Volgens kosmologen heeft ons heelal niet altijd bestaan, maar werd het miljarden jaren geleden ‘geboren’. Wat weten we van dat cruciale moment en wat daarop volgde?

Hoe lang geleden vond de oerknal plaats?

Volgens het overgrote deel van de sterrenkundigen: zo’n 13,8 miljard jaar geleden. Om die onvoorstelbaar grote hoeveelheid tijd een beetje in perspectief te plaatsen: de moderne mens, Homo sapiens, bestaat zo’n 300.000 jaar. Als je die 13,8 miljard jaar indikt tot één jaar, heeft onze soort daar alleen de laatste 11,5 minuten van meegemaakt. Niet eens genoeg tijd om de hoogste drie noteringen van de Top 2000 helemaal te kunnen luisteren.

‘Het overgrote deel van de sterrenkundigen…’ Niet allemaal dus?

Nou, er zijn wat waarnemingen die niet zo makkelijk te rijmen lijken met die leeftijd van 13,8 miljard jaar. Zo is er de ster Methusalem die ouder zou zijn dan het heelal zelf – wat natuurlijk niet kan. Ook heeft de James Webb-ruimtetelescoop sterrenstelsels in het vroege heelal waargenomen die zwaarder lijken dan ze zo kort na de oerknal hoorden te zijn.

De meeste wetenschappers liggen daar alleen niet wakker van. Methusalem kan prima jónger dan 13,8 miljard jaar zijn. En over die te zware stelsels is het laatste woord ook nog lang niet gezegd.

Toch inspireerden deze resultaten natuurkundige Rajendra Gupta van de Universiteit van Ottawa tot een theorie waarin het heelal niet 13,8 maar 26,7 miljard jaar oud is – bijna twee keer zou oud dus!

Daar moet je dan wel een paar aannames voor doen. Ten eerste dat het licht van vlak na de oerknal ‘vermoeid’ is geraakt tijdens zijn reis door het heelal. Dat idee opperde sterrenkundige Frits Zwicky in 1929, maar raakte daarna in de vergetelheid, totdat Gupta het recentelijk uit de mottenballen trok. Ten tweede zouden bepaalde natuurconstantes – getallen waarvan we aannemen dat ze overal en altijd hetzelfde zijn – toch niet constant moeten zijn. Het mag geen verbazing wekken dat het aantal wetenschappers dat bereid is daarin met Gupta mee te gaan klein is, en het houdt bij ‘het heelal is 13,8 miljard jaar oud’.

En wáár vond de oerknal plaats?

Het is verleidelijk om je het heelal van voor de oerknal voor te stellen als een grote leegte, waarin dan op één bepaalde plek een ontploffing plaatsvond die de boel vulde met materie. Maar dat is niet wat er gebeurde. Volgens de gangbare theorie wás er voor de oerknal nog geen heelal. Geen materie, maar ook geen ruimte en tijd. Die ontstonden mét de oerknal – en dat gebeurde niet op één plek, maar overal. Zoals de eerste zin van de tune van de Amerikaanse sitcom The Big Bang Theory al zegt: “The whole universe was in a hot, dense state.” En die hete, dichte toestand koelde vervolgens langzaam af, en werd langzaam dunner.

We weten dus ook niet wat er vóór de oerknal was?

Nee. Sterker nog: als tijd en ruimte pas ontstonden met de oerknal, wás er geen ‘voor de oerknal’ – hoe moeilijk dat ook is voor te stellen. Maar er zijn wetenschappers die denken dat ons heelal vooraf werd gegaan door een opeenvolging van eerdere heelallen. Het vorige heelal zou dan op een gegeven moment zijn ingestort. De oerknal zou dan zowel het slotakkoord van dat vorige heelal zijn, als het begin van ons eigen heelal.

En wat gebeurde er op het moment van de oerknal?

Je zou misschien denk dat de oerknaltheorie het moment beschrijft waarop het heelal ontstond. Maar juist dat moment is in nevelen gehuld. Zoals gezegd had het heelal in eerste instantie een extreem hoge temperatuur en dichtheid. Om te weten wat er onder die extreme omstandigheden gebeurt, heb je twee theorieën nodig: de quantummechanica, die de wereld van het allerkleinste beschrijft, en de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein, onze huidige zwaartekrachttheorie. Los van elkaar werken die prima, maar natuurkundigen hebben nog geen manier gevonden om ze met elkaar te combineren. En zo’n combinatie heb je waarschijnlijk nodig om de échte geboorte van het heelal te kunnen ophelderen.

Oké, maar wat gebeurde er dan daarna?

