Als we aannemen dat de kosmos 13,8 miljard jaar oud is en de temperatuur 2,7°K bedraagt, zouden we, afhankelijk van de begintemperatuur van de oerknal een recente (bv. 100 jaar) vermindering kunnen vaststellen. Hoe heter de oerknal, hoe sneller de afkoeling en dus hoe gemakkelijker de meting.
De temperatuur van de kosmologische achtergrondstraling is van alle kosmologische parameters deze die we het meest nauwkeurig kunnen bepalen: de onzekerheid op de meting is van de orde van een duizendste (0.1%). De theorie (en in dit geval is dat gewone basisfysica) leert ons dat die kosmologische temperatuur moet afnemen volgens 1/t, waarbij t de ouderdom van het heelal is. Honderd jaar is van de orde van een honderdmiljoenste (10^-8) van de ouderdom van het heelal. De verandering van de temperatuur van het heelal in onze omgeving gedurende een eeuw is dus zowat honderdduizend maal kleiner dan de nauwkeurigheid van onze metingen...
Bemerk ook dat uw laatste zin ('hoe heter de oerknal, hoe sneller de afkoeling') niet klopt: die 1/t-wet hangt niet af van de begintemperatuur, die is hoe dan ook 'oneindig'. Hetgeen natuurlijk illustreert dat we de oerknal zelf niet begrijpen met onze fysica, maar dat doet niets af van de geldigheid van onze fysica na ongeveer 1 seconde, toen de temperatuur gedaald was tot een waarde die overeenkomt met omstandigheden die we met onze experimenten kunnen bestuderen. Let wel: het is de meting van de achtergrondtemperatuur vandaag die de hele schaal vastlegt.
Maar ik heb toch goed nieuws voor u. De verandering van de 'temperatuur van de kosmos' hebben we wel al gemeten. Niet hier, maar van hieruit. Met onze grote telescopen kijken we steeds verder in de ruimte, maar dat is dus - door de eindige snelheid waarmee het licht op ons afkomt - ook verder terug in de tijd. Het licht dat we ontvangen van verre sterrenstelsels is dan ook licht dat uitgezonden werd in een verleden waarin de achtergrondtemperatuur van de kosmos groter was. En die hogere temperatuur heeft invloed op de gemiddelde toestand waarin atomen of moleculen zich bevinden: als de temperatuur (in kelvin) nul is, staat alles stil, en naarmate de temperatuur hoger is, zijn toestanden met meer energie meer bevolkt. En dat soort diagnostiek kunnen we afleiden uit de analyse van het licht dat we van objecten diep in het universum ontvangen. En wat blijkt? In sterrenstelsels waarvan we het spectrum meten van licht toen het heelal een derde zo oud was als vandaag, was de achtergrondtemperatuur driemaal groter. Toen ik dat voor het eerst zag, ben ik bijna in tranen uitgebarsten van ontroering...
Erg veel dank voor uw antwoord. Mijn idee, dat vele antwoorden gaf op veel onbegrepen problemen zoals donkere materie en donkere energie, blijkt dus niet te kloppen. Ik ging ervan uit dat het heelal begonnen was met o°K en stilaan opgewarmd werd. Niet dus. Mijn bewondering !
Blij dat u tevreden bent! Mijn hoop is verder dat uw 'bewondering' slaat op de wereld waarin we leven, en niet op mij, want ik ben maar een nietig product van een fascinerende wereld. Ik maak van de gelegenheid gebruik om een kleine correctie aan te brengen. In mijn antwoord vermeldde ik dat de kosmische temperatuur afneemt volgens 1/t, waarbij t de kosmische tijd is, maar het moet eigenlijk zijn 'volgens 1/a(t)', waarbij a(t) de schaalfactor is van het heelal, de mate waarin de afstanden tussen de sterrenstelsels toenemen. Hoe die a(t) afhangt van de tijd, is wat ingewikkelder dan puur lineair, maar het is zeker zo dat het een toename is, en dat de temperatuur dus afneemt. De getallen die ik hoger vernoemde zijn dus enigszins approximatief, maar de redeneringen houden stand. Ik wilde het niet te moeilijk maken, maar wil nu toch ook vermijden dat een geïnstrueerde lezer denkt dat een emeritus professor niet weet waarover hij spreekt...
