Die ontsagwekkende heelal

Wat die oerknalteorie verklaar—en wat nie

ELKE oggend is ’n wonderwerk. Diep binne-in die oggendson word waterstof tot helium versmelt teen temperature van miljoene grade. X-strale en gammastrale van ongelooflike intensiteit vloei uit die middelpunt na die omliggende lae van die son. As die son deurskynend was, sou hierdie strale binne ’n paar skroeiende sekondes die oppervlak bereik. In plaas daarvan begin hulle om tussen styfgepakte atome van son-“isolasie” rond te bons en verloor hulle geleidelik energie. Dae, weke en eeue gaan verby. Duisende jare later bereik daardie eens dodelike bestraling uiteindelik die oppervlak van die son en stroom dit uit as sagte, geel lig—nie meer ’n bedreiging nie, maar net reg om die aarde in warmte te baai.

Elke aand is ook ’n wonderwerk. Ander sonne knipoog vir ons deur die eindelose ruimte van ons sterrestelsel heen. Hulle het ’n verskeidenheid van kleure, groottes, temperature en digthede. Party is superreuse wat so groot is dat, as een van hulle met sy middelpunt op ons son sou staan, dit wat van ons planeet oorbly onder die oppervlak van daardie superster sou wees. Ander sonne is klein wit dwerge—kleiner as ons aarde en tog so swaar soos ons son. Party sal miljarde jare lank rustig voortbestaan. Ander staan op die rand van supernova-ontploffings wat hulle sal uitwis en ’n kort rukkie helderder as hele galaksies sal laat skyn.

Primitiewe volke het gepraat van seemonsters en strydende gode, van drake en skilpaaie en olifante, van lotusblomme en dromende gode. Later, gedurende die so genoemde Eeu van die Rede, is die gode weggevee deur die nuutgevonde “towerkrag” van calculus en Newton se wette. Nou lewe ons in ’n eeu wat beroof is van die ou gedigte en legendes. Die kinders van vandag se atoomeeu het as hulle voorbeeld van die skepping nie die oeroue seemonster of Newton se “masjien” gekies nie, maar daardie allesoorheersende simbool van die 20ste eeu—die bom. Hulle “skepper” is ’n ontploffing. Hulle noem hulle kosmiese vuurbal die oerknal.

Wat die oerknal “verklaar”

Die gewildste weergawe van hierdie geslag se beskouing van die skepping sê dat die heelal sowat 15 tot 20 miljard jaar gelede nie bestaan het nie, en ook nie die leë ruimte nie. Daar was geen tyd en geen materie nie—niks behalwe ’n oneindig digte, oneindig klein puntjie wat ’n enkelheid genoem word, wat ontplof het en die bestaande heelal gevorm het. Daardie ontploffing het gedurende die eerste breukdeel van ’n sekonde ’n oomblik ingesluit waartydens die jong heelal baie vinniger as die spoed van lig uitgedy het.

Gedurende die eerste paar minute van die oerknal het kernversmelting op ’n universele skaal plaasgevind, wat aanleiding gegee het tot die huidige konsentrasies van waterstof en helium en ten minste ’n gedeelte van die litium in die interstellêre ruimte. Ná omtrent 300 000 jaar het die temperatuur van die heelal-wye vuurbal gedaal tot net minder as dié van die oppervlak van die son, wat dit vir elektrone moontlik gemaak het om in wentelbane om atome te kom en ’n flits fotone, of lig, vrygestel het. Hoewel daardie oerflits baie afgekoel het, kan dit vandag as universele agtergrondstraling gemeet word in mikrogolffrekwensies wat gelyk staan aan ’n temperatuur van 2,7 Kelvin.a Om die waarheid te sê, was dit die ontdekking van hierdie agtergrondstraling in 1964-65 wat die meeste wetenskaplikes daarvan oortuig het dat daar iets in die oerknalteorie steek. Die teorie beweer ook dat dit verklaar waarom dit lyk of die heelal in alle rigtings uitbrei, met verafgeleë galaksies wat blykbaar teen ’n hoë spoed van ons en van mekaar af wegbeweeg.

