Over ons universum, de fenomenen erin en het ontstaan ervan.
Wanneer we de wonderbare dingen onderzoeken die we tegenkomen in ons universum, dat door een plotselinge geboorte lijkt ontstaan, dan stuiten we op frappante
wetenswaardigheden. De genoemde geboorte maakt niet iedereen even gelukkig. "Want een universum dat een begin heeft gehad [in welke vorm dan ook], schijnt dan om een eerste oorzaak te vragen, want wie kan zich een begin voorstellen zonder adequate oorzaak?" merkt een erudiete hoogleraar op.
Kosmologen, astronomen, astrofysici, sterrenkundigen, infrarood astronomen en andere hoogontwikkelde wetenschappers, die er allen hun beroep van hebben gemaakt de fenomenen in de ruimte te bestuderen, staan steeds opnieuw verbaasd over de intelligentie en grootsheid die in alle dingen wordt onderscheiden en er aan ten grondslag liggen. De enorme geordendheid die wordt waargenomen in een schijnbaar chaotisch voorkomend universum verwondert steeds weer onze geest en maakt ons naarstig om nog meer aan de weet te komen en na te vorsen.
En dan moeten we eenvoudigweg opmerken dat er aan het ontdekken door nieuwe waarnemingen geen einde komt. Wij zijn nieuwsgierig van aard en dat behoeft een chronische, continue en blijvende aandachttrekker. De kosmos is dit vanaf het kleinste atoom tot en met het grandioos en immens grote universum.
De wetenschap heeft gedurende de laatste eeuwen veel vooruitgang gemaakt. Oude ideeën en theorieën zijn vervangen door nieuwe en zaken die ooit als feiten werden aangeduid zijn naar het land der fabelen verwezen. Leerboeken over deze onderwerpen moeten herhaaldelijk vervangen worden door nieuwe uitgaven wegens een scherper inzicht. Het collecief geheugen van het mensdom kan alle nieuwe en nieuwste kennis opnemen, bevatten en evalueren, maar toont niet vaak haar waardering voor de wonderen die niet door eigen handen zijn gemaakt. Dat is een punt dat nog een ernstige overweging en leerweg noodzakelijk maakt.
De kosmos, het door ons steeds verder waarneembare deel van de interstellaire ruimte, boeit iedere keer weer en levert een enorme en kennelijk onuitputtelijke diversiteit aan welhaast ongelooflijke objecten en spannende processen op die zelfs meer dan alleen maar interessant zijn. We kunnen ons gelukkig prijzen dat de zon in een zeer sterrenstofvrij gebied is gesitueerd, zodat we vanaf de aarde onbelemmerd de ruimte in kunnen kijken. Laten we eens enkele van de vele eenvoudige maar wetenswaardige observaties en conclusies beschouwen.
|
HET grenzeloos grote universum, zoals wij dat waarnemen, blijkt te zijn opgebouwd uit miljarden clusters van sterrenstelsels die ieder op zich weer uit tientallen miljarden sterren bestaan. De Melkweg is ons eigen galactisch sterrenstelsel. Het maakt deel uit van een vijfendertigtal sterrenstelsels in de locale weinig compacte cluster, die daardoor een bijzonder grote mate van stabiliteit aan ons zonnestelsel biedt. Die zou vermoedelijk elders in het univerum niet worden aangetroffen. Deze opmerkenswaardige stabiliteit is in feite een noodzakelijkheid om complexe levensvormen zoals die op de aarde worden aangetroffen een bestaansmogelijheid te bieden, heeft iemand eens opgemerkt. De vorm van het melkwegstelsel, of de Melkweg, lijkt op een zeer afgeplatte schijf die is opgebouwd uit spiraalarmen. Vroeger, toen men stelsels nog slechts als vage stippen kon onderscheiden, werden ze daarom ook wel als nevels aangeduid. In de Melkweg, veilig in een enorme ruimte tussen twee van deze armen, treffen we de zon aan, op een derde van de afstand tot de rand ervan. Op deze positie vinden we in de
omgeving van het zonnestelsel aanzienlijk minder sterren aan dan meer naar het midden, waardoor er geen nabije sterren zijn en er geen storende gravitatievelden de vaste baan van de zon beïnvloeden. Veel sterren vormen paren of dubbelsterren die elkaars zwaartekrachtveld vaak sterk beïnvloeden, maar de zon is opmerkelijk genoeg een gravitationeel onafhankelijke en daardoor stabiele ster in dit dus opmerkelijk verder vrij sterrenloze deel van de Melkweg.
Wanneer we op een onbewolkte avond buiten op het land, ver van lichtvervuiling, omhoog kijken naar de ongeveer tweeduizend zichtbare sterren die op ieder halfrond van de aarde aan het uitspansel zichtbaar zijn, dan kan er iets opmerkelijks worden waargenomen. Aan de nachtelijke hemel onderscheiden we een lichte band waarin zich meer sterren bevinden dan ernaast. Deze band zien we omdat we gewoon in de lengterichting dwars door de Melkweg heen kijken, waardoor we meer sterren bij elkaar zien dan in de smallere breedterichting. De doorsnede van het Melkwegstelsel is zo'n 100.000 lichtjaar, wat wil zeggen dat het licht er 100.000 jaar over doet om van de ene naar de andere kant van het stelsel te reizen. We kunnen er ons er geen voorstelling van maken over welke grootheden we hier spreken, want we vinden dat de maan al ver weg staat, en die afstand wordt door het licht overbrugd in juist ruim een seconde.
De sterren die we vanaf de aarde kunnen waarnemen maken alle deel uit van ons melkwegstelsel. Iedere ster is uniek, of in grootte, in helderheid of in kleur. Met teleskopen kunnen we andere stelsels opmerken waaronder de bekende Andromedastelsel (M31) op twee en een half miljoen lichtjaar afstand, die als enige onder gunstige omstandigheden ook met het blote oog is waar te nemen. Met onz Melkweg maakt het Andromedastelsel deel uit van de lokale groep of cluster van stelsels. Hoe individuele sterren zich bij bestudering aan ons voordoen komt o.a. tot uitdrukking in de soortnaamgeving, zoals blauwe reus en witte of rode dwerg, welke laatste het meest voorkomende type ster in het melkwegstelsel is.
Observaties met steeds krachtiger optische, ruimte en radio-teleskopen onthullen dat er vormgeving in het universum aanwezig is. Sterrenstelsels treft men aan in clusters, terwijl deze weer zijn georganiseerd in superclusters. Het lijkt er ook op dat clusters zich bevinden aan de randen van over het algemeen lege ruimten, die ook wel als bellen worden aangeduid. Deze waargenomen structuur is derhalve mede een reden om aan te nemen dat er tijdens het ontstaan van het universum reeds sprake was van een geraamte dat op georganiseerdheid duidt.
DAT er tekening in de hemel zit en ook beweging hadden oude volkeren reeds opgemerkt. Het voormalige Balylon nam tekeningen aan het uitspansel waar en gaf bijv. de Dierenriem een naam. In groepen van sterren las men een afbeelding waardoor die groep een naam kreeg. In onze tijd zijn we bekend met sterrenbeelden zoals Weegschaal en Grote - het steelpannetje - en Kleine Beer. Tot aan de oude Hebreeën toe in de zeventiende eeuw voor onze tijdrekening, duizend jaar voor Pythagoras, hebben volkeren sterrenbeelden benoemd.
Het duurde echter tot in de tijd van de Griekse wetenschappelijke filosofen voordat ook gewag werd gemaakt van de bewegingen der planeten. In de vierde eeuw voor onze jaartelling ontstond het filosofische wereldbeeld van Aristoteles en in de tweede eeuw
dat van de astroloog Ptolemaeus. Maar voor hen, in de zesde eeuw, was de wiskundige Pythagoras er reeds enigszins vooruitstrevend vanuit gegaan dat planeten bewogen, waarbij hij geloofde dat het universum aan de hand van getallen kon worden verklaard. Tot ver na de donkere Middeleeuwen in Europa had de clerus de wetenschap in handen en deze was over het algemeen streng conservatief. Voor zijn dood in 1543 heeft Nicolaus Copernicus zijn revolutionaire idee dat de aarde om de Zon draaide - en dus niet de Zon in een geocentrisch stelsel om de aarde als centrum van alles - tegenover de clerus ernstig moeten verdedigen. Zijn beroemde werk hierover is De Revolitionibus Coelestium, over de omwenteling der hemellichamen, en zijn bekende uitspraak: 'e pur si muove', en toch beweegt zij, de aarde. De uitgevers van het werk waren echter zo voorzichtig dat zij in het voorwoord ervan alsnog repten van het (verouderde) heliocentrisch gedachtengoed dat de clerus bleef aanhangen. Maar eerst moest eind zestiende en begin zeventiende eeuw de Italiaanse wetenschapper Galileo Galilei middels de door hemzelf ontwikkelde teleskoop nog ontdekken dat Copernicus het bij het rechte eind had.
De getallen van Pythagoras werden uiteindelijk pas tweeduizend jaar later in het begin van de zeventiende eeuw definitief wetenschappelijk vorm gegeven. Toen formuleerde Johannes Kepler de zwaartekrachtwetten die later door de welhaast even bekwame astronoom Isaak Newton verder zijn uitgewerkt. Het werd duidelijk dat het geocentrisch stelsel niet klopte met de werkelijkheid. Men ging zien dat het universum bestuurd werd door rationele wetten die toestonden de bewegingen van de tot dan toe zeven bekende met Griekse en Romeinse afgodennamen voorziene planeten rond de zon wiskundig te verklaren. Zelfs gaven berekeningen aan dat er een planeet nog niet ontdekt was, want de zevende, Uranus, had een baanafwijking die daarop duidde. Dit leidde in 1781 tot de ontdekking van de tot nog toe onbekende achtste planeet Neptunus. Als laatste van de officiële negen planeten van het zonnestelsel werd in 1930 Pluto ontdekt, een waar 2300 km. groot klontje ijs, als kleinste op een afstand van vijf miljard km. van de zon. Dit geeft meteen aan dat het zonnestelsel zo'n tien miljard km. in doorsnee is. De spectaculairste planeet is ongetwijfeld de zesde en op een na
grootste planeet van het zonnestelsel Saturnus met zijn dunne maar reusachtige ringen.