Dank. Ik zou u graag mijn (fout) idee voorleggen (4 blz). Ik geloof u zonder voorbehoud (zie falsificatie), maar ik weet graag waarom mijn idee fout is. Dank bij voorbaat. HET VOLTOOIDE UNIVERSUM Een fantasierijke visie over het heelal. Eddy Konings Elst, 02.04.2023 INLEIDING Laat mij eerst en vooral duidelijk maken dat ik geen fysicus ben of hogere studies heb genoten. "Het voltooide universum" kan dus niet begrepen worden als een wetenschappelijke stelling. Het kan in het beste geval een fantasierijk opstel zijn. Ik heb mijn verbeelding dan ook in overdrive de vrije loop gelaten. Veel leesgenot. TWEE WERELDEN We leven in twee werelden. De eerste wereld is alledaags en kennen we zeer goed. Aristoteles, Copernicus, Newton, Einstein en vele anderen hebben hem berekend en beschreven. Vergeten we Darwin, Teilhart Dujardin en anderen niet die het leven en de evolutie ervan hebben begrepen. We zien de natuur zijn gang gaan met de seizoenen, geboorte en ondergang van soorten, de kringloop in het bestaan van de planten, enz. Ook wij worden geboren, groeien op, werken, zorgen voor nageslacht, worden oud en sterven. In deze wereld is tijd prominent aanwezig. De tweede wereld is niet direct waarneembaar en zeer geheimzinnig. In deze wereld kan energie zich gedragen alsof het materie zou zijn, en omgekeerd gedraagt materie zich soms alsof het energie zou zijn. In deze wereld kan een ding (deeltje) zich tezelfdertijd op meerdere locaties bevinden (superpositie). Hier kunnen twee dingen, zelfs op zeer grote afstand van elkaar, verbonden lijken zodat een gebeurtenis bij het ene ding onmiddellijk gevolgen heeft voor het andere (verstrengeling). Hier kunnen dingen teleporteren zoals een elektron dat verspringt van de ene energiebaan naar de andere. Hier kunnen dingen energiebarrières overwinnen alsof wij dwars door een muur zouden lopen zonder onszelf of de muur te beschadigen (tunneling). Het lijkt wel tovenarij. Al deze evenementen kunnen slechts verklaard worden als we aannemen dat in deze wereld tijd niet bestaat. HET BEGIN Tijd , E=MxV2 , het heelal is oneindig en onbegrensd. Men neemt aan dat het universum is ontstaan in het niets. Met "niets" bedoel ik geen lege ruimte, maar geen ruimte, geen tijd, geen materie, geen energie, geen straling: NIETS. Behalve misschien een singulariteit, wat ook aangenomen wordt door geleerde fysici. Deze singulariteit zou geëxplodeerd zijn met het heelal als resultaat. Niet dus. Einstein zei al dat tijd relatief is. Maar wat is tijd in feite? Tijd is iets wat materie nodig heeft om zich met een bepaalde snelheid te verplaatsen van A naar B in de ruimte. In de kwantumwereld bestaat tijd echter niet, en onze singulariteit waaruit het heelal zou zijn ontstaan is een (energie-)kwantum (niets dus), dat zich gedraagt als materie. Snelheid is afstand gedeeld door tijd. Als tijd niet bestaat dan delen we de omvang van de singulariteit door 0, wat oneindige snelheid geeft, wat betekent dat het heelal oneindig groot en onbegrensd is. Energie is materie maal snelheid tot de tweede macht. Als snelheid oneindig is dan vermenigvuldigen we de massa van de singulariteit met oneindig tot de tweede macht, wat terug oneindig (maal oneindig) geeft. Wanneer we veronderstellen dat onze singulariteit niet geëxplodeerd is, maar gewoon verdwenen, dan hebben we volgens Einsteins formule de kosmos, gevuld met oneindig veel (oer-) energie in het kwadraat. Het is een onbekende soort energie die we niet kennen en niet kunnen waarnemen. De moderne fysicus spreekt in dit verband van “donkere energie”. Deze energie heeft ook geen temperatuur. Het prille universum was dus koud (0° Kelvin). De donkere energie heeft als eigenschap dat ze ten alle tijde de neiging heeft te willen materialiseren. Ik vergelijk dit graag met gekoeld water dat rond de nul graden Celsius wil bevriezen. In eerste instantie vormt het water ijsnaalden. Wanneer dit proces niet gestoord wordt door het kolken of stromen van het water, gaan die ijsnaalden zich onderling verbinden om ijskristallen te vormen en uiteindelijk een ijslaag. Wanneer het water wel verontrust wordt, nemen de ijsnaalden een deeltje van de bewegingsenergie over een vervallen ze terug tot water. De donkere energie wordt dus een soort materie die we evenmin kennen of kunnen waarnemen: donkere materie. Het kleinste wat ik me kan voorstellen zijn snaren. In vergelijking met het water zullen die snaren, wanneer ze niet verstoord worden door zwaartekrachtgolven, neutrino's, gammastralen, fotonen of andere stralen, samenklonteren om materie te vormen. We spreken over de kleinste deeltjes zoals quarks, elektronen, fotonen, kwanta en andere bosonen en hun families, waaronder de Higgsdeeltjes. Als ze echter wel verontrust worden zullen ze onmiddellijk vervallen in (donkere) energie. Daarvoor