In een vorig artikeltje heb ik gepoogd het probleem van de RUIMTE

Sterrenkunde
Ruimte en tijd (2)
In een vorig artikeltje heb ik gepoogd het probleem van de RUIMTE (welke
onbegrenst, maar niet oneindig groot is), wat nader tot u te brengen.
Dit keer zal ik het probleem van de TIJD aan de orde stellen:
1
Heeft het heelal eeuwig bestaan (moeilijk voorstelbaar), of is er een wezenlijk
begin geweest? (Nog moeilijker voorstelbaar, want direct dringt zich dan de
vraag aan ons op: maar wat was er dan vóór dat begin?).
Blijft het heelal eeuwig bestaan, of zal ook daar eens een einde aan komen?
2
Het tweede probleem, daar zijn de geleerden (nog) niet helemaal uit, maar wat het
eerste betreft: men weet nu vrijwel zeker, dat het heelal niet eeuwig oud is. Het is
zo’n 10 miljard jaar geleden uit een enorme explosie, de zgn. BIG BANG (ook wel
oerknal genoemd) ontstaan.
Wie het (populair) wetenschappelijk nieuws op astronomisch gebied enigszins volgt,
zal het opgevallen zijn dat vooral de laatste 3 jaar hierover erg veel publicaties zijn
verschenen.
Nu roept elk antwoord bijna altijd weer nieuwe vragen op:
1
Hoe weet u dat? en
2
Hoe zag dat begin er dan uit?
U zult het amper voor mogelijk houden, maar het laatste weet men vrij nauwkeurig
vanaf het moment, dat het heelal....één honderdste seconde (0,01 sec) oud was! Maar
eerst terug naar het eerste probleem.
De materie waaruit de sterren, welke het heelal bevolken, zijn opgebouwd, blijkt uit
dezelfde elementen te bestaan, die op Aarde (en de Zon) voorkomen.
De meest voorkomenden zijn waterstof en helium. Dit laatste element werd zelfs
eerder op de Zon (Helios = Zon) dan op Aarde ontdekt!
Elk element zendt in lichtgevende toestand een bepaald spectrum uit (zie
toelichting), die voor dat element karakteristiek is. Nu bleek bij het onderzoek van
(zéér) veraf gelegen sterren (in sterstelsels ver buiten ons eigen melkwegstelsel), dat
hun spectra (meestal) naar het rood verschoven waren. Anders gezegd: wij zien rode
sterren, terwijl zij in feite oranje licht uitzenden!
Met behulp van het Dopplereffect (zie toelichting) kan dit verklaard worden, door
aan te nemen dat deze sterren zich van ons af bewegen. Op zich was dit nog niet zo
schokkend, tot Hubble in 1929 iets ontdekte:
De zich van ons af bewegende sterren, doen dit met een snelheid, die (ongeveer)
evenredig is met hun afstand.
12
En deze ontdekking nu vormt de grondslag voor ons huidig inzicht in het ontstaan
van het heelal!
Immers, Hubble postuleerde op grond van het bovenstaande, de theorie van een
UITDIJEND HEELAL! We wisten het reeds: het heelal is niet oneindig groot, maar
nu weten we ook dit: het heelal wordt steeds groter...
Nu is het uitdijen van een onbegrensde ruimte (het heelal dus) moeilijk voorstelbaar.
Hier moeten we dus weer de zgn. dimensie te hulp roepen (zie vorig artikel):
Zoals een 2-dimensionaal vlak, gekromd in de 3e dimensie (bijv. een
ballonoppervlak) kan uitdijen -door de ballon verder op te blazen-, zo kan dus de
3–dimensionale ruimte zich (in de 4e dimensie gekromd) “opblazen”.
(1)
(2)
tijdstip 1
een later tijdstip 2
De dichtstbijgelegen ster 1 verwijdert
zich minder snel dan de meer
verafgelegen ster 2.
Stippen, op de ballon getekend, zullen zich
tijdens het opblazen van elkaar verwijderen met een snelheid, evenredig aan hun
afstand op de ballon.
Maar... als het heelal in de loop van de tijd uitdijt, dan moet het dus –als we de tijd
omkeren (de film van de heelalgeschiedenis terugdraaien)– inkrimpen!
Nu kan uitdijen in principe onbeperkt verdergaan, maar inkrimpen niet!
Voelt u waar het verhaal heengaat...?
Maar daarver in een volgend artikel.
Jb Kuyt.
13
Toelichting 1 Het spectrum.
We kennen verschillende kleuren: rood, oranje, geel, groen, blauw, etc. Zonlicht is
wit. Als men dit witte zonlicht op een speciaal gevormd stuk glas (een prisma) laat
vallen, dan blijkt het uittredende licht uiteen te waaieren in allerlei kleuren. Deze
kleuren noemt men nu het spectrum van het onderzocht licht.
Ook regendruppels kunnen de werking van een prisma uitoefenen: zo ontstaat een
regenboog (welke dus niets anders is dan het spectrum van zonlicht).
Onderzoekt men het uitgezonden licht van een element, dan blijkt dit te bestaan uit
een beperkt aantal, scherp begrensde kleuren (eigenlijk lijnen).
Het globaal waarneembare spectrum van kleuren uit zonlicht heet een continuspectrum. In een continu-spectrum komen de lijnen van afzonderlijke elementen voor
(lijnspectrum). Zo kan herkend worden welke elementen (bijvoorbeeld helium) in de
Zon voorkomen.
Toelichting 2 Het Doppler-effect.
Licht en geluid planten zich voort d.m.v. trillingen. Het aantal trillingen per seconde
noemt men de frequentie. Deze is bij geluid bepalend voor de toonhoogte, bij licht
voor de kleur. Een hogere toon betekent een grotere frequentie (van zichtbaar licht
heeft rood de kleinste frequentie).
Zijn bron (uitzender van trillingen) en waarnemer t.o.v. elkaar in rust (ze staan
allebei stil), dan worden evenveel trillingen waargenomen als zijn uitgezonden.
Beweegt de waarnemer zich naar de bron (of de bron naar de waarnemer), dan zullen
er meer trillingen per sec. passeren dan worden uitgezonden. Vergelijk dit met tegen
de wind in fietsen: de windkracht is dan (schijnbaar) toegenomen. Ook is bekend het
geluidseffect van een langsgierende motorrijder: bij het passeren daalt de toonhoogte
plotseling. Gaat een speedboot tegen de wind in, dan zal het aantal tegen de boeg
klotsende golven groter zijn dan wanneer hij de wind mee heeft! Dit waarnemen van
een andere frequentie dan de bron uitzendt heet het Doppler-effect. Vindt in het
spectrum een “roodverschuiving” plaats, dan beweegt zij van ons af (of wij van de
ster).
14