Hij werd ontdekt in 1610 door de astronoom Galileo Galilei met een zelfgemaakte teleskoop. Rond 1895 waren teleskopen zo goed geworden dat de ringen duidelijk konden worden gezien. De sierlijke halo is uiterst dun, nog geen dertig meter dik, en samengesteld uit ontelbare steen- en ijsdeeltjes. De fonkelende platte schijf om de planeet begint net boven de atmosfeer en strekt zich uit tot 400.000 km. in de ruimte. In één artikel over de planeet Saturnus werd opgemerkt dat hij een wonder in het zonnestelsel was, een 'perfect stukje wiskunde dat bijna leek te zijn ontworpen'.
Het is buitengewoon opvallend dat de planeten in het zonnestelsel vrijwel cirkelvormige banen beschrijven. Vooral het feit dat de grote gasvormige buitenplaneten bijna cirkelvormige routen om de zon afleggen, helpen de binnenplaneten heel uniek in hun cirkelvormige banen te blijven wandelen, waardoor aan een voorwaarde van leven wordt beantwoord, een vrijwel constante temperatuur. De vier (aardvormige) binnenplaneten hebben een min of meer rotsachtige oppervlakte, terwijl de reusachtige buitenplaneten een meer gasvormige struktuur bezitten. Alle planeten worden door de constante zwaartekracht van de zon dermate in bedwang gehouden dat ze met elkaar een onwankelbaar systeem vormen dat de positie van de aarde gegarandeerd op een stevaste plaats houdt, geschikt voor bewoning waar dit elders in het universum naar alle waarschijnlijkheid nooit mogelijk zal zijn.
De planeet Mercurius staat het dichtst bij de zon en zijn oppervlak heeft daarom met exorbitante temperatuurwissellingen te maken.
De volgende binnenplaneet is Venus waarvan we de oppervlakte door haar wolkendek heen niet kunnen waarnemen en waarvan het uiterlijk zich in de vorm van maanfasen aan ons voordoet.
Vervolgens als derde en enige bewoonde planeet de aarde, vanaf welke we, als vanaf een miniem stofje in een hele grote ruimte, het ganse en verbazende universum kunnen waarnemen.
Nu komt de eerste buitenplaneet, de reeds in de oudheid bekende (aardachtige) Mars, die zich even onerbarmelijk dor voordoet als de oppervlakte van onze maan. Er is geen water op Mars te bespeuren, behalve misschien wat bevroren ondergronds op de noord- en zuidpool, zodat de vroegere verhalen over kanalen op deze planeet juist een fabeltje zijn gebleken. In een oorspronkelijke beschrijving van de planeet in het Italiaans meende de waarnemer rechte canali (lijnen) te onderschijden, dat daarna werd vertaald met kanalen. De oppervlakte van de planeet geeft een roodachtige indruk, waardoor hij ook de rode planeet wordt genoemd. Er cirkelen twee maantjes om Mars, genoemd Phobos en Deimos. Vanaf de aarde is de rode planeet zelfs met het blote ook redelijk goed waarneembaar.
Dan volgen de twee gasreuzen Jupiter en Saturnus, gevolgd door de weer kleinere planeten Uranus en als laatste Neptunus. Deze acht planeten cirkelen om de zon en vormen er het zonnestelsel mee. Tot voor kort was als laatste, aan de rand van het zonnestelsel, de dwergplaneet Pluto als negende bekend. In de linker kolom leest u een korte verklaring hiervan.
De grootste van al deze is de reusachtige Jupiter, gekenmerkt door een immense opvallende rode vlek, een al eeuwen durende atmosferische storm van grote omvang in zijn gaswand. Qua omvang is de planeet zo groot dat hij juist tussen de aarde en de maan in zou passen en samen met de zon zorgt hij ervoor dat de meeste vreemde objecten die het zonnestelsel binnen komen suizen geen gevaar voor de aarde vormen, omdat zij door zijn zwaartekracht worden opgeslorpt. Op deze wijze fungeren beide als een belangrijk natuurlijk ruimteschild. Het zal sporadische meteoriet- of komeetinslagen niet altijd kunnen voorkomen, zoals bleek toen in 1908 in Noord-Siberie een vrij grote inslag plaatsvond. Maar een dermate grote inslag die men heeft toebedacht 65 miljoen jaar geleden een deel van het aardse leven te hebben uitgeroeid, mag door de gravitatiekracht van de zon en Jupiter voor een tweede keer als onwaarschijnlijk worden aangemerkt. Jupiter wordt omgeven door ca. 60 manen die alle de volle aandacht van de wetenschap hebben. Is er water en zou er dan een kans zijn daar leven aan te treffen? Een biologerende vraag voor sommigen.
Het cirkelvormige vlak dat wordt gevormd door de rondgang van de aarde om de zon wordt de zonneweg of ecliptica genoemd. In het middelpunt ervan bevindt zich onze zon. Omdat de overige planeten van het zonnestelsel in hun banen rond de zon posities innemen die vrijwel in het verlengde - vergrootte vlak - van de ecliptica liggen, kunnen we daar ook de meeste planeten aantreffen. Alleen de banen van Mercurius (7%) - en Pluto (17%) - wijken hier meer dan vijf procent vanaf. Het geheel lijkt een dermate onwrikbaar stabiel systeem te vormen dat men van een waarachtig perpetuum mobile kan spreken.
We zijn echter nog niet helemaal aan het einde van het zonnestelsel. Op miljarden km's afstand van de zon heeft men een gordel van miljarden komeetachtige brokken rots, ijs, e.d., gevonden die samen de Kuipergordel vormen, ongeveer beginnend met Pluto. Kometen vanuit deze gordel beschrijven steeds banen binnen het vlak van het planetenstelsel. Tot nog vele miljarden km's verder de ruimte in, tot wel een kwart van de afstand tot de eerstvolgende ster, treffen we de Oortwolk aan, eveneens een bron van miljarden komeetachtigen. De invloed van de zon heerst derhalve zeer ver het universum in.
OGENSCHIJNLIJK lijkt het licht zich met een oneindige snelheid door de ruimte te verplaatsten. Maar enkele simpele waarnemingen laten ons weten dat dit niet zo is. Men heeft bijv. berekend dat de aarde een 150 miljoen km. van de zon verwijderd in een baan om deze middelgrote langlevende ster beweegt. Wanneer we dit aantal km.'s delen door de snelheid van het licht, 300.000 km. per seconde, dan krijgen we als uitkomst ongeveer 500. Delen we dit getal door het aantal seconden per minuut, 60, dan geeft dit als uitkomst ruwweg acht. Dit houdt in, dat het licht er toch nog acht minuten over doet om de afstand tussen haar bron, de zon, en de aarde te overbruggen. Met andere woorden, wanneer de zon op een gegeven moment zou doven, dan zal dat op aarde pas acht minuten later merkbaar worden. De afstand aarde-zon wordt ook als astronomische eenheid (AE) gebruikt, vooral om afstanden in het zonnestelsel mee aan te geven. Buiten het zonnestelsel past men het lichtjaar en de parsec toe om afstanden aan te duiden.
Evenals alle sterren in de Melkweg, draait ze zon haar baantjes om het centrum van dit stelsel en wel met de tomeloze snelheid van 250 km. per seconde. Een zo'n rondje kan reeds miljoenen jaren duren, waardoor veranderingen in het stelsel slechts zeer traag verlopen en derhalve voor een grote stabiliteit borg staat, die de zon en het leven op aarde zo hard benodigen. Ook is de zon niet te groot of te klein, terwijl haar constante verbranding ook een gelijkmatige niet te hoge temperatuur en het juiste soort licht tot gevolg heeft. Als eenling wordt zij niet gestoord in haar werk en omgeving, hetgeen bij dubbelsterren wel het geval is.
Wonderbaarlijk genoeg is het nog niet zo lang geleden dat men tot de slotsom kwam dat de aarde om de zon draaide. Zoals besproken moest Copernicus dit nog in 1543 aan een speciaal comité uitleggen, maar dit wilde het er eigenlijk niet mee eens zijn. Slechts zestig jaar later bewees de bekende geleerde Johannes Kepler echter dat het inderdaad zo was. Hij plaatste ook meteen de zon in het centrum van het zonnestelsel. Daarnaast hebben we ontdekt dat dit zonnestelsel een baan om het centrum van het melkwegstelsel beschrijft. Dit stelsel is zelf een deel van cluster van de 35 stelsels waarvan de melkweg deel uitmaakt.
Al miljarden jaren straalt de zon, die een omvang heeft van 1.400.00 km, en een langlevende ster is met een constante verbranding, regelmatig haar energie uit. Wat stelt haar in staat deze immense hoeveelheid energie te blijven produceren en in een miljarden jarend durend proces op een voor leven uitermate belangrijk constant niveau te houden? Het antwoord hierop is wat we natuurkundig als kernfusie, het versmelten van atoomkernen, aanduiden. Onder zeer grote inwendige druk en een temperatuur van een vijftien tot twintig miljoen graden smelten vier kernen waterstof samen tot ruwweg een nieuwe kern helium: 4H -> He + E. Daar deze nieuwe kern lichter is dan de vier
oude samen resteert er o.a. stralingsenergie (E), die wij onder andere ervaren als licht en zonnewarmte. Dit proces, dat in deze bal van super heet gas honderden miljoenen tonnen aan brandstof (waterstof) per seconde soupeert, duurt reeds 4,5 miljard jaar. Opmerkelijk is dat per kubieke meter zonnekern slechts 30 watt energie wordt geproduceerd. Dit houdt in dat de kern van de zon in feite een enorme omvang moet hebben om de uitgestraalde energie op te brengen die de aarde en het zonnestelsel voedt. Kernfusie in de zon levert slechts weinig watt energie per kubieke meter op, nauwelijks voldoende om een peertje te doen gloeien. Waterstofprotonen smelten maar moeilijk samen. Het is echter het onnoemelijke aantal kubieke meters zonnecentrale die voorziet in de energie die deze ster uitstraalt. Terwijl onze planeet toch van een gemiddeld aangename temperatuur van 15 graden celcius wordt voorzien, ontvangt de aarde slechts een veertig miljardste deel van de totaal door de zon verschafte hoeveelheid energie. Hieruit laat zich enigszins afleiden, van welke orde van grootte deze totale hoeveelheid door haar uitgestraalde energie wel moet bedragen.
