Streven. Jaargang 2

[p. 1172]

Vanwaar het Heelal?
door Dr J. Stein

DIE vraag stelde J.W. Campbell in de afscheidsrede bij zijn aftreden als voorzitter van de Koninklijke Astronomische Vereniging van Canada, op 14 Januari 1949.^1.

Mijn onderwerp, zo begint hij, moge pretentieus klinken. Sinds lang vraagt de mensheid met belangstelling naar de verschillende phasen der evolutie van het physisch heelal; maar daarbij bepaalde men zich meestal tot de ontwikkeling van bepaalde onderdelen. Zo hebben wij theorieën omtrent den oorsprong van het zonnestelsel, over de evolutie van afzonderlijke sterrenhopen. Zo geeft Russell ons zijn diagram van een reeks van sterren in verschillende stadia van ontwikkeling, van af de rode reuzensterren in het vroegste stadium geleidelijk toenemend in temperatuur tot het blauwe stadium bereikt is, en vandaar geleidelijk afnemend in lichtsterkte en temperatuur tot het laatste stadium.

Maar al die theorieën gaan uit van een reeds bestaand heelal. En de spreker stelt de vraag: vanwaar dat heelal?

Dat algemeen probleem wil hij bespreken. Hij doet het, zonder te willen suggereren, dat er een bepaald antwoord kan worden gegeven, maar veeleer met het doel, om duidelijk te doen uitkomen, welke moeilijkheden aan dat probleem verbonden zijn.

Tegenover het denkbeeld, dat het heelal zou zijn geschapen op een zeker tijdstip in het verleden, staat het idee, dat het heelal geen begin heeft gehad, of met andere woorden, van eeuwigheid bestaan heeft. Na het vóór en tegen van beide ideeën te hebben gewogen, besluit de spreker met een 'non liquet', en laat de keuze aan ieders oordeel over.

Voor den gelovigen Christen bestaat die twijfel niet. Hij weet uit de goddelijke Openbaring, dat de wereld niet van eeuwigheid is: 'In den beginne schiep God hemel en aarde.' Afgezien van de omstreden vraag, of God de wereld van eeuwigheid had kunnen scheppen, leert ons een eenvoudige overweging dat het wereldproces, zoals het feitelijk is, een begin moet hebben gehad. Een proces, dat ons tot het tegenwoordige stadium heeft gebracht, kon niet van eeuwigheid daarheen op weg zijn geweest. Het zou dit stadium reeds oneindig eerder hebben bereikt, dan nu feitelijk

1. J.W. CAMPBELL, 'The Universe-Whence?' The Journal of the Royal Astronomical Society of Canada 43. 49. 1949.

[p. 1173]

het geval is. Het proces moet noodzakelijkerwijze op een bepaald tijdstip zijn begonnen.^2.

Tot welke consequenties omtrent den aanvang der dingen leiden ons de moderne cosmogonieën?

In het April-nummer van dit tijdschrift heeft F. Bertiau S.J. een klare uiteenzetting gegeven van de theorie van het uitdijend heelal, volgens de geniale opvatting van den priester-astronoom G. Lemaître, hoogleraar aan de Universiteit van Leuven. Volgens die theorie kunnen er hoogstens enkele tientallen milliarden jaren verlopen zijn, sedert de 'ontploffing' van het oer-atoom, waarin alle materie en energie oorspronkelijk gecondenseerd was binnen een ruimte met een straal niet veel groter dan die van ons zonnestelsel. Na die ontploffing is de straal der ruimte met steeds afnemende snelheid toegenomen, tot hij de grootte van een milliard lichtjaren bereikt en langzaam gepasseerd heeft, toen de afnemende aantrekking en de toenemende afstoting elkaar in evenwicht hielden. Daarna kreeg de afstoting de bovenhand en nam de uitzetting van het heelal weer met versnelde vaart toe. Tegenwoordig zou de straal der wereldruimte ongeveer tien milliard lichtjaren bedragen.