Allereerst was er, zo vermoeden kosmologen, het grote-unificatie-tijdperk. Daarin zouden de drie natuurkrachten die we met de quantummechanica beschrijven, de elektromagnetische kracht, de sterke kernkracht en de zwakke kernkracht, een en dezelfde kracht hebben gevormd. Deze periode van kosmische saamhorigheid duurde alleen niet erg lang: van 10^-43 tot 10^-36 seconde na de oerknal. (Of, in woorden: van een tienseptiljoenste tot een sextiljoenste van een seconde na de oerknal. Niet dat dat je heel veel verder helpt…)

Daarna zou dan de inflatieperiode hebben plaatsgevonden. Héél kort, van 10^-36 tot 10^-32 seconde na de oerknal, dijde het heelal uit met een enorm tempo. Elke afstand werd toen uitgerekt met een factor 100 000 000 000 000 000 000 000 000. Dat wil zeggen dat iets met de diameter van een molecuul in een fractie van een seconde werd opgeblazen tot de afstand tussen de zon en de dichtstbijzijnde sterren.

Na die inflatiefase zouden de deeltjes zijn ontstaan die ons heelal bevolken. In eerst instantie waren dat alleen echt elementaire deeltjes; deeltjes die voor zover we weten niet op te delen zijn in nog kleinere deeltjes. Later (van een miljoenste seconde tot 1 seconde na de oerknal) vormden sommige van die deeltjes samen protonen en neutronen.

Aanvankelijk reisden die protonen en neutronen los door het heelal. Maar van grofweg twee tot twintig minuten na de oerknal waren de omstandigheden zó dat ze aan elkaar konden blijven plakken. Daardoor bestond het heelal na deze fase niet meer uit louter waterstof (waarvan de kern een enkel proton bevat), maar ook uit helium en een klein beetje lithium. Alle zwaardere scheikundige elementen ontstonden later, bijvoorbeeld in het binnenste van sterren.

Ook het vermelden waard is wat er 380.000 jaar na de oerknal gebeurde. Tot dat moment was het heelal een wirwar van elektrisch geladen deeltjes – losse elektronen en dito atoomkernen – waar licht niet vrij doorheen kon reizen. Maar op een gegeven moment was het heelal ver genoeg afgekoeld om die elektronen en atoomkernen samen neutrale atomen te laten vormen. Vanaf dat moment was het heelal transparant. En daardoor kunnen we nu nog het licht zien dat toen ontstond. Dat is de kosmische achtergrondstraling, een gloed die ons nog steeds uit alle richtingen bereikt (want de oerknal vond overal plaats, weet je nog) en die op dit moment onze belangrijkste informatiebron is over de oerknal.

En wie heeft de oerknal bedacht?

Daar kun je de Belgische priester slash natuurkundige Georges Lemaître de credit voor geven. Hij was in 1927 de eerste die uit het feit dat sterrenstelsels bij elkaar vandaan bewegen concludeerde dat het heelal uitdijt. Later bedacht hij, terugredenerend, dat het heelal dan ook een begin gehad zal hebben. Dat noemde hij alleen niet de big bang of oerknal, maar ‘de hypothese van het oeratoom’.

De term big bang werd voor het eerst gebruikt in 1948 door sterrenkundige Fred Hoyle, in een radioprogramma. Wel bedoelde hij de kreet meer als omschrijving dan als naam voor het verschijnsel. Hij had het over “de hypothese dat alle materie in het heelal werd gecreëerd in één big bang op een specifiek moment in het verre verleden”. Hoyle geloofde daar zelf trouwens niet in. Hij was een fervent aanhanger van de concurrerende steady-state-theorie, die stelde dat het heelal er altijd is geweest. Maar het gaat wat ver om te stellen dat Hoyle dus de term ‘big bang’ gebruikte om de oerknaltheorie belachelijk te maken, zoals je vaak leest.

En ons woord ‘oerknal’? Dat was afkomstig van de Nederlandse astronoom Kees de Jager, die in 2021 op honderdjarige leeftijd overleed. Enkele maanden voor zijn dood zei hij in een interview met New Scientist: “Ik heb het woord oerknal bedacht voor het begin van het heelal. Dat gebeurde op aansporing van Marcel Minnaert (de wetenschapper onder wie De Jager promoveerde – red.), die vond dat er een Nederlandse naam moest komen voor big bang. Dat mijn term in de Van Dale terechtkwam, vond ik erg bijzonder.”

Met dank aan Stefan Vandoren, theoretisch natuurkundige aan de Universiteit Utrecht.

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!