Men heeft waargenomen dat een ster die achter de zon zou gaan verdwijnen langer zichbaar bleef dan in feite mogelijk was. De reden hiervoor is dat het licht van de betreffende ster door het zwaartekrachtveld van de zon wordt afgebogen, zodat daardoor de ster voor ons langer zichtbaar blijft. Het blijkt derhalve dat licht, dat uit massaloze deeltjes en dus niet uit materie bestaat, toch gevoelig is voor een gravitatieveld. De ruimte in het universum is gekromd, maar de aantrekkingskracht van dit veld om de zon vertoont meer kromming dan de ruimte, waardoor het licht van de betreffende ster een beetje wordt meegebogen en daardoor langer zichtbaar blijft voor ons.
De kleur van het zonlicht, die we als geel-wit omschrijven, hangt af van haar oppervlaktetemperatuur. Daarom duiden we deze kleur aan via de kleurtemperatuur die overeenkomt met 6000 graden, de temperatuur van het zonneoppervlak of de fotosfeer van de zon. In feite kunnen we de zon natuurlijk ook zien als de ons meest nabije ster en weten we er daarom veel vanaf. Het zonlicht geeft de aarde kleur. Wanneer de zon opkomt of ondergaat heeft alles een ongedefiniëerde
grijzige kleur, maar in het volle zonlicht zien we een pracht aan diepe kleuren te voorschijn komen.
Een op aarde zeldzaam waarneembaar prachtig en indrukwekkend astronomisch verschijnsel is de totale zonsverduistering (eclips). Wanneer dit plaats vindt wordt het enkele minuten bijna donker op het deel van de aarde waar de verduistering zich voordoet en treedt er een verandering van atmosfeer op die diepe indruk maakt op mensen en ook in de dierenwereld een stilte doet vallen. Een zeer frappant feit is niet alleen dat in dit korte tijdvak de maan precies tussen de zon en de aarde in staat - op een lijn dus -, maar nog meer dat de maanschijf niet toevallig even groot is als de zonneschijf en haar precies en volledig bedekt, waardoor de zonnecorona, de kroon van vlammen om de zon, zeer duidelijk waarneembaar wordt. Vaker komt een gedeeltelijke verduistering voor die op zich ook al indrukwekkend genoemd kan worden. Men heeft vastgesteld dat de zonnecorona, ook aangeduid als zonneatmosfeer, om onbekende redenen een temperatuur heeft van ca. een miljoen graden en ook veel groter is dan de zon zelf. De deeltjes, in de vorm van protonen en elektronen, die de corona ontsnappen, vormt o.a de z.g. zonnewind. Wanneer deze deeltjes de buitenste lagen van onze aardse atmosfeer treffen, dan zien wij dat aan het poollicht dat, vooral aan de noordpool als noorderlicht, maar dus eveneens aan de zuidpool, voor schitterende lichteffekten kan zorgen. Bijv. golvende wapperende gordijnen in diverse kleuren hangen dan vanuit de hemel omlaag. Het radioverkeer kan er ook wel eens flink onhandig last van hebben, omdat het sterke storingen veroorzaakt.
De zon is een enorme gasbol met een diameter van 1.420.000 of tewel bijna een half miljoen kilometer en haar massa is evengroot als 330.000 aardbollen. Zij draait juist als de aarde om haar as, maar dan in ongeveer 26,8 dagen. Dit kunnen we onder meer vaststellen aan de hand van een ander bekend zonnefenomeen dat wordt gevormd door de zgn. zonnevlekken, die om dat aantal dagen weer opduiken aan de linkerkant van de zon en na verloop van tijd aan de rechterzijde weer verdwijnen. Het aantal zonnevlekken neemt nl. toe en weer af in een cyclus van ongeveer elf jaar. Door bepaalde maatregelen te treffen kan men het oppervlak van de zon observeren en het aantal zonnevlekken tellen. De vlekken kunnen kleiner of groter zijn, en worden veroorzaakt door plekken in de fotosfeer met de lagere temperatuur van 4500 graden i.p.v. de gewone 6000 graden. In 2012 moet er weer een verhoogde zonnevlekkenperiode aankomen, want rond 2000 was de laatste top. Op die tijden vinden er als het ware explosies plaats op de zon die geladen deeltjes de ruimte in sturen. Ook die geven aanleiding tot de vorming van poollicht dat tot soms tot ver naar het zuiden toe te zien valt. De sneeuw- en ijsomstandigheden die we op veel schilderijen van vroeger tegenkomen is in feite niet puur toevallig. Vanaf het begin van de tweede helft van de 17e eeuw tot in de 18e eeuw toe deed er zich een kleine ijstijd voor, die men wel het Maunder minimum noemt. In die tijd waren er, naar men zegt, ook weinig zonnevlakken waar te nemen. Zo te zien heeft de zon dus inderdaad invloed op onze klimatologische omstandigheden, hoewel dat moeilijk definitief lijkt te duiden op een natuurlijke periode van opwarming. Ook cycli van duizenden jaren die de aarde een fractie dichter bij de zon brengen, of omgekeerd, schijnen geen ernstige bedrijging voor het klimaat en het milieu te vormen. Bekijk de zon en zonnevlekken altijd met beschermde ogen, zoals een 'specifieke' zonnebril!
Afstand meet men in de ruimte in lichtjaren, de afstand die het licht in een jaar aflegt. De afstand tot de eerste ster voorbij de zon, Alpha Centauri, bijv. is 4,3 lichtjaar. De afstand tot het meest verwijderde zichtbare object in het universum is al op voorbij de tien miljard lichtjaar vastgesteld, een tijdspanne die reikt naar de tijd van het ontstaan van ons universum. Het is fenomenaal en haast onvoorstelbaar hoe we, vanaf het kleine en welhaast onooglijk nietig bolvormig blauwig voorwerpstipje dat de aarde slechts voorstelt in de kolossale kosmos, met behulp van instrumenten zo ver in het op het oog bijna oneindige grote universum kunnen kijken. Dit is mede ter danken aan de plaats die de zon in de Melkweg heeft, een leefbare zone ver weg van wolken ruimtestof die het zicht zouden kunnen belemmeren.
Zoals boven aangestipt, is de zon een lang levende ster met een levensduur van ca. 9 miljard jaar. De helft ervan zit er reeds op. En wat, zult u zich afvragen, overkomt de bewoners van de aarde straks, tegen de tijd - en zelfs al veel eerder - dat de zon uiteindelijk zal zijn opgebrand? Het enige wat daarover valt op te merken is: dan zal er een groots wonder plaats vinden.
WE ZIJN ER DIKWIJLS TOE geneigd om over haar heen te kijken, onze eigen aarde, vanuit de ruimte gezien als een stralend blauwe edelsteen tegen een gitszwarte achtergrond. Astronomen hebben waargenomen dat het tehuis van de mens maar een heel klein stipje is in een welhaast grenzeloos universum. En als enige bevat ze omstandigheden die ideaal zijn om niet alleen leven, maar zelfs zeer complexe levenvormen huisvesting te bieden. Het lijkt er onmiskenbaar op dat ze daartoe specifiek in werd gericht. Zou dit wellicht een redelijke conclusie kunnen zijn, wanneer we het in feite bovennatuurlijke wonder dat het magistrale voorwerp aarde blijkt te zijn, eens wat nauwkeuriger bekijken.
De aarde is, na Mercurius en Venus, de derde planeet in het zonnestelsel. Haar uiterlijk is vrijwel bolvormig, aan de noord- en zuidpool iets afgeplat waardoor haar omtrek over de polen 43 km kleiner is dan gemeten over de evenaar. En drie vijfde van het aardoppervlakt wordt door water in de vorm van oceanen en zeeën bedekt. De doorsnede van de aarde bedraagt 13.000 km., maar de harde uit losse schollen - ook tektonische platen genoemd - bestaande aardkorst is naar verhouding buitengewoon dun, slechts acht tot dertig km. onder respectievelijk de zeeën en de bergen. Onder deze korst treffen we in het binnenste van de aarde roodgloeiend vloeibaar magna aan, dat zich zo af en toe via vulkaanmonden een weg naar de oppervlakte baant en via vulkaanuitbarstingen voor erupties zorgt.
Het welhaast grenzeloze universum is in feite gortdroog, zeggen astronomen. Er is tot in de uiteinden ervan (vrijwel) nergens water te vinden, op wat ijsvorming en waterdamp na hier en daar. Daaarom is de kleddernatte planeet Aarde een uitzonderlijke gewaarwording, want haar opppervlakte wordt gekenmerkt door welhaast overvolle plassen in enorme waterbekkens die we als oceanen aanduiden. Miljoenen vierkante en kubieke kilometers water tot op diepten van wel 11 kilometer maken de Aarde een waarlijk uniek universeel verschijnsel en door deze ideale omstandigheden mede levensvatbaar. Dit is elders in het universum niet mogelijk, want leven blijkt gebonden aan de wonderbaarlijke en deels nog onbegrepen vloeistof water. Maar al het leven op Aarde heeft zoet water nodig, doch dat kwam er ook aan. Het zoute water van de oceanen verdampt en de gereinigde neerslag ervan als regen, ijs en sneeuw levert zoet drinkwater op, hetgeen we de waterkringloop noemen. Daarop is het ongelooflijk schitterende leven op aarde geënt.
Tijdens het ontstaan van het zonnestelsel ontwikkelde zich de aardbol als derde planeet in het zonnestelsel uit ruimtestof en gassen, waarbij de zwaardere elementen het binnenste ervan gingen uitmaken. Hiertoe behoorde merendeels ijzer. Dit is als - deels vloeibare, deels vaste - kern voor het magnetisch veld dat de aarde typeert gaan dienen, waardoor een kompas langs de lijnen van het aardmagnetisme altijd naar het noorden wijst. De as van dit magnetische veld valt vrijwel samen met de rotatie-as van de aarde, zodat de positie van de geografische noordpool nauw overeenkomt met de magnetische noordpool. Maar doordat ze niet samenvallen, moet er vooral meer naar de noordpool toe een lichte correctie worden uitgevoerd. Dit geldt natuurlijk ook voor de beide typen zuidpolen.
