Stoomcursus Kosmos

Wat zijn de hoogtepunten uit de geschiedenis van het heelal? Te veel om op te noemen, zou je denken. Toch valt dat reuze mee. Het begin was spectaculair, maar daarna ging alles z’n gangetje. Laten we dus afreizen naar die eerste fase. Maar dat is ook meteen het lastige. Als we de geschiedenis van het heelal zien als een voetbalwedstrijd van 90 minuten, dan komt de mens namelijk pas zo’n 0,06 seconden voor het laatste fluitsignaal het stadion binnen. We hebben al het spektakel uit het begin dus ruimschoots gemist. Gelukkig kunnen astronomen het ontstaan van het heelal voor een groot deel terugkijken, via sterrenlicht. De huidige telescopen kunnen het licht van heel verafgelegen sterren opvangen. Doordat het van zo ver komt, heeft dat licht er ondanks zijn ontzagwekkende snelheid lang over gedaan om de aarde te bereiken. Duizenden, miljoenen, soms zelfs miljarden jaren. Daardoor zie je die sterren niet zoals ze er nu uitzien, maar zoals ze er duizenden, miljoenen, soms zelfs miljarden jaren geleden uitzagen. Als je naar verafgelegen sterren kijkt, kijk je dus heel ver terug in de tijd.
Maar daar zit een grens aan. Telescopen vangen licht op, maar in de eerste jaren na de oerknal was het heelal pikdonker. Veel is er nog onbegrepen over de oorsprong en geschiedenis van het heelal. Maar dit is wat astronomen denken dat er onge- veer is gebeurd – inclusief de vijf grootste raadselen die we nog moeten oplossen om het heelal verder te leren kennen.

Het licht ging aan

13,7 miljard jaar geleden was het heelal samengebundeld in één enkel punt. Toen volgde een enorme ontploffing, de oerknal. Dat is meteen het eerste grote raadsel in de huidige kosmologie: de oerknal valt wiskundig niet te beschrijven. Alle formules lopen spaak. Het idee is dat bij die ontploffing het heelal is ontstaan. Daarvoor was er niets – geen materie, geen energie, zelfs geen ruimte en tijd. Op de vraag wat er voor de oerknal was, heeft momenteel niemand een antwoord.
Het idee van de oerknal komt voort uit de ontdekking dat we ons in een uitdijend heelal bevinden. Iets wat voortdurend uitdijt, moet ooit heel klein zijn geweest. Zo klein zelfs, dat het in een enkel punt paste. Dat brengt ons bij het tweede kosmologische raadsel. De zwaartekracht van alle sterren en planeten werkt de uitdijing van het heelal tegen. Je zou daarom verwachten dat het heelal steeds langzamer zou gaan uitdijen. Het heelal groeit de afgelopen tien miljard jaar juist steeds sneller. Wetenschappers denken daarom dat er een mysterieuze kracht in het heelal bestaat die tegen de zwaartekracht in werkt – de zogeheten donkere energie. Maar liefst tweederde van het heelal zou bestaan uit donkere energie. Wat die energie veroorzaakt, weet niemand.

De eerste jaren na de oerknal was het heelal een duizeling- wekkend hete, kolkende soep van straling. Naarmate het heelal groeide, koelde het langzaam af. Door die afkoeling kregen de stralingsdeeltjes langzaam minder energie. Zo’n 380.000 jaar na de big bang stoven materiedeeltjes niet meer alleen door elkaar heen, maar gingen ze zich aan elkaar binden. Zo ontstonden de eerste atomen. Door die bundelingen werden lichtdeeltjes niet langer geblokkeerd door rondzwervende materiedeeltjes en konden ze vrijuit door het heelal reizen. Met andere woorden: het licht ging aan in het heelal. Dit allereerste licht kunnen astronomen nu nog steeds ontwaren. De ‘kosmische achter- grondstraling’ markeert het verste punt dat we momenteel in de tijd kunnen terugkijken.

Multiversum

Uit het materiaal dat een stervende ster uitstootte is zo’n 4,5 miljard jaar geleden de zon ontstaan. Rond de zon vormde zich een schijf van sterrenstof. Daaruit ontstonden de aarde, de maan en de overige planeten in ons zonnestelsel. Astronomen ontdekken ook planetenstelsels rond andere sterren. Inmiddels zijn er zo al duizenden ‘exoplaneten’ opgespoord.

Hoe meer planeten, hoe groter de kans dat we niet alleen zijn in het heelal. Want de aarde lijkt absoluut niet bijzonder.
We leven op een doodgewone planeet, rond een doodgewone ster in een doodgewoon sterrenstelsel. Misschien is er ergens anders net zo’n stelsel te vinden, met net zo’n ster, net zo’n planeet en net zulke bewoners.

Maar of er nu wel of geen buitenaards leven bestaat, de vraag blijft: waarom is er überhaupt leven in het heelal? Dit
is het vijfde kosmologische raadsel. De waarden van belang- rijke natuurkundige grootheden – zoals de zwaartekracht en de lichtsnelheid – lijken perfect afgestemd op het ontstaan van sterren, planeten en uiteindelijk ook mensen. Zodra je in simulaties iets aan die waarden verandert, krijg je een heelal vol straling of een ijskoude leegte, of een heelal dat direct na de oerknal onder zijn eigen gewicht ineenstort; hoe dan ook geen leefbare plekken.

Die ogenschijnlijk perfecte afstemming op onze aanwezig- heid frustreert kosmologen. Het is alsof we een loterij hebben gewonnen waarvan we de enige deelnemer zijn. Veel te toevallig om waar te zijn. Maar er is een oplossing. Misschien is er niet maar één heelal, maar zijn er een heleboel. Ons heelal bevindt zich dan in een multiversum: een verzameling van afzonderlijke universa die langs elkaar bewegen als luchtbellen in een plas water. Ons heelal heeft sterren en planeten, de universa om ons heen hebben dat niet. We hebben nog steeds de loterij gewon- nen, maar zijn niet langer de enige deelnemer. Om ons heen barst het van de verliezers.
Het multiversum klinkt misschien als een vergezochte kunstgreep. Maar eigenlijk past het prima in de lijn van eerdere astronomische ontdekkingen die ons telkens een pas op de plaats lieten maken. Eerst dachten we dat de aarde het centrum van het heelal was. Toen bleek de aarde rond de zon te draaien. Toen bleek de zon rond het midden van de Melkweg te draaien. Toen bleek de Melkweg rond andere sterrenstelsels te draaien. Het zou eigenlijk niet meer dan logisch zijn als het heelal op zijn beurt rond een heleboel andere universa draait.

Wellicht weten we ooit meer, als we de vijf raadselen hebben opgelost.