Wat voor invloed heeft de zwakke zwaartekracht op het onstaan van leven?

Antwoord

Het is waar dat we er hier zo niet zouden zijn indien de zwaartekracht honderd maal sterker was geweest.  Een planeet als de Aarde zou een veel dikkere atmosfeer hebben gehad met een verschroeiend broeikaseffect, en de grotere zwaartekracht zou wellicht nooit mobiele grote wezens hebben mogelijk gemaakt.  Telkens 'zou', want met een dergelijk hoge zwaartekracht zouden sterren zoals de Zon heel snel zijn opgebrand, met te weinig tijd om een interessante evolutie in een planetensysteem mogelijk te maken.  Opnieuw 'zouden', want het heelal zelf zou wellicht kort na de oerknal terug zijn ineengeklapt, lang voordat er sterren konden gevormd worden.

Toch is dat niet het hele verhaal, want het gaat ervan uit dat de andere krachten dan wel dezelfde waren als nu het geval is.  Indien de zwaartekracht dezelfde was geweest, en de andere krachten honderd maal zwakker, dan zou het probleem niet anders zijn geweest.  De discussie gaat dus over waarom de relatieve sterktes van de verschillende krachten zijn wat ze zijn, het gaat niet over de zwaartekracht alleen.

De fysica probeert een geheel van fenomenen te beschrijven vanuit een beperkt aantal natuurwetten, en dat lukt vrij goed trouwens.  In dat beeld zijn er vier fundamentele krachten, met telkens hun eigen manier waarop ze werken, namelijk de zwaartekracht, het elektromagnetisme, de zwakke en de sterke kernkrachten.  Ze hebben daarbij telkens hun eigen sterkte, die uitgedrukt wordt door fundamentele constanten, die we kunnen meten, maar waarvoor we geen echte verklaring hebben die bepaalt waarom die constanten zo groot zijn als ze zijn en niet anders.  Met andere woorden, we kunnen geen logische redenering vinden die ons zegt waarom de relatieve sterkte van die vier krachten diegene is die we door experimenten en waarnemingen kunnen bepalen.  Dat betekent dan meteen ook dat de vraagstelling van de fysica niet af is, we kunnen niet beweren dat we 'het allemaal begrijpen'.

Als men niet begrijpt waarom iets is zoals het is, kan het een zinvolle weg zijn om zich af te vragen wat de effecten zouden zijn indien het een beetje anders was geweest, in dit geval indien de verhoudingen van de sterktes van de interacties anders waren geweest.  Als de gravitatie gevoelig sterker was geweest ten opzichte van het elektromagnetisme, dan zou zoals hoger gezegd aan sterren een kort bestaan beschoren geweest zijn in een heelal dat eigenlijk nooit de tijd had gehad om ze te maken.  Als de gravitatie wat zwakker was geweest, dan zou het wellicht ook niet gelukt zijn om sterren te maken, want er zou te weinig zwaartekracht geweest zijn om wolken van gas te doen samentrekken in het expanderende heelal.  Maar daar houdt het niet mee op: indien de sterke kernkrachten een weinig zwakker waren geweest ten opzichte van het elektromagnetisme, dan zouden er nooit atomen zwaarder dan waterstof zich hebben kunnen vormen; indien de zwakke kernkrachten nog zwakker waren geweest, dan zou de eerste kernreactie die de energieyclus in een ster als de Zon vormt, niet gekund hebben.  In beide gevallen waren er ook dan nooit sterren geweest als energiebron voor chemie op eventuele planeten errond!

Bemerk dat het woord 'leven' in dit antwoord nog niet gevallen was.  Bewust, want het ruikt teveel naar het onszelf centraal stellen in ons redeneren over het heelal, en daar hebben we in de geschiedenis al nare ervaringen mee gehad.  Tegelijk is het natuurlijk een triviale waarheid dat we niet kunnen leven in een heelal waarin we niet kunnen bestaan.  Maar we hoeven ons ook hier niet als norm te stellen: in een heelal met andere natuurconstanten kunnen ook andere complexe structuren, die echter veel minder complex zijn dan levende wezens, ook niet ontstaan.

De weg die men vandaag bewandelt om dit probleem op te lossen, is de zoektocht naar een theorie die alle vier interacties in slechts een fundamentele interactie verenigt.  De vier interacties zijn dan manifestaties van dezelfde unieke fundamentele interactie, waarvan de symmetrie spontaan teloor is gegaan.  Een beetje zoals water dat bevriest ijs wordt, met lokaal verschillende breuklijnen.  Als men schat op hoeveel manieren binnen dergelijke theorieen symmetrie kan gebroken worden, komt men tot waanzinnig grote getallen: er zouden dus heel veel mogelijkheden zijn hoe de wereld er kan uitzien.  Als nu zou blijken dat in die grote familie een wereld als de onze een van de weinige is die erg groot kan worden en lang kan meegaan, dan staan we misschien een stapje verder...  Anderzijds zou ook kunnen blijken dat er totaal andere werelden mogelijk zijn die wel complexe evolutie kunnen mogelijk maken, maar helemaal anders dan bij ons.

Conclusie: er blijft nog veel plaats voor verwondering en onbevangen nieuwsgierigheid in de fysica.  En als de geschiedenis van onze wetenschap ons iets heeft geleerd, dan is het dat het vaak de nieuwe frisse kijk van jongeren is geweest die voor conceptuele vernieuwing heeft gezorgd.