Waar komt dit magnetisme nu zo ineens vandaan? Deze is het gevolg van de opbouw van de aardbol. Wij leven op de naar verhouding zeer dunne aardkorst die rust op de duizenden kms. dikke aardmantel. Hier weer onder bevindt zich de aardkern die is opgebouwd uit twee lagen, de vaste binnenkern en de vloeibare buitenkern. Beide bestaan hoofdzakelijk uit ijzer en wat nikkel. Doordat de buitenkern door de draaiing van de aarde om de binnenkern wentelt, vormt dit systeem een soort dynamo dat een elektrisch veld opwekt dat weer verantwoordelijk is voor het aardmagnetisme. Deze exclusieve eigenschap kent alleen de planeet waarop wij wonen en tot voor kort ook vaarden met behulp van een magnetisch kompas. Het aardmagnetisch veld vormt tevens een beschermend schild, de magnetosfeer. Deze vangt kosmische stralen af en de gevaarlijke invloeden van zonnewind.
Op onze planeet rust als een zachte deken een naar verhouding dun laagje atmosfeer dat voor twintig procent uit zuurstof en tachtig procent uit stikstof bestaat. In deze verhouding zijn deze ieder op zich voor ons giftige gassen ineens gebruiksvriendelijk geworden en bepalen ze onze leefomgeving of habitat. De
grens van de atmosfeer, die naar buiten toe, dus naar mate we hoger komen, ijler en ijler wordt, legt men over het algemeen op een hoogte van maximaal tachtig km. Dat ons firmament zich blauw boven ons voordoet komt door lichtbreking. Het zonlicht bestaat in feite uit zeven hoofdkleuren, rood, oranje, geel, groen, paars, blauw (indigo) en violet. Zes ervan worden er in onze atmosfeer verstrooid, maar blauw vrijwel niet, zodat deze kleur de overhand krijgt en de meeste indruk op ons maakt. Dat fraaie zonsondergangen rood getint zijn, komt omdat deze kleur zich het makkelijkst door een dikkere atmosfeer verplaatst, wat bij zonsondergang vanuit ons standpunt uit bezien het geval is.
Van de door de zon uitgestraalde immense hoeveelheid energie ontvangt de aarde slechts een veertig miljardste deel. Toch blijkt dat ruim voldoende om wind en golven hun kracht te verlenen, de waterkringloop en zeestromingen in gang te houden en rivieren te laten stromen, terwijl het ook heeft voorzien in de energie opgeslagen in hout, kolen en olie in de aardbodem.
De aardatmosfeer dient niet slechts om het leven in stand te houden, maar dient tevens als een schild. Zij beschermt ons tegen inslaande meteorieten, doordat deze reeds hoog in de atmosfeer verbranden door wrijvingshitte. Wij kunnen dat gadeslaan wanneer we 's nachts aan de hemel vallende sterren zien oplichten. Een tweede schild is de ozonlaag die beschermt tegen een teveel aan ultraviolette straling. Deze laag bestaat uit ozongas en bevindt zich boven in de dampkring op een hoogte van twintig tot veertig km. in de z.g. stratosfeer waar de temperatuur tot op tachtig graden onder nul gezakt is. Ozon is een vorm van zuurstof en ruikt heel fris in een dunne concentratie. Na een onweersbui, wanneer de bliksem nieuwe ozon heeft aangemaakt, hangt die verfrissende geur vaak in de lucht.
De aarde spoedt zich in een welhaast onwaarachtige centrische baan rond de zon met een snelheid van 30 km. per seconde ofwel ruim 100.000 km per uur. De excentriciteit van de aardbaan bedraagt slechts 5 mjn. km. (1/60.000.000 van de diameter, nauwelijks als ellipsvormig aan te duiden), waarbij zij op 3 februari het meest nabij en op 7 juli het verst van de zon staat. Door de scheve stand van de aardas, die 23,45 graad gekanteld is ten opzichte van haar baanvlak in de ecliptica, worden de afwisselende schitterende jaargetijden mogelijk. De draaiing van de aarde om zijn as in vierentwintig uur draagt er niet alleen zorg voor dat dag en nacht elkaar opvolgen, maar ook dat er overal een gemiddeld vriendelijke temperatuur van 15 graden (in Nederland ca. 11°) celcius heerst. Ongemerkt reist iemand die in een stad op de evenaar woont door de draaiing van de aarde om haar as met de enorme snelheid van 1700 km per uur in het rond door de kosmos. Bedenk hierbij ook nog eens dat de aarde om de zon draait en de zon rond het middelpunt van de melkweg, en de melkweg zich ook weer met een zeer snelle spoed door het universum voortplant, waarna we er vervolgens achter komen welk een bijzonder ingewikkelde baan de aarde eigenlijk in het universum beschrijft. En merkt u daar iets van? Maar het is wel zo.
De aardas - de denkbare lijn die in de aarde de zuidpool met de noordpool verbindt - ligt niet onbeweeglijk verankerd in de kosmos. Ze beschrijft in de ruimte een kegelvormige beweging (de precessie) die lijkt op die van een priktol. De onderste punt blijft op zijn plaats, maar het centrum van de bovenkant, de top van de priktolas, beweegt in een cirkelbaan. Dit doet de aardas ook, alleen om één cirkel af te maken heeft de aardas 25800 jaar nodig. Dit betekent onder meer dat het verlengde van de as van de aarde in de loop der tijd zich door meerdere sterrenbeelden heen beweegt. Op dit moment wijst de aardas in het verlengde ongeveer naar de Poolster, maar, zal duidelijk zijn, dit gaat in de toekomst veranderen. Daarnaast kent de aardas nog enkele minder opvallende bewegingen.
Dat een mogelijke natuurlijke opwarming van de aarde bezig is zich voor te doen, lijkt waarschijnlijk. De invloed van het menselijk gedrag hierop is op zich vrij gering, maar de aantasting van de biosfeer en de atmosfeer in zijn totaliteit door onverantwoord menselijk gedrag i.v.m. bijv. gestelde economische prioriteiten is zonder meer zeer afkeurenswaardig. Er zijn meer ijstijden geweest waarvan het ijs er bijv. voor heeft gezorgd dat er tot in Drente toe zwerfkeien zijn te vinden die later door de hunnebedbouwers werden gebruikt. En daar tussen in waren er warmere tijden, gezien het vinden van palmbomen in o.a. Groenland. Die warmte laat nog op zich wachten, zodat wij het niet mee zullen maken, want die klimaatsveranderingen nemen eeuwen om zich te ontwikkelen.
Soms kan een ingezette ontwikkeling zich versterken. Wanneer het op aarde warmer wordt neemt het ijsoppervlak aan de polen af. Het daarvoor in de plaats komende wateroppervlak neemt meer warmte op - een wit oppervlak kaatst meer warmtestraling terug - hetgeen resulteert in een weer toegenomen aardtemperatuur. Tevens neemt de watermassa daardoor toe en neemt water meer ruimte in dan ijs, waardoor een snellere dan verwachte verhoging van de zeespiegel verklaarbaar is. Dit laatste speelt vooral aan de noordpool een rol, omdat zich daar uitsluitend drijfijs heeft gevormd, terwijl op Groendland en het zuidpoolcontinent merendeels landijs wordt aangetroffen.
Hoeveel water is er wel niet op aarde? Dat is heel veel, zoals de volgende illustratie duidelijk maakt. In het geval dat er geen bergenvorming zou zijn en de landmassa geëgaliseerd is en glad, dan zou er over het gehele aardoppervlak een waterlaag van vier km. dik kunnen worden gemeten. De ene grote oceaan die er dan zou bestaan - waaronder een onwaarneembare aarde - is gewoon overal 4000 meter diep. Onvoorstelbaar en weer een reden om blij te zijn dat er ook bergmassieven te ontwaren zijn.
Waar mensen echter van afhankelijk zijn is zoet water. Dit neemt wat verkrijgbaarheid betreft steeds meer af. Was het Tsjaadmeer zoetwaterbekken in de jaren zestig nog duidelijk zichtbaar voor kosmonauten, in 2008 is het nog maar nauwelijks waarneembaar. Het water in de toevoerrivieren wordt eerder afgetapt dan dat het het meer kan bereiken. De Coloradorivier in Amerika wordt reeds dermate ontwaterd dat er geen druppel meer de oceaan, waarin deze plachtte uit te monden, bereikt. Mensen en industrie hebben steeds meer zoet water nodig. Van al het water op aarde is ca. 97,5% zout, wat dus 2,5% zoet water overlaat. Daarvan ligt 99% opgeslagen in ijs of is ondergronds opgeslagen. Dus 7 miljard mensen, plus het overige leven op de planeet, hebben de beschikking over slechts 1% van het aanwezige consumeerbare water. Dit betekent dat er niet verkwistend, maar zeer verantwoord met zoet water dient te worden omgegaan.
De omloop van de aarde om de zon heeft vanaf het begin mensen ertoe bewogen een tijdsindeling op te stellen. Wanneer zij één omloop heeft volbracht is er een jaar voorbij en heeft ze in haar baan meer dan duizend miljoen km. afgelegd. De aarde heeft daar dan bij benadering 365 1/4 dagen over gedaan. Dit noemt men het zonnejaar. Ook werd het jaar onderverdeeld in maanden, over het algemeen twaalf maanmaanden van 30 of 31 dagen - met om de vier jaar een schrikkeljaar met niet 28 maar 29 dagen in februari, zoals febr. 2008 - naar gelang het tijdstip waarop steeds de nieuwe maan verschijnt. Het maanjaar duurt 354 dagen en telt dus 11 1/4 dagen minder dan het zonnejaar.
