Mijn opdracht...

Ik heb natuurlijk vaak de vraag gekregen, wat doe je nu eigenlijk, daar in Sydney?

…

Zelfs ik vind het moeilijk om uit te leggen. Ik heb dus al diverse pogingen gedaan, maar het bleef erg moeilijk, aangezien er genoeg mensen zijn die het nog niet snappen, denk ik. Daarom bij deze een nieuwe poging om het duidelijk en eenvoudig uit te leggen.

(Mijn excuses voor de omvang, maar een beetje natuurkunde bijspijkeren kost nu eenmaal tijd, dus ga er eerst maar eens goed voor zitten.)

Ik heb waarschijnlijk al wel verteld dat ik naar een astronomie/sterrenkunde instituut ging. Hier ga ik me bezig houden met kosmologie, wat staat voor de ontwikkeling/evolutie/groei van het universum. Universum is een ruim begrip, maar daar bedoelen we ook echt ALLES mee. Het is moeilijk voor te stellen, maar alles zit in het universum, wij, de Aarde, alle sterren(stelsels), alle leegtes, …, alles dus. Om uit te leggen wat ik voor opdracht heb, ga ik eerst twee theorieën uitleggen/vertellen. Je kunt de eerste theorie zien als een logisch verhaal dat we bedacht hebben om de wereld om ons heen te kunnen begrijpen en voorspellen.

Je hebt er vast wel eens van gehoord, de oerknal of de big bang. De oerknal houdt in dat het heelal in het begin van het universum oneindig klein was, oneindig heet en oneindig dicht (vergelijk dit met vol, heel veel deeltjes in een hele kleine ruimte). Het heelal bleef niet zo klein, want nu is het onvoorstelbaar groot, dus het universum werd groter. Terwijl het heelal groter werd, werd het steeds minder dicht/vol, want het aantal deeltjes bleef hetzelfde, maar de ruimte werd groter. Doordat het minder dicht werd, werd het ook kouder. Hierdoor ‘bevroren’ alle deeltjes en kon er structuur ontstaan. Deze structuur heeft de vorm van bijvoorbeeld sterren, planeten en sterrenstelsels (een verzameling van 10.000.000.000 sterren, kan 3 nulletjes meer of minder zijn). Je kunt het vergelijken met water dat samengeklontert als je het bevriest. Dit is globaal de kosmologische theorie, een verhaal dat de ontwikkeling van het heelal beschrijft.

De deeltjes in dit verhaal zijn heel belangrijk. Want deze deeltjes zijn uiteindelijk de dingen die zullen bevriezen en zorgen voor alle structuur die we zien. (Licht is trouwens ook een deeltje, ook al weegt het niets.) Iets waar we nog maar weinig vanaf weten is donkere materie. De naam zegt al dat het donker is en we kunnen het dus niet zien. Toch weten we dat het er is. Dat komt omdat het zwaar is, gewicht heeft, maar hier kom ik straks op terug.

Eerst is er nog een ander verhaal dat ik moet vertellen, de algemene relativiteitstheorie. Het klinkt heel indrukwekkend en dat is het ook. Ik ga de theorie natuurlijk niet helemaal uitleggen, maar één ding zal ik eruit lichten. De ruimte (met alles erin, weet je nog?) bevat ook ‘plaats’. Als je met iemand afspreekt, dan spreek je een plaats af. Maar als het heelal er nou niet was, dan waren wij er niet eens, maar dan was er ook geen plaats. Wanneer ik het dus over de ruimte heb, dan bedoel ik daar wederom het hele universum mee, maar dat is dus inclusief plaats. Kun je het nog volgen?

Het wordt allemaal nog gekker, maar hopelijk niet moeilijker. Die ruimte waar ik het over had, die kan krom zijn! Dit is moeilijk voor te stellen, maar ik kan een voorbeeld geven. Stel voor dat er een mier (of nog iets kleiners) over een trampoline loopt. Die mier kan dan maar in twee richtingen lopen (voor-/achteruit en links/recht). Die twee richtingen horen bij de ruimte van de mier. We gaan ervan uit dat de mier niet kan zien dat er een boven en onder is en voor de mier zijn die er dus ook niet. Het vel van de trampoline staat strak en is plat. De ruimte van de mier, het vel zoals de mier het ziet, is vlak. Maar als we nu een bowlingbal op de trampoline leggen, dan zal het vel doorzakken en een kuil vormen. Het vel en dus de ruimte is krom geworden. Maar doordat de mier niet boven zich kan kijken, weet hij niet dat de ruimte krom is.

Dat was de mier, neem nu een knikkertje. De bowlingbal blijft liggen op de trampoline. Als je de knikker rechtdoor wil laten rollen langs de bowlingbal af, dan zal je dat niet lukken. Dat komt doordat het vel krom is. De knikker die langs de bowlingbal rolt, zal afbuigen door de kromming van het vel en achter de bowlingbal langs rollen.

De bowlingbal heeft gewicht/massa en die zorgt ervoor dat de ruimte krom wordt. Het klinkt misschien gek, maar volgens Einstein geldt dit ook voor onze ruimte. Onze ruimte heeft drie richtingen/dimensies (niet twee, zoals bij de mier). Maar ook hier geldt dat onze ruimte krom kan trekken als er iets heel zwaars in de buurt is. Alle deeltjes zullen afbuigen als ze erlangs bewegen. Zelfs eens lichtstraal. Nu komen we ergens, want dat is waar ik bij mijn opdracht gebruik van maak.

Terug naar de kosmologie en het heelal met de sterrenstelsels. Een sterrenstelsel heeft een massa van (ofwel weegt) gemiddeld iets van “een getal met 40 nummers” bowlingballen (kan een cijfertje meer of minder zijn). Zo’n sterrenstelsel zal de ruimte aardig krom trekken en als daar dus een lichtstraal langs af gaat, dan zal die afgebogen worden. Dat kunnen we berekenen. Als ik alle gegevens heb, dan kan ik uitrekenen wat er met het licht gebeurt als die langs een massa gaat.

Maar wat is nu mijn opdracht? In Sydney hebben ze ‘filmpjes’ gemaakt van de ontwikkeling van het heelal (het samenklonteren van deeltjes), waarin zich donkere materie bevind. De filmpjes laten onder andere zien hoe de structuur in het heelal ontstaat. Daar speelt donkere materie een grote rol in. Hoe groot die rol is, daar ga ik proberen achter te komen. Doordat donkere materie zwaar is, zal die er voor zorgen dat licht afgebogen wordt. Door te kijken wat er met het licht in de filmpjes gebeurd, kunnen we meer te weten komen over donkere materie.
Hopelijk is dit verhaal duidelijker dan de voorgaande versies. Uiteraard mogen jullie altijd nog dingen vragen, mocht er toch iets nog niet dagen en je het toch graag wil weten. Ik hoor het wel.

De volgende keer weer een luchtiger onderwerp!