Wat is een zwart gat nu eigenlijk (in mensentaal)?

Antwoord

In beginsel is een zwart gat een heel gemakkelijk begrijpbaar concept: het is een samengebalde hoeveelheid materie waarvan de gravitatiekracht zo groot is, dat zelfs het licht er niet uitkan. En als we van iets geen licht kunnen zien, dan is het zwart. Een gat dus, dat zwart is.

Als je op Aarde omhoog springt, dan val je terug, door de aantrekkingskracht van de Aarde. Maar hoe sneller je springt, hoe hoger je geraakt. Vanaf een bepaalde snelheid spring je zo hard dat de Aarde je niet meer terug kan vangen, en het is dus door die grote snelheid te overtreffen dat we raketten van de Aarde weg kunnen sturen. Die 'ontsnappingssnelheid' bedraagt voor de Aarde ongeveer 11 km/s. Het is intuïtief goed te begrijpen dat als de Aarde harder zou trekken (meer massa binnen hetzelfde volume, of een kleiner volume voor dezelfde massa, of een combinatie van beide), dat we dan nog sneller zouden moeten springen. Als de concentratie van materie zo hoog is dat de onstnappingssnelheid groter wordt dan de lichtsnelheid (300 duizend km/s), dan kan ook het licht niet weg, en dan spreken we van een zwart gat.

In die redenering gaat men er dus van uit dat licht zwaartekracht voelt, dat ook licht door een massa wordt aangetrokken. In het beeld van Newton was dat zo, hij zag licht als kleine deeltjes die zich snel voortbewogen. En inderdaad, reeds in de 18e eeuw werd de mogelijkheid geopperd dat er dergelijke concentraties aan massa zouden kunnen bestaan zodat het licht er niet uitkan. Men noemde dat toen nog geen 'zwart gat', de term dateert pas van 1967. In de 19e eeuw is dan het inzicht gegroeid dat vele eigenschappen van licht konden verklaard worden door licht als een voortplantende golf te beschouwen, meer bepaald een elektromagnetische golf. In dat beeld was licht een fenomeen waarbij enkel elektriciteit en magnetisme meespeelden, niet gravitatie. Maar dat is weer veranderd in de 20ste eeuw met de algemene relativiteitstheorie van Einstein, een nieuwe theorie voor gravitatie. Daarin wordt gravitatie gezien als een meetkundig effect, waarbij de aanwezigheid van massa de ruimte krom maakt. Ook elektromagnetische golven bewegen zich voort in de ruimte en worden dus afgebogen, een effect dat men experimenteel kon bevestigen. Meer gravitatie betekent meer kromming, en zo is er weer plaats voor zwarte gaten. Binnen de 'grens' of 'evenementenhorizon' van een zwart gat is de kromming zo groot dat licht altijd terugkeert, en het zwart gat dus niet kan verlaten.

Maar ook dat kan het laatste woord nog niet zijn. De 20e eeuw heeft ons ook geleerd dat de fysica van deeltjes dicht bij elkaar het best beschreven wordt in termen van de zogenaamde kwantumfysica, en die is moeilijk te verenigen met de algemene relativiteitstheorie, die vooral op grotere afstandsschalen succesvol is: meetkunde is een globale eigenschap. Hoe we dus gravitatie op heel kleine schalen moeten begrijpen is nog onduidelijk. Er bestaan vele modellen die ernaar streven kwantumfysica en algemene relativiteitstheorie te verenigen, maar geen enkel ervan geeft alsnog voldoening. We snappen gravitatie dus niet echt op microniveau.

Toch kan algemene relativiteitstheorie althans gedeeltelijk een antwoord geven op uw vraag wat er met die deeltjes in een zwart gat gebeurt. Die meetkundige theorie gaat over ruimte en tijd, en over hoe ruimte en tijd veranderen als er veel massa bijeenzit. In een zwart gat duurt de tijd veel langer dan erbuiten, in hun tijd hebben die deeltjes een lange geschiedenis. Met een beetje goede wil kan je ons hele heelal ook zien als een groot zwart gat, met een eigen ruimte en tijd, waar het licht niet uitkan. Iemand in een 'ander heelal' (een gekke term!) 'ziet' ons niet, zoals wij geen informatie krijgen over hetgeen in een zwart gat gebeurt.