Aangesien die oerknalteorie blykbaar so baie dinge verklaar, waarom daaraan twyfel? Omdat daar ook baie dinge is wat dit nie verklaar nie. Byvoorbeeld: Die eertydse sterrekundige Ptolemeus het ’n teorie gehad dat die son en planete in groot sirkels om die aarde beweeg, maar dat hulle terselfdertyd ook in kleiner sirkels, wat episiklusse genoem word, beweeg. Die teorie het blykbaar die beweging van die planete verklaar. Namate sterrekundiges meer data ingesamel het, kon die Ptolemeïese kosmoloë eeue lank net ekstra episiklusse by hulle ander episiklusse voeg en die nuwe data “verklaar”. Maar dit het nie beteken dat die teorie reg was nie. Uiteindelik was daar net te veel data om van rekenskap te gee, en ander teorieë, soos Copernicus se idee dat die aarde om die son beweeg, het dinge beter en op ’n eenvoudiger manier verklaar. Vandag is dit moeilik om ’n Ptolemeïese sterrekundige te vind!

Professor Fred Hoyle het die pogings van die Ptolemeïese kosmoloë om hulle agteruitgaande teorie in die lig van nuwe ontdekkings te lap, vergelyk met die pogings van vandag se oerknal-aanhangers om hulle teorie aan die gang te hou. Hy het in sy boek The Intelligent Universe geskryf: “Die vernaamste pogings van navorsers was om teenstrydighede in die oerknalteorie toe te smeer en om ’n idee wat al hoe komplekser en lomper geraak het op te bou.” Nadat hy verwys het na Ptolemeus se vergeefse gebruik van episiklusse om sy teorie te red, het Hoyle verder gesê: “Ek kan sonder huiwering sê dat daar as gevolg daarvan nou ’n donker wolk oor die oerknalteorie hang. Soos ek vroeër genoem het, bewys ondervinding dat ’n teorie selde herstel wanneer ’n stel feite daarteenoor gestel word.”—Bladsy 186.

Die tydskrif New Scientist van 22/29 Desember 1990 het soortgelyke gedagtes uitgespreek: “Die Ptolemeïese metode is kwistig toegepas op . . . die kosmologiese model van die oerknalteorie.” Dit vra dan: “Hoe kan ons ware vooruitgang in deeltjiefisika en kosmologie bereik? . . . Ons moet eerliker en openhartiger wees oor die bloot spekulatiewe aard van sommige van ons mees gekoesterde veronderstellings.” Nuwe beskouings stroom nou in.

Vrae wat nie deur die oerknal beantwoord word nie

’n Groot uitdaging vir die oerknal het gekom van waarnemers wat die reggestelde optika van die Hubble-ruimteteleskoop gebruik om afstande na ander galaksies te meet. Die nuwe data is besig om teoretici die stuipe te laat kry!

Die sterrekundige Wendy Freedman en ander het onlangs die Hubble-ruimteteleskoop gebruik om die afstand na ’n galaksie in die sterrebeeld Virgo te meet, en haar afmeting dui daarop dat die heelal besig is om vinniger uit te brei, en dus jonger is, as wat voorheen gedink is. Trouens, dit “impliseer ’n kosmiese ouderdom van maar agtmiljard jaar”, het die tydskrif Scientific American net verlede Junie berig. Al klink agtmiljard jaar dalk na ’n baie lang tyd, is dit maar ongeveer die helfte van die huidig beraamde ouderdom van die heelal. Dit skep ’n unieke probleem, aangesien, soos die berig voorts sê, “ander data daarop dui dat sekere sterre ten minste 14 miljard jaar oud is”. As dit blyk dat Freedman se syfers korrek is, sal dit beteken dat daardie ou sterre ouer as die oerknal self is!