Lemaître besluit zijn uiteenzetting met een kort woord te wijden aan den oorsprong, dien zijne theorie toeschrijft aan het heelal. Die oorsprong, zo zegt hij,^3. tekent zich voor ons geestesoog af tegen een achtergrond, die onze verbeelding en ons verstand als een onoverkomelijke barrière in den weg staat. En hij vergelijkt den ruimte-tijd met een kegelvormig bekerglas. Men beweegt in de richting der toekomst, als men een der beschrijvende lijnen volgt naar den bovenrand van het glas. Men gaat rond in de ruimte, als men een cirkel volgt loodrecht op de beschrijvende lijnen. Gaat men in gedachten terug in den tijd, dan komt men op den bodem van den beker, en nadert men het ogenblik, dat geen gisteren had, omdat er gisteren nog geen ruimte was. Dat was het natuurlijk begin van de wereld, een oorsprong waarvóór men zich geen vóórbestaan kan denken, omdat het 't begin der ruimte was en men zich niets kan voorstellen zonder ruimte...

Zover Lemaître. Aan den verstandigen lezer laat hij de gevolgtrekking over. En die ligt voor de hand. Dat oer-atoom, dat er niet was in den beginne, kwam toch niet 'uit de lucht gevallen.' Vóór het begin der wereld was er geen ruimte noch tijd. Wel was er de onveranderlijke eeuwigheid van God, en deze duur was er al vóór de schepping, maar deze onderstelt geen tijd vóór de schepping. De reële tijd is tegelijk met de wereld geschapen.^4. Door God.

2. Vgl. T. PESCH, 'Welträthsel' II. 134. 1884.

3. G. LEMAITRE, 'L'hypothèse de l'atome primitif.' Revue des Qu. Sc. 9. 338-9. 1948.

4. Vgl. P. HOENEN S.J., 'Philosophie der Anorganische Natuur.' 3e dr. 296. 1947.

[p. 1174]

Vergeten wij niet, dat de theorie van Lemaître, hoe schitterend en vernuftig ook, ten slotte een hypothese is, waarvan de bevestiging, zoals hij zelf in alle bescheidenheid erkent, nog afhangt van het resultaat van zeer ingewikkelde berekeningen en van experimentele feiten, waarvoor misschien de grote spiegel van Mount Palomar de gegevens kan leveren.

Ook de astronoom C.F. von Weiszäcker^5. gaat in zijn cosmogonie uit van de hypothese, dat de vorming en vluchtbeweging der spiraalnevels, tegelijk met het ontstaan van het mengsel der zware elementen, 3 à 4 milliard jaren geleden begon met de ontploffing van een 'oer-ster', die de totale massa van het heelal bij enorme temperatuur en druk in zich verenigde. Ziehier een staaltje van de fabelachtige toestanden, die volgens hem in die oer-ster heersten: temperatuur 230 milliard graden, dichtheid 40 milliard kilogram per kubieke centimeter, druk 760 quadrillioen atmosferen. Geheel de materie van het heelal, ongeveer 5000 trillioen zonne-massa's, besloten binnen een volumen met een straal ongeveer gelijk aan den afstand der zon tot de kleine planeet Ceres, of slechts 1 ⅓ maal den straal van de reuzenster Antares!

Een der grootste astrophysici der laatste jaren was ongetwijfeld Sir Arthur Eddington, in 1944 op 62-jarigen leeftijd aan de wetenschap ontvallen. Ook op het gebied der philosophische grondslagen der natuurwetenschap heeft hij zijn eigen ideeën geuit, voornamelijk in zijn 'The Nature of the Physical World', en in 'The Philosophy of Physical Science', denkbeelden, die in de kringen der theoretische physici niet zonder tegenspraak zijn gebleven. In zijn 'The Expansion of the Universe' verklaart hij, dat hij niet instemt met Lemaître's 'vuurwerk-theorie.'^6. Hij zelf stelt zich den oer-toestand voor^7. als een uiterst diffuse, gelijkmatige verdeling van protonen en electronen, die de gehele sferische ruimte vulde en gedurende een uiterst langen tijd ongeveer in evenwicht bleef, totdat de inherente instabiliteit de bovenhand kreeg. Kleine onregelmatige storingen hoopten zich op, en de evolutie zette in. In het eerste stadium vormden zich verdichtingen, die zich tot melkwegstelsels ('galaxies') ontwikkelden; dan begon een uitdijing, die automatisch in snelheid toenam, en die zich nu aan ons openbaart in de vlucht der spiraalnevels.