onttrekken ze ietwat energie aan de fotonen die voorbijkomen om ze terug af te geven in de vorm van warmte. (Dit zien we ook als we het licht aandoen. Als we de elektronen in een wolframdraad voldoende exciteren zodat ze in een hogere energiebaan komen, vallen ze direct terug mits het afgeven van fotonen.) De fotonen, afkomstig van verre sterrenstelsels, hebben dus wat minder energie. Dit wij zien als een roodverschuiving. We kunnen dus twee conclusies trekken: a) De oerknal was, als hij al gebeurd is, niet heet. De kosmos werd per direct gevuld met koude, donkere energie. De temperatuur van 2,7° Kelvin, die we nu kunnen meten is geen restwarmte van de oerknal, maar afkomstig van het verval van donkere materie; b) De kosmos dijt niet uit, laat staan versneld. De roodverschuiving is het gevolg van energieverlies van fotonen aan de donkere materie die vervalt. Hoe langer de reis van het foton, hoe groter is het verlies en hoe groter de roodverschuiving. HET UNIVERSUM Het verhaal gaat verder met de vorming van elektronen, protonen e.d. Algauw krijgen we dus waterstof dat, onder invloed van de Higgsdeeltjes gaat samentrekken om uiteindelijk sterren te vormen. De eerste sterren moeten enorm groot zijn geweest. Hun brandstof werd relatief snel opgebruikt, waarna ze zeer veel materie afstootten en verder implodeerden tot zwarte gaten. Uit die materie zijn de sterrenstelsels en de sterren van de tweede en derde generatie gevormd. Ons huidig universum heeft zijn vorm gekregen. Het is voltooid. SLOT Gevolgen: - de fysicawetten gelden overal op elke plaats in de kosmos, ook de wetten die we nog niet kennen. - elk punt in de kosmos is het middelpunt van zijn eigen universum. - elk universum dijt uit met de snelheid van het licht (niet de materie maar wel de waarnemingshorizon). - er zijn zeker nog andere levensvormen, buitenaards leven is even oud als het leven op aarde. (Het heelal is overal ongeveer 13,8 miljard jaar oud) - buitenaardse intelligentie is zeer waarschijnlijk, maar afhankelijk van toevalligheden (Darwin, meteorieten, andere alles vernietigende fenomenen). - wij mogen dus veronderstellen dat het buitenaards intelligentieniveau vergelijkbaar is met het onze. FALSIFICATIE De temperatuur van de kosmos bedraagt 2,7°K. Volgens de algemeen aanvaarde wetenschap moet de kosmos onder invloed van de versnelde uitdijing van het heelal verder afkoelen. Als bij de oerknal die temperatuur ontzettend hoog moet zijn geweest, dan gaat die afkoeling relatief snel. Veronderstel een begintemperatuur van 13.800.000°K dan koelt de kosmos af met 1°K per 1.000 jaar ! Dit wil zeggen 0,1K per 100 jaar (meetbaar?) en de absolute nul-temperatuur binnen 2.700 jaar. Bij de nul-temperatuur wijzigen de fysicawetten, wat het einde van het heelal zou betekenen ! In mijn verhaal zal de kosmos door de energie afkomstig van het verval van donkere materie verder opwarmen. Dit gebeurt zeer traag, namelijk 1°K per 5,1 miljard jaar. Zeer zeker onmeetbaar ! De vraag dringt zich op: koelt de kosmos af of warmt ze op? Kunnen wij dit op een of andere manier meten? NABESCHOUWING Als we met onze grootste en beste telescopen in de ruimte kijken, zien we misschien op de grens van ons waarnemingsvermogen een nova. Aangezien de eerste sterren enorm groot moeten zijn geweest, zal de explosie navenant groot zijn, met als restanten een zwart gat en voldoende puin om een sterrenstelsel te vormen. Wij zien dan de geboorte van een nieuw sterrenstelsel. Ik stel me voor dat ik mij nu ergens in dat sterrenstelsel bevind dat ondertussen 13.000.000.000 jaar oud is (Ik reken op ongeveer 800 miljoen jaar om met nieuwe materie een zon te vormen en te laten opbranden. Het kan ook meer of minder zijn. Het is ook mogelijk dat onze telescopen nog niet in staat zijn om de grens van ons universum te zien). Mijn imaginaire thuisplaneet bevindt zich in de leefbare zone van een middelmatig, eerder kleine ster, vergelijkbaar met de zon. Een ster die zich heeft ontwikkeld uit het puin van andere sterren, een ster van de derde generatie. De levensomstandigheden op mijn planeet zijn vergelijkbaar met die van de aarde, dus ook het ontstaan en de ontwikkeling van leven hadden er dezelfde kansen. Intelligent leven is er dus heel waarschijnlijk ook, vergelijkbaar met dat van ons. De wezens van die planeet hebben sterrenkijkers ontworpen waarmee ze de grenzen van hun universum kunnen bestuderen. Zij kunnen op de grens van hun waarnemingsvermogen een heldere nova waarnemen. De nova waaruit de Melkweg is ontstaan, 13 miljard jaar geleden ! Het zou misschien wel eens waar kunnen zijn. Of niet.
Enkel de vraagsteller en de wetenschapper kunnen reageren op een antwoord.
© 2008-2024
Ik heb een vraag wordt gecoördineerd door Eos wetenschap. Voor vragen kun je terecht bij liam.verbinnen@eos.be