Het preciese zonnejaar duurt echter 365 dagen, 5 uur, 48 minuten en 46 seconden en geeft daardoor een afwijking van 1 honderdste dag per jaar te zien. Maar in 1582 was de afwijking van deze Juliaanse kalender met de werkelijkheid zelfs opgelopen tot 10 dagen en men vond het tijd worden voor een correctie, een (nieuwe) iets nauwkeuriger kalender. Op deze nieuwe Gregoriaanse kalender liet men de datums 5 oktober t/m 14 oktober vervallen. Van 4 oktober 1582 stapte men dus meteen over naar 15 oktober 1582. De een voelde zich hierdoor bevoordeeld, maar sommigen voelden zich ook benadeeld. Met nog een paar nieuwe afspraken samen vormde het echter wel een kalender die goed synchroon loopt met het echte zonnejaar. Het duurde daarentegen tot 1918 en 1929 voor ook Rusland en China deze kalender aanvaardden. Trouwens, pas in de zesde eeuw werd er een begin mee gemaakt een jaartelling op te zetten zoals wij die nu kennen. Daarvoor hield men vaak vast aan het optellen van regeringsperioden van vorsten en dergelijke. Er is dus zeer veel gebeurd voor we precies konden weten hoe laat het is en waar we eigenlijk leven op de tijdlijn.
Er is heel veel energie voor nodig om de aarde te kunnen verlaten. Niet voor niets heeft men enorme en krachtige raketten moeten bouwen om mensen naar de maan te brengen. De oorzaak is het zwaartekrachtveld van de aarde, de kracht die ons aan haar oppervlakte gebonden houdt. Wanneer we een balletje opgooien, weten we dat het weer omlaag zal komen. Maar hoe snel moeten we het omhoog gooien opdat het niet meer terug komt, maar in de ruimte verdwijnt? In dat geval moet het een snelheid hebben die boven de z.g. ontsnappingssnelheid ligt die 11 km. per seconde bedraagt. Daarom heeft men zulke enorme raketten moeten bouwen, krachtig genoeg en met voldoende brandstof bij zich om een snelheid te bereiken die boven de aardse ontsnappingssnelheid uitkwam.
Soms worden de planeten Mars en Venus, waar de aarde tussenin staat, als de aardachtigen gekenmerkt. Ze lijken veel meer dan de andere planeten enigszins op de aarde met zijn korst, reden waarom men heeft gedacht dat daar mogelijk ook leven tot bestaan heeft kunnen komen. Het is echter gebleken dat onze planeet met al zijn levensvormen hét wonder van het universum is. Met haar vergeleken blijkt de rest van de kosmos minder dan een desolate, levenloze woestijn. Ook hierin is onze thuisplaneet aarde dus opnieuw een uniciteit.
HET IS NOG niet eens nodig ver de ruimte in te gaan om iets aparts waar te nemen, zoals bijv. de schijngestalten van de maan, de natuurlijke satelliet van onze planeet. Het maanstof blijkt van een glasachtige samenstelling te zijn, hetgeen de reden is dat het maanoppervlak zonlicht weerkaatst - en dan 's nachts licht geeft. Vanaf een klein sikkeltje kunnen we de maan iedere dag zien groeien tot hij helemaal vol is en met 3500 km. doorsnede helder aan de hemel staat. De afstand van de aarde tot de maan bedraagt 385.000 km. waar deze enige natuurlijke satelliet van de aarde in een vrijwel cirkelvormige baan met een snelheid van 3600 km. per uur rond onze planeet beweegt. Als u op verschillende dagen, of zelfs maanden, naar de maan zoudt kijken, dan moet het u opvallen dat het vlekkenpatroon ervan, veroorzaakt door de bergen en dalen aan het maanoppervlak, niet verandert. De maan keert dus altijd dezelfde zijde naar de aarde.
Om dit te kunnen realiseren moet de maan om zijn as draaien en dit in de zelfde tijd van 27
dagen en zeven uur waarin zij precies een baan om de aarde voltooit. Jaar in, jaar uit wentelt hij in een aardomgang nauwkeurig één keer om zijn as, zodat wij nooit in staat zijn om de achterkant ervan waar te nemen. Bovendien moet de maan-as haaks staan op het baanvlak, omdat wij anders over de polen van de maan heen iets van de achterzijde zouden kunnen zien.
We hebben het in de kosmologie naast massa over gewicht. Deze zijn onderscheiden, wat aan de hand van het volgende voorbeeld duidelijk wordt. Wanneer we van de aarde een gewicht van zes kilo naar de maan zouden brengen, dan blijkt deze daar nog maar één kilo te wegen. Het is echter wel dezelfde hoeveelheid massa. Dit wordt veroorzaakt door het feit dat de gravitatie van de maan slechts een zesde bedraagt van die van de aarde. Desondanks draagt de massa van de maan er zorg voor dat de schuine stand van de aardas in het zonnestelsel te stabiliseren. Hierdoor zullen zomer en winter voor eeuwig worden gewaarborgt en steeds weer op dezelfde tijd beginnen. Daarnaast kan op deze wijze de gemiddelde temperatuur op aarde een voor het leven zo belangrijk gelijkmatig evenwicht in stand houden.
Behalve als hemellicht in de nacht, vormt de naar verhouding grote maan in samenwerking met de aarde een unieke balans. De zwaartekrachten van beide zorgen ervoor dat de aarde in haar baan rond de zon stevig in positie wordt gehouden en de aardas vrijwel geen schommelingen vertoont t.o.v. haar baanvlak. Het vlak van de baan rond de aarde wijkt slechts 5% af van de ecliptica, waardoor er redelijk veel kansen op zons- en maansverduisteringen zijn. De zwaartekracht van de maan is er mede de oorzaak van dat er zich op aarde de getijden eb en vloed voordoen. De zwaartekracht van de maan trekt aan de watermassa op het aardoppervlak direct onder haar, waar het dan uitpuilt en het vloed wordt. Precies aan de tegenovergestelde zijde van de aarde is het getij nu ook vloed, want daar laat zich de gravitatie van de maan het minst voelen. Deze vloedbergen van zeewater verplaatsen zich dus over het aardoppervlak naar gelang de maan zich rond de aarde beweegt. Ze zijn bovendien van invloed op zeestromingen die op hun beurt mede weersveranderingen veroorzaken, terwijl deze toch aan een stabiele temperatuur meewerken. De invloed van de zon op de getijden is minder sprekend.
En wat te denken van een zonsverduistering? De maan is precies zo groot dat hij, over de zon schuivend, deze precies bedekt. Op die zeldzame momenten wordt de zonnekrans of corona zichtbaar zodat er meer over de straling van de zon ontdekt kan worden.
GAAN WE DIEP de ruimte in dan kunnen we stuiten op, wat wetenschappers noemen, de zwarte gaten. Ze vormen dé fysieke kosmologische ontdekking van de twintigste eeuw (een eeuw, trouwens, die qua technologische en wetenschappelijke ontwikkelingen zijn weerga in de menselijke geschiedenis niet kent; wel ontluikte in de 17e eeuw reeds het idee van een zwart gat). Een zwart gat is een objekt dat er moet zijn, maar het kan niet worden 'gezien'. Vandaar de naam zwart gat, want er straalt geen licht vanaf. Toch moet er zich daar een objekt bevinden, omdat de omgeving van de ruimte rond het object dit aannemelijk maakt. Deze ondergaat de effecten van de aanwezigheid ervan, waardoor een zwart gat lijkt op een werkelijkheid die niet kan worden gezien. Er heerst onder wetenschappers echter nog wel iets van scepsis door onverklaarbare theoretische feiten en onzekerheden rond het bestaan ervan, waardoor sommigen nog niet ten volle van het bestaan van dit fenomeen in de huidige betekenis ervan zijn overtuigd. Ze zijn wel in de theorie van Einstein (dé fysicus van de 20e eeuw, Time Magazine) ingebed, maar nog niet in de theoriën van alle kosmologen.
Een zwart gat ontstaat wanneer de resterende materie van een (neutronen)ster zich zo gigantisch dicht opeen gaat pakken dat er zich een immens krachtig zwaartekrachtveld ontwikkelt. De sterkte hiervan is dermate groot dat zelfs het licht, dat gravitatiegevoelig is, naar binnen wordt gebogen, waardoor het niet naar buiten uitstraalt en er zodoende een niet direct - maar dus wel indirect - waarneembaar object ontstaat. Omdat dit onzichtbare zwaar gravitatische object de naaste omgeving merkbaar beïnvloedt en zelfs complete sterren uit die omgeving kan opzuigen, neemt men aan dat er zich daar een proces voltrekt zoals hier beschreven. Opvallend hierbij is, dat gravitatie wél maar licht niet aan een zwart gat kan ontsnappen. Dit duidt erop dat gravitatie een kracht is van een andere orde dan de elektromagnetische die aan licht ten grondslag ligt.
Bij veel zwarte gaten treffen we dikwijls andere objecten in de buurt aan. Waar we op doelen zijn sterren of gaswolken die zich gedragen alsof er een grote, maar onzichtbare massa in de buurt is. Een zwart gat kan de materie van een nabije ster simpelweg opzuigen. Deze gedragingen duiden op een gravitatieveld van een object dat we niet kunnen waarnemen. Dat zou gewoon een zwart gat kunnen zijn. Het zuigt door zijn enorme zwaartekrachtveld alle materie uit de omgeving, zelfs van sterren, naar zich toe. Daarnaast kan een zwart gat hetzelfde lenseffect oproepen bij een ster als de zon dat veroorzaakt, zoals we dat reeds aanhaalden: het licht van een ster wordt duidelijk afgebogen door een onzichtbaar gravitatieveld, hetgeen opnieuw op een zwart gat kan duiden. Dit noemt men ook wel het zwaartekrachtlens-effect. Op deze wijze worden via indirecte waarnemingen vermoedens bevestigd. Zwarte gaten vereisen, volgens de algemene relativiteitstheorie, een inerte vervormde ruimte-tijd en de indrukwekkende verschijnselen via hun omgeving ontstaan door vervorming van ruimte en tijd rondom hen om redenen zoals hier besproken.
De uiteindelijke bestemming van deze onzichtbare, maar toch fysieke objecten, naar men heeft beredeneerd, treffen we aan in de vorm van een singulariteit: alles bestaat uit niets. Wel, is dit waar?
NAAR HET ZICH laat aanzien vertegenwoordigt een van de grootste voortbrengselen van de twintigste eeuw het kosmologisch fenomeen singulariteit. Door berekeningen, en aan de hand van waarnemingen, is men tot een veronderstelling gekomen die ertoe leidt aan te nemen dat
er in het universum ruimtetijd-punten tot bestaan zijn gekomen die een 'oneindig klein volume paren aan een oneindig grote massa'. In zo'n punt verliezen de wetten die in het universum gewoonlijk van kracht zijn hun geldigheid. En dit fenomeen heeft wetenschappers er weer toe bewogen de veronderstelling te uiten dat ons universum ooit uit zo'n singulariteit is geboren. Want, veronderstelt men, vanuit de huidige situatie terug redenerend in de tijd geeft aan dat ons universum een begintijdstip en een overeenkomend beginpunt moet hebben gehad. Dat singulariteiten misschien een natuurkundig fenomeen vormen die meer een wens tot uiting brengt dan een reëel fysische grootheid te vormen, is beslist nog denkbaar. Dit gaat eveneens op voor het idee, en de waarnemingen, die ertoe leiden een singulariteit te veronderstellen niet alleen in het centrum van het Melkwegstelsel, maar in de centra van alle sterrenstelsels.
Welke theorieën hebben ertoe geleid een onzichtbaar en natuurkundig niet te rijmen object tot zo'n groot onderwerp in het kosmologisch denken te maken? Het wordt bijv. voorspeld door de algemene relativiteitstheorie van prof. Einstein. In het centrum van een zwart gat vormt zich een singulariteit, een plaats waar de kromming van de ruimte-tijd oneindig wordt en de zwaartekracht oneindig sterk wordt. Deze twee effecten hangen samen, zwaartekracht kromt immers de ruimte-tijd. Maar oneindig is nog steeds een verfoeilijk begrip in de kosmologie, omdat daar niet mee is te redeneren. Vandaar dat singulariteiten weliswaar interessante aspecten bieden, maar eveneens nog wat nader betoog benodigen.
Een betere redenering lijkt aan te tonen dat een zwart gat eenvoudigweg oplost. Nou ja, wat gaan we nu weer krijgen? Inderdaad, fysisch gezien kan een zwart gat oplossen in de ruimte (maar goed ook). De natuurkundige Stephen Hawking heeft - reeds enkele decennia geleden - de Hawkingstraling ingevoerd. Deze toont aan dat een zwart gat energie - en dus massa - kan verliezen aan de omgeving. In de loop van de tijd zal een zwart gat derhalve ophouden te bestaan. Weg singulariteit! Tevens ook weg het ontstaan van het universum uit een singulariteit. Het ontstaan van het universum, zoals deze pagina dit beschrijft, lijkt steeds meer naderbij te komen.
ALVORENS HET VOLGENDE ONDERWERP te behandelen, is het wenselijk te weten wat wij verstaan onder de uitdrukking 'het heelal' zowel als dat wat wij onderscheiden als 'het universum'. Het is nodig een onderscheid te maken tussen de betekenis van het woord heelal in een uitgebreidere zin (en door sommigen ook multiversum genoemd) en het woord universum. Het heelal is de lege ruimte waarin
het universum tot bestaan kwam, het universum drijft erin. De laatste is het volledige ruimte-tijd continuüm waarin wij bestaan, inclusief alle materie en energie die wij waarnemen en die worden omschreven als universum of kosmos. Het vertegenwoordigt de ruimte die bestaat uit materie en energie zoals die zich in de tijd hebben ontwikkeld zoals o.a. de sterren in de tal van hun stelsels.
Is het heelal leeg, als een vacuüm, of is het universum leeg en een soort vacuüm? Over de laatste is er inderdaad iets meer mede te delen. Het universum is geen vacuüm zoals wij dat er algemeen onder verstaan: luchtledig. Het is ook zelfs geen vacuüm in wetenschappelijke zin. Men heeft berekend en kunnen vaststellen dat het universum gevuld is met z.g. nulpuntsvelden, uiterst minieme energiegolfveldjes - te miniem om ons een voorstelling van te kunnen maken - met een energiedichtheid (vacuümenergie) net iets groter dan nul, zelfs bij de absolute nulpuntstemperatuur van -273,15° Celsius/0° Kelvin, hoe bizar en tegenstrijdig dit ook klinkt. Men bedoelt hiermede dat een kleiner energieveldje niet mogelijk is en er derhalve niet een energie nul kan bestaan, zelfs niet bij het genoemde absolute nulpunt, omdat aan materie tot en met het absolute nulpunt altijd een restenergie hangt. Dit heeft zomaar meer konsekwenties dan u hier even kan worden uitgelegd.
Deze intrinsieke vacuümenergie is een wezenseigen kenmerk van het universum en geeft er op steeds gelijke wijze haar diverse eigenschappen aan waaronder de elektrische en magnetische. Energiegolfjes groter dan die van het nulpunt - vrijwel alle straling zoals radio en licht - kunnen erop door de ruimte reizen (kleinere zouden er door worden geabsorbeerd en komen we dan ook niet tegen). Dit verklaart eigenlijk ook waarom licht zich als een elektromagnetische straling door een ogenschijnlijk lege ruime als het universum kan voortplanten. Waar men nog niet achter is, is de waarde van de vacuümenergie, noch van de omvang van het erbij behorende veld. Misschien komt de laatste overeen met de Planck-lengte, de allerkleinste zinnige lengte in het universum. In ieder geval, zonder nulpuntsvelden kan er geen stervorming plaats vinden noch energiegolven als licht zich verplaatsen. Tevens wordt het nu duidelijk dat de lichtsnelheid wordt beperkt en bepaald door de nulpuntsenergie.
Maar nu het heelal, de ruimte buiten het universum, dus die waarin het universum is opgenomen. Is dat wel leeg, of is daar de nulpuntsenergie mogelijkerwijs inderdaad 0 - nul dus? Fylosofisch bezien zou dat kunnen. Echter, naar ons huidige kosmologisch (dus beperkt tot de kosmos of het universum) natuurkundig inzicht moet dat een onmogelijkheid zijn. Het is niet irreëel te erkennen dat het universum zijn eigen wetten kent en dat alles daarbuiten, in het heelal dus, aan andere wetmatigheden onderworpen kan zijn - zoals een andere tijdwaarde en lichtsnelheid of zelfs een oneindige snelheid (waarbij Bohr dan zal opstaan uit zijn onderaardse rust) en daarom mogelijkheden kent die het universum ontbreken en waar sf-romanaandoende eigenschappen ineens wel kunnen plaats vinden. Zelfs deze uitspraak kan door sommigen reeds als sf-achtig worden ervaren, maar moet toch als realiteit worden beschouwd. Want indien de nulpuntsenergie buiten het universum, in het heelal dus, bijv. sterk negatief afwijkt van die binnen het universum, dan verandert de lichtsnelheid en wel tot een ongekend hoge mate zeggen de huidige wetten van de fysica. Wie weet kunnen we ooit nog eens buiten het universum spieken om dat waar te nemen.
Het is aannemelijk, we zijn enigszins geïnformeerd, dat ons universum wel het enige is dat er in het heelal zal worden aangroffen. Jammer voor de groep snaarjongens, maar helaas, men kan niet alles tegelijk hebben.
De zon is gewoon een (buitengewone) ster. Deze is in onze Melkweg een lang levende ster waaromheen zich op wonderbaarlijke wijze een waarlijk uniek planetenstelsel heeft ontwikkeld waarvan de aarde deel uitmaakt. Het melkwegstelsel is opgebouwd uit een honderd miljard sterren en vertegenwoordigt slechts één van de talrijk aangetroffen stelsels waaruit het universum is opgebouwd. Omdat in een (waaargenomen versneld) uitdijende ruimte-tijd ieder object zich noodzakelijkerwijs altijd van ons af beweegt, kunnen we ons misschien een idee vormen van de ontzagwekkende grootte van het universum, en bovendien in welke een bijna onwaarschijnlijke mate ze in omvang toeneemt. De jongste ontdekking is een stelsel dat zich in de uitdijende kosmos voortspoedt met de halve lichtsnelheid. Hoe, is nu de vraag, kwam dit universum ooit tot bestaan, en had het een beginpunt?
|
Over het ontstaan van het universum
|
top
|
WANNEER we ons in gedachten buiten het universum begeven en we er als het ware op neer kijken, dan zouden we een ontzagwekkende zwarte bol zien in een ontzagwekkend niets. Deze bol is door de kosmologische gravitatieconstante in zichzelf gekromd, zodat er geen licht uitstraalt. Als we in de oppervlakte ervan een scheurtje zouden maakten en nu door die opening naar binnen kijken, dan nemen we tientallen miljarden uit materie gevormde sterrenstelsels waar. Materie wordt gekenmerkt door de twee eigenschappen massa en zwaartekracht. Professor Albert Einstein, de man van de 20e eeuw, heeft een eeuw geleden beredeneerd welke relatie er bestaat tussen energie en materie. Hij heeft deze relatie, of omzettingsverhouding, vastgelegd in zijn beroemde natuurkundige vergelijking E=mc². De grote betekenis van deze relativiteitswet is dat alle materie die we in het universum aantreffen noodzakelijkerwijs ooit uit energie is voortgekomen (eerst misschien ook anti-materie).
Aan de basis van het universum moet volgens deze wet derhalve een onvoorstelbare hoeveelheid energie (E) ten grondslag hebben gelegen, nl. alle huidig erin aanwezige massa (m), in de vorm van materie, maal de lichtsnelheid (c) per seconde in het kwadraat (= 89.875.000.000 km., weinig materie voor veel energie derhalve: 3000 ton steenkool levert evenveel energie als de omzetting van 1 gram materie. Nu even niet vergeten dat een gram wel eens uit ruim 600 triljard atomen kan bestaan). We kunnen ons van de wording van het universum misschien een enigszins realistisch beeld oproepen door ons voor te stellen dat er op een bepaald stijdstip in het toenmalige lege heelal een paar als het ware onzichtbare maar enorme handen de ongelooflijke hoeveelheid benodigde energie bijeen balden tot een compacte oververhitte anomalie van jewelste. Deze werd vervolgens door de ontstane enorme interne druk langzamerhand geleid naar een moment waarop er zich de unieke omstandigheid voordeed die nodig was om gestalte te geven aan één stel universele en niet aan erosie onderhavige natuurwetten die de vier basiswetten omvatten waaraan materie in het universum is opgehangen, nl. de zwaartekracht, de elektro-magnetische kracht en de sterke en zwakke kernkrachten. Op dat specifieke tijdstip was er een proto-universum ontstaan (mogelijk een kwark-gluon plasma) waarin de voorwaarden aanwezig waren om de dusdanig geëvolueerde energie om te zetten 'van het energetische proto-universum in de materie en bewegingsenergie kenmerkend voor het gematerialiseerde universum' waarin ons bestaan plaats vindt.