In de ontwikkeling van het wereldproces spelen de wetten der thermodynamica een hoofdrol.^8. De eerste wet leert ons, dat het arbeidsvermogen in het heelal onverwoestbaar is: het kan andere vormen aannemen, maar de totale hoeveelheid blijft onveranderd. Daar die energie de bron is van alle beweging en leven, zou men kunnen denken, dat ook het leven

5. Aangehaald in A. UNSOLD, 'Kernphysik und Kosmologie.' Zeitschr. für Astrophysik 24. 296, 302. 1948.

6. Sir Arthur EDDINGTON, 'The Expanding Universe.' 59. 1946.

7. t.a. p. 56.

8. Vgl. Sir James JEANS, 'The Universe around us.' 4th Edition 1945. 276-280.

[p. 1175]

onverminderd kan blijven voortduren. Maar de tweede wet der thermodynamica leert ons, dat dit niet het geval kan zijn. De energie is onderhevig aan gestadige degradatie, een vermindering van bruikbaarheid. Licht en warmte zijn beiden vormen van energie, en een millioen ergs aan licht kan gemakkelijk getransformeerd worden in een millioen ergs aan warmte, maar niet omgekeerd. Stralingsenergie van kortere golflengte streeft naar omzetting in een vorm van langere golflengte. De stralingsenergie der zon, bestaande uit licht en warmte van alle golflengten, die in de steenkolenlagen is vastgelegd, wordt bij het verbranden der steenkolen weer omgezet in licht en warmte: warmte zelfs meer, maar licht veel minder dan de zon er oorspronkelijk in gelegd heeft. De slotsom is, dat een hoeveelheid licht omgezet is in een hoeveelheid warmte. Zo leert ons de thermodynamica, dat al de verschillende vormen van energie verschillende graden van bruikbaarheid bezitten, en dat de omzetting altijd geschiedt in de richting van hogere naar lagere bruikbaarheid. En als de laagste sport der ladder bereikt is, houdt alle leven op, en er blijft een dood heelal over, waarin alle lichamen dezelfde temperatuur hebben. - Wetenschappelijk uitgedrukt: de entropie van het heelal neemt gestadig toe, tot zij haar maximum bereiken zal op een niet oneindig ver verwijderd tijdstip in de toekomst.

En hoe staat het met het verleden?

Wij hebben reeds betoogd, dat het wereldproces noodzakelijkerwijze een begin moet hebben gehad. 'Het is ondenkbaar, zo zegt Eddington,^9. dat wij de erfgenamen zouden zijn van een oneindigen tijd van voorbereiding... wij hebben gezien, dat het heelal aan het aflopen is: tussen het begin van den tijd en den dag van heden moeten wij plaats vinden voor het opwinden van het heelal... De astrophysica van het laatste driekwart eeuws vordert een datum, waarop het samenstel van het heelal werd geschapen in een staat van hoge organisatie, of waarop een vóórbestaand samenstel begaafd werd met die organisatie, die sindsdien op kwistige wijze verloren raakt. Bovendien is die organisatie de antithese van het toeval. Het is iets, wat niet door toeval kon tot stand komen.

Dit feit, zo gaat Eddington voort, is vaak gebruikt als een argument tegen een te agressief materialisme. Het werd aangehaald als een wetenschappelijk bewijs voor de tussenkomst van den Schepper op een niet oneindig ver verwijderd tijdstip in het verleden. Maar, zo zegt hij, ik ben er niet voor, daaruit enige overhaaste conclusie te trekken. Als wat te grof moeten zowel natuurvorsers als theologen de naieve theologische leer beschouwen, die (behoorlijk vervormd) tegenwoordig in elk handboek der thermodynamica wordt gevonden, dat God enige billioenen jaren geleden het heelal heeft opