëren tussen 400 en 800 nanometer (1 nanometer is een miljoenste mm). In lucht hebben de verschillende golflengtes vrijwel dezelfde voortplantingssnelheid (ca. 300.000 km/s). In water (en glas) hebben korte golflengtes (blauw) een geringere snelheid dan langere golflengtes (rood). Waterdruppels werken als prisma's, ze breken blauw licht sterker dan rood licht en vormen zo een kleurenspectrum. Als licht tegen moleculen botst, gebeurt iets dergelijks, alleen noemen we dat verstrooiing. Blauw licht wordt door moleculen sterker verstrooid dan rood licht (Raleigh scattering; in een mate die omgekeerd evenredig is met de vierde macht van de golflengte).
De wereld rondom zit vol met complexe systemen. De bekendste zijn de turbulente bewegingen van water en lucht die het weer veroorzaken. (het weer is daardoor een emergente eigenschap van die turbulenties; emergente eigenschappen zijn spontaan tevoorschijn tredende fenomenen). Ter verduidelijking wordt meestal een mierenkolonie gebruikt. Uit het gedrag van één mier valt niets te zeggen over de organisatie de kolonie. Ook verwijst men wel naar de materiele bouwstenen: een atoom heeft geen kleur en een molecuul water is niet nat.
De moderne kosmologie (heelalkunde) hangt de inflatietheorie aan die veronderstelt dat het heelal ruim 13,7 miljard jaar geleden ontstond uit een primordiaal deeltje (oerknal) en in enkele seconden tot gigantische afmetingen opzwol (inflatie), waarna het langzaam verder uitdijde tot het huidige moment waarop de uitdijing met steeds groter snelheid weer toeneemt (http://nl.wikipedia.org/wiki/Oerknal).
Het dopplereffect is de waargenomen verandering van toonhoogte of kleur door een verschil in snelheid tussen de bron en de waarnemer. Alledaags voorbeeld is de veranderende toonhoogte van een passerende sirene.
Het steady state model veronderstelt dat het heelal zich onafhankelijk van de tijd uitbreidt. Het universum is altijd hetzelfde geweest, er is géén begin. Volgens de wet van behoud van energie moet deze voortdurend worden toegevoegd. Hoe dat in zijn werk gaat, vermeldt de theorie niet (net zo min als de big-bang-theorie iets kan zeggen over de gebeurtenissen vóór  t = 0).
Kosmische inflatie houdt in dat kort na de oerknal het heelal een exponentiële uitbreiding heeft doorgemaakt als gevolg van een soort onderkoeling waarbij de zwaartekracht een afstotend effect kreeg. Daardoor werd het universum in zeer korte tijd (fractie van een seconde) sterk opgeblazen.
Abiogenese is de naturalistische opvatting dat levende organismen zijn ontstaan uit niet-levende materie.