Materie blijkt derhalve een natuurlijke vorm van geconcentreerde energie te zijn. De vrijgekomen bewegingsenergie voorzag het universum als karaktereigenschap van een ook weer uniek uitdijingscoëfficient, dat er de vier dimensies hoogte, breedte, diepte en tijd aan meegaf. Zeer opmerkelijk hierbij is dat ook de uitdijings-coefficient zo vast ligt als een rots, want wanneer haar waarde een 40 miljardste groter of kleiner zou zijn geweest, zou het universum zoals wij het nu kennen niet tot stand zijn gekomen, of zelfs helemaal geen lang levend vast omlijnd iets. Echter, door deze exacte coefficient had de kosmos vanuit een anomalie in het heelal de wonderbaarlijke gestalte gekregen die wij heden als een ruimte-tijd continuüm ervaren, dat op de huidige dag zowel wetenschappelijk als in de volksmond als het universum bekend staat.
Inmiddels zijn er sinds dat moment reeds acht tot twaalf miljard jaar aan geordende uitdijïng verstreken. Deze wordt in de hand gehouden door een opmerkelijke eigenschap van materie, nl. aantrekkingskracht. Deze universele kracht veroorzaakt dat alle materie andere materie aantrekt en het bij elkaar houdt. De mate van zwaartekracht,
of gravitatie, in het universum bepaalt mede de mate van uitdijïng, die eveneens als een zeer exacte exponentiele constante blijkt vast te liggen. Gelukkig maar vindt de universele uitdijïng of expansie zijn tegenhanger in de gravitatiekracht die juist alles bij elkaar wil houden. De zwaartekracht is het gevolg van een vervormd ruimte-tijd continuüm, wat het universum in feite is, en dat de werking van het trechtereffect kent, waardoor alle dingen naar één centraal punt worden getrokken.
In het begin van de twintigste eeuw dacht men dat er drie stadia waren waaraan de ontwikkeling van het universum kon voldoen. De steady state of 'blijvende grootte' theorie was - na aarzeling - door Einstein reeds van de hand gewezen. De 'uitdijende universum' theorie had door de waarnemingen van Hubble aan invloed gewonnen en wordt onder kosmologen nu algemeen aanvaard. Maar wat met de 'oscilating universe' theorie, die inhoudt dat het universum uitdijt en krimpt, en dat herhaaldelijk?
Er zijn niet veel aanhangers van te vinden, hoewel het een niet onlogische theorie is. Wanneer nl. de materie, die het uitdijen van de kosmos veroorzaakt, niet meer deze kracht heeft, omdat het universum er te groot voor is geworden, dan krijgt de zwaartekracht het weer voor het zeggen en krimpt het universum. Echter niet meer naar haar oorspronkelijke ontstaansoervorm, maar tot het formaat waarbij de materiekrachten verantwoordelijk voor het uidijen het opnieuw voor het zeggen krijgen. In wezen houdt dit in dat de theorie die een oscilerend universum beschrijft alsnog een grote kans maakt.
Zeer opmerkelijk zijn eveneens de preciese relaties tussen de vier universele basiskrachten tot elkaar. Die blijken zo nauwkeurig op elkaar afgestemd, dat we hun verhoudingen tot op wel veertig nullen voor de komma moeten schrijven, wil de mogelijkheid dat het huidige universum tot bestaan kon komen zich hebben voorgedaan. Deze krachten geven het universum stevigheid. Het lijkt er vooralsnog zelfs op, dat de zo exact vastliggende relaties tussen deze krachten exclusief nodig waren om vanuit een energetisch proto-universum een enig mogelijk materiële kosmos tot bestaan te brengen. Het zou derhalve niet te veel gezegd zijn, wanneer er wordt gesteld dat wij overal in het universum een intrigerend, weldoordacht en van intelligentie getuigend ontwerp ontmoeten.
Wij leren zo, mede middels observaties op kosmisch niveau, een van planmatigheid en organisatie blijk gevend universum kennen, waarvan de aarde en de hemel, zoals zon, maan en sterren, deel uitmaken. En het komt allemaal zo natuurlijk op ons over dat het doet vermoeden, zoals iemand eens opmerkte, dat 'het universum wist dat wij gingen komen'. Alle kennis die men tot nog toe heeft vergaard, kan er alleen maar toe oproepen er ontzag voor te hebben en het met respect te benaderen.
|
Zwaartekracht en het trechtereffect
|
top
|
ZWAARTEKRACHT IS EEN UNIEK verschijnsel: het is dé eigenschap van de ruimte. Het is de zwakste van de vier fundamentele krachten in het universum, maar daarentegen de meest verreikende. We theoretiseren er nog steeds over hoe deze kracht wordt overgebracht. De natuurkundigen Johannes Kepler en later Isaac Newton hebben er in de zeventiende eeuw drie voor die tijd revolutionaire wetten over opgesteld. Deze verklaren de loop der planeten in hun banen om de zon en ze gelden nog tot op de dag van vandaag. Maar verder dan het zonnestelsel konden zij toen niet kijken. Zij gingen dan ook uit van rechte lijnen die een vlak universum vormden. Wat wij nu wél kunnen constateren, is het effect van zwaartekracht of gravitatie op de ruimte, want daar oefent het invloed opuit en vervormt de lijnen, zodat er uiteindelijk een gekromde ruimte te voorschijn komt. En wel dermate gekromd, dat het oneindig lijkt in zijn eindigheid. Die eindigheid laat zich als volgt illustreren. Wanneer u door een verrekijker met oneindige sterkte recht voor u uit zoudt kijken, wat zoudt u dan uiteindelijk waarnemen? Wel, de haren aan de achterkant van uw hoofd. Dit vindt zijn oorzaak in de in zichzelf gekeerde kromming van de ruimte, waardoor deze oneindig lijkt te zijn, maar toch een eindige afmeting kent.
We zagen reeds dat deze kracht aanleiding was voor het lens-effect rond de zon en zwarte gaten. Maar hoe dit te duiden. Zwaartekracht kent als eigenschap de vervorming van de ruimte. Dit zorgt ervoor dat alle materie in dat zwaartekrachtveld naar het centrum ervan wordt getrokken, ofte wel het veroorzaakt het trechtereffect. Alles wat in een trechter komt wordt naar het midden geleid. Zo wordt ook alles dat in een gravitatieveld komt geleid naar de veroorzaker van het zwaartekrachtveld in het centrum ervan. En evenals het er bij een trechter niet toe doet wat erin wordt gegoten, vloeistof of graankorreltjes, zo doet het er bij een zwaartekrachtveld ook niet toe wat erin terecht komt. Alles in het universum ondervindt de kracht ervan. Het gravitatieveld rond een massa-object is een verstoring van de ruimte-tijd en geeft er een kromming aan die afwijkt van het omringende continuüm. Dit des te sterker naarmate we er naderbij komen. Twee maal dichterbij maakt de werking van deze kracht vier maal sterker. Het beïnvloedt alles wat het veld binnen dringt. In een zwart gat is het trechtereffect zelfs zo overdreven sterk dat het de ontsnappingssnelheid van het licht in toom houdt. Op deze wijze is het duidelijk dat zwaaartekracht niet alleen de planeten en kometen in hun banen houdt, maar zelfs op fotonen inwerkt, de niet stoffelijk dragers van de elektro-magnetische kracht. Fotonen zelf kunnen het trechtereffect dus niet vertonen. Licht is het smalle gedeelte van het elektro-manetisch stralingsspectrum waar ons oog gevoelig voor is. Maar het gehele spectrum ondervindt de werking van gravitatie, zodat het trechtereffect op alle fysische verschijnselen van toepassing is.
Zoals boven vermeld, wordt gravitatie of zwaartekracht algemeen aangeduid als een eigenschap van materie of massa. Maar is dat wel zo?
Theoretisch lijkt dat wel te klopppen, maar het kan wetenschappelijk ook anders worden uitgelegd. Gravitatie zou niet een eigenschap van materie behoeven te zijn, maar van het universum. Daarom kon Einstein er niet in slagen dit veld in zijn relativiteitstheorie onder te brengen. Evenals het universum uitdijdt en de sterrenclusters met zich meevoert.
Naast de vier dimenties kan de kosmos tevens haar aparte eigenschappen aankleven, zoals de snelheid van het licht (c) die absoluut is. Daarnaast kan een ervan gravitatie zijn, een universeel krachtveld dat nodig is om het universum evenwichtig in stand te houden en uit te breiden. Wanneer iets als materie - dat in wezen een gecomprimeerde vorm van energie is volgens de relativiteitstheorie - in dit krachtveld een verstoring veroorzaakt, zal dit veld naar evenwicht zoeken en de verstorende elementen beïnvloeden. Massa's gaan elkaars aanwezigheid voelen, doordat ze het universele krachtveld, dat we gravitatie noemen, verstoren.
Een andere typische nog theoretische kosmologische kracht is de expancomp (x), de expansie-compensatiecomponent. Later wordt deze teruggevonden door anderen die het symbool /\ ervoor bedachten. Deze kracht voelt als het ware of het universum nog kan uitdijen, of dat het aan krimpen toe is. Expanderen en krimpen kunnen door de expancompkracht niet ongeremd plaats vinden, zodat het universum altijd in stand blijft, met een maximale grootte en een minimale omvang. Dit komt derhalve overeen met een van de drie - of eigenlijk twee, want de steady state vergeten we maar - universele theorieën over het gedrag van het universum.