Nog ’n ander probleem vir die oerknal het ontstaan uit voortdurend toenemende bewyse van “borrels” in die heelal wat 100 miljoen ligjare groot is, met galaksies aan die buitekant en leegtes binne-in. Margaret Geller, John Huchra en ander by die Harvard-Smithsonian-sentrum vir Astrofisika het iets gevind wat hulle ’n groot muur van galaksies oor die noordelike hemel noem en wat ongeveer 500 miljoen ligjare lank is. ’n Ander groep sterrekundiges, wat bekend geraak het as die Sewe Samoerai, het bewyse van ’n ander kosmiese konglomerasie, wat hulle die Groot Aantrekker noem, naby die suidelike sterrebeelde Hydra en Centaurus gevind. Sterrekundiges Marc Postman en Tod Lauer glo dat iets selfs groter anderkant die sterrebeeld Orion moet lê, wat honderde galaksies, ons eie inkluis, in daardie rigting laat stroom soos vlotte op ’n soort “rivier in die ruimte”.

Die struktuur daarvan is verbysterend. Kosmoloë sê dat die slag van die oerknal, volgens die agtergrondstraling wat dit na bewering agtergelaat het, baie egalig en konstant was. Hoe kon so ’n egalige begin tot sulke massiewe en komplekse strukture gelei het? “Die nuutste mure en aantrekkers wat ontdek is, maak dit nog raaiselagtiger hoe soveel strukture in die 15 miljard jaar van die heelal se bestaan tot stand kon kom”, erken die Scientific American—’n probleem wat net erger word namate Freedman en ander die jare van die geraamde ouderdom van die kosmos nog verder verminder.

“Die een of ander basiese beginsel ontbreek”

Geller se driedimensionele kaarte van duisende gegroepeerde, verstrengelde en borrelagtige opeenhopings van galaksies het die manier waarop wetenskaplikes hulle die heelal voorstel heeltemal verander. Sy gee nie voor dat sy verstaan wat sy sien nie. Swaartekrag alleen kan blykbaar nie haar groot muur verklaar nie. “Ek voel dikwels dat die een of ander basiese beginsel ontbreek in ons pogings om hierdie struktuur te verstaan”, erken sy.

Geller het oor haar bedenkinge uitgewei: “Dit is duidelik dat ons nie weet hoe om hierdie groot struktuur in die konteks van die Oerknal te vertolk nie.” Vertolkings van die kosmiese struktuur op grond van die huidige kartering van die hemel is lank nie beslissend nie—dit is meer soos om jou die hele wêreld te probeer voorstel na aanleiding van ’n opmeting van Rhode Island, VSA. Geller het voorts gesê: “Eendag sal ons miskien uitvind dat ons die stukkies nie op die regte manier bymekaargesit het nie, en wanneer ons dit wel regkry, sal dit so voor die hand liggend wees dat ons sal wonder waarom ons nie baie vroeër daaraan gedink het nie.”

Dit lei tot die grootste vraag van almal: Wat was dan die oorsaak van die oerknal self? Niemand minder nie as Andrei Linde, een van die skeppers van die uiters gewilde inflasionêre weergawe van die oerknalteorie, erken reguit dat die standaardteorie nie hierdie fundamentele vraag beantwoord nie. “Die eerste, en vernaamste, probleem is die blote bestaan van die oerknal”, sê hy. “’n Mens wonder miskien: Wat was voor dit? As ruimte-tyd nie toe bestaan het nie, hoe kon alles uit niks verskyn het? . . . Om hierdie eerste enkelheid te verduidelik—waar en wanneer dit alles begin het—is nog steeds die hardnekkigste probleem van die moderne kosmologie.”

’n Artikel in die tydskrif Discover het onlangs tot die gevolgtrekking gekom dat “geen verstandige kosmoloog sal beweer dat die Oerknal die beste teorie is nie”.

Laat ons nou buitentoe gaan en die skoonheid en die misterie van die sterbesaaide gewelf aanskou.

[Voetnoot]

[Venster op bladsy 5]

Die ligjaar—’n kosmiese meetstok

Die heelal is so groot dat, as jy dit in myle of kilometers wil meet, dit net so goed is as om die afstand van Londen na Tokio met ’n mikrometer te meet. ’n Geskikter maateenheid is die ligjaar, die afstand wat lig in ’n jaar aflê, of ongeveer 9460 000 000 000 kilometer. Aangesien lig die vinnigste ding in die heelal is en slegs 1,3 sekondes neem om die maan te bereik en ongeveer 8 minute na die son toe, lyk dit asof ’n ligjaar werklik ontsaglik groot is!