Intussen zijn we aardig wat meer te weten gekomen over de oorzaak van de uitdijing van het universum. Het is niet alleen de zwaartekracht die meester is over de kosmos. We zijn inmiddels gestoten op een min of meer mysterieuze kracht die de oorzaak schijnt te zijn van de toenemende snelheid waarmee de kosmos uitdijt. Deze wordt vandaag toegeschreven aan de enorme hoeveelheid 'donkere energie' die in het universum gehuisvest moet zijn. Deze vertoont een anti-gravitatie of anti-trechtereffect in een mate die onze de kosmos uit elkaar rijt. Waarnemingen wijzen er duidelijk op, maar deze duistere kracht is nog niet waargenomen of gemeten.
Het komt erop neer, dat alleen de excompkracht beide in de tang heeft en gaat bepalen 'tot hier en niet verder uitdijen', en vervolgens 'tot hier toe en niet verder inkrimpen'. Dit houdt het universum voor eeuwig in stand. Maar we zoeken naar meer, omdat we het onzichtbare zichtbaar willen maken.
ÉÉN VAN DE moeilijkst te doorgronden verschijnselen in de fisica wordt gevormd door het begrip tijd. Want wat is tijd? Heeft tijd altijd bestaan? En hoe en wanneer is tijd begonnen? Kunnen we spreken van dé tijd? Vragen die velen bezighouden, maar waarop duidelijke antwoorden niet altijd direct kunnen worden gegeven. Het lijkt erop dat wetenschappers de antwoorden ook aan filosofen willen overlaten, maar zelf tijd bezien als puur een gegeven. Toch zijn er wel enige algemene opmerkingen over te maken.
We hebben reeds aandacht geschonken aan het ontstaan van het universum in de vorm van een ruimte-tijd verschijnsel. Daarbij kwam naar voren dat dit ontstaan ogenschijnlijk niet voortkwam uit een ontstaanspunt, omdat het proto-universum zelf reeds omvang had. Er is een moment geweest dat de er in aanwezige energie zich omzette in materie, die ook bewegingsenergie meekreeg en het uitdijend karakter van het universum gestalte gaf. Op dat moment begonnen lengte, breedte en hoogte vorm te geven aan het universum en begon de tijd te tikken.
In feite geeft tijd dimensie aan zowel lengte, als breedte en hoogte. Kortom, het universum kent vier dimensies, waarvan tijd er één is. Daarom kunnen we binnen ons universum spreken over dé tijd. Een wereld zonder tijd zouden we ons niet voor kunnen stellen. Maar dat tijd een andere belevingservaring zou opleveren buiten onze kosmos is niet helemaal ondenkbaar. Dé tijd, zoals wij die kennen en ervaren, is een unieke eigenschap kennelijk exclusief gebonden aan ons universum.
Omdat we niet even een kilootje licht of kilootje tijd kunnen bestellen, maakt dit het onderzoek aan deze natuurkundige verschijnselen er niet eenvoudiger op. We kunnen niet even een stukje licht of een beetje tijd onder de microscoop leggen om het aan een nader onderzoek te onderwerpen of eraan te meten. Dat we de tijd afmeten in dagreizen, maanmaanden, seconden, minuten, enz., tot lichtjaren toe, betekent niet dat we het kunnen meten. Het helpt ons er in het dagelijks leven mee om te gaan en er organisatie mee te bewerkstelligen. Maar veel verder gaat het niet. Bovendien is de lengte van tijd, de duur ervan - bijv. een seconde - , variabel zullen we zien. Het aardoppervlak is noodzakelijkerwijs verdeeld in 24 tijdzones die ieder een eigen dagtijd kregen toegewezen. Het werkt, maar is niet ideaal voor sommige zaken. Alleen de Noord- en Zuidpool liggen in alle tijden omdat de tijdzones als stroken - die dus niet overal even breed zijn - tussen deze twee zijn aangebracht.
Wat het licht betreft hebben we vastgesteld dat het een elektromagnetische verschijnsel is dat zich gedraagt als deeltjes energie, kleine pakketjes golfjes, of energiequanta, in de vorm van fotonen. Er is dus altijd sprake van een minimum hoeveelheid licht, een z.g. quant of quantum. Met de tijd is er iets geheel anders aan de hand. Deze komt over als een analoog verschijnsel, het is niet in brokjes opdeelbaar, het heeft kennelijk wel een begin maar we vinden er geen einde aan, het strekt zich uit naar de toekomst. Bovendien is ze elastisch, er zit rek in, want ze kan sneller of trager verlopen. We zouden kunnen stellen dat tijd de interval is tussen twee gebeurtenissen, maar dat geeft weer niet aan hoe lang die interval duurt. De vraag beantwoorden is een kringloop oproepen.
Wat betreft de tijd is er in filosofische kringen nogal wat te beleven. Bestaat het 'nu'? En wat kunnen we daar redelijkerwijs over vermelden. Het 'nu' is een moeilijk probleem om in woorden onder te brengen. Bestaat het wel?
U zult het er mee eens zijn, dat we over het verleden niets meer hebben te vertellen. De toekomst, echter, hebben we vaak nog in eigen hand. Het 'nu' is het behandelen van de toekomst vertaalt naar dit moment. Eigenlijk bestaat derhalve alleen de toekomst als we het over menselijk handelen hebben. Het verleden staat in de boeken als een spiegel voor de toekomst - om uit te leren. Het 'nu' is wat we ondergaan door ons handelen in het verleden, dat toen toekomst was.
Is terugreizen in de tijd mogelijk? Tot nog toe niet, als ooit. Kent tijd alleen een enkele reis, en geen retourtje; daar lijkt het wel op. Het frappante van terugreizen in de tijd zou zijn, dat men wel toekomstige tijd nodig heeft om in de verleden tijd - het verleden - te kunnen reizen. De konsekwentie daarvan is, dat wanneer men uit het verleden terugkeert men dan arriveert op een moment in de toekomst. Hierdoor mist men een stukje geschiedenis en lijkt het alsof men een stukje geheugen kwijt is, want anderen kennen dat stukje historie wel.
Ruimtereizen brengen zo weer hun eigen probleem mee. Wil men ergens in het universum komen, dan dient men zich toch wel met een flinke snelheid te kunnen verplaatsen. Alle dingen - zoals sterren - liggen immers zeer ver uit elkaar. Komt men vervolgens weer op de eigen thuisplaneet, dan is iedereen ouder geworden, en vermoedelijk ouder dan men zelf is en hun klokken lopen niet meer gelijk. Want door met een hoge snelheid te reizen is de eigen tijd trager gaan verlopen, zodat men zelf minder oud is geworden.
En reizen in de toekomst? Als ooit.
Hoe snel gaat de tijd? Dat is een van de onderwerpen die de beroemde relativiteitstheorie aan de orde stelt. Want het blijkt dat de snelheid van de tijd, als we daarover zo mogen spreken, relatief is, geen constante natuurkundige factor vertegenwoordigt. Dit in stegenstelling tot de snelheid van het licht, de snelheid van de lichtdeeltjes of fotonen, de dragers van het licht. Die snelheid ligt invariabel vast op zeg maar 300.000 km. per seconde, ca. zeven maal rond de aarde in één seconde. Licht heeft dus een zeer hoge, maar eindige snelheid. Dit is ook de hoogst mogelijke snelheid in het universum, onbereikbaar voor deeltjes materie, alleen wel voor de
immateriële of onstoffelijke fotonen. Bedenkt maar eens dat tijd voor wachten op de bus in de regen altijd langer duurt dan tijd wanneer men leuk bezig is. De laatste is meestal zo om. In het algemeen blijkt tijd derhalve in alle opzichten een relatief begrip. En om het nog iets ingewikkelder te maken heeft men wel gesteld dat de absoluutheid van de lichtsnelheid slechs geldt voor ons tijdperk. M.a.w, veel vroeger zou de absolute waarde van de lichtsnelheid (c) een iets afwijkende dan de huidige geweest kunnen zijn. Maar dat is echt niets om ons nu ongerust over te maken. Deeltjesvormen een aparte laag onde de kwamtumnatuur.
Maar licht heeft nog een opvallende afwijkende en moeilijk te geloven eigenschap. Op grond van het feit dat licht zich gelijktijdig gedraagt als een golf en als een deeltje is de zogenaamde kwantummechanica ontwikkeld: één van de bases van de huidige natuurkunde. En met die kwantumtheorie of quantummechanica is er nog wel was mystieks aan de hand. Sommige krijgen de indruk dat de kwantumonzekerheden de natuur tot een dobbelaar degradeert, doordat de allerlei onzekerhedenintroduceert, want ze is nu niet meer deterministisch. Het een volgt niet meer uit het andere. Spookdeeltjes vormen een aparte laag variabelen onder de kwamtumnatuur om die in leven te houden.
In tegenstelling tot zijn voorganger Newton aan het eind van de zeventiende eeuw, die tijd als absoluut kenmerkte, voorzegt de in 1905 door prof. Einstein opgezette relativiteitstheorie dat met de snelheid van een object de massa ervan toeneemt en dat de tijd ervoor trager gaat verlopen. Zou een object tot aan de lichtsnelheid komen, dan nadert de massa tot oneindig, gaat de tijd oneindig traag en zou zelfs tot stilstand komen. Tijd blijkt derhalve niet absoluut te zijn, want beide oneindigheden zijn in het huidige universum met zijn vaststaande natuurwetten ondenkbaar en tonen aan dat een materiëel object zich nooit dergelijk hoge snelheden eigen kan maken. Reizigers in een snel ruimteschip zouden theoretisch minder snel oud worden dan hun achterblijvende familie op aarde. Men heeft waargenomen dat klokken aan boord van met flinke snelheid in een baan om de aarde cirkelende satellieten meetbaar gingen achterlopen op een gelijkwaardige klok op de begane grond. Dit vormt een goede ondersteunig van de theorie. Het blijkt derhalve dat in het universum niet de tijd, maar de lichtsnelheid de grote constante is.
Maar, al met al, we hebben nog geen definitie voor het begrip tijd kunnen postuleren. En ook de begrippen zwaartekracht en licht kunnen nog niet precies begrepen worden. Toch zijn zij inherente eigenschappen van de kosmos, kapstokken waaraan ons universum is opgehangen.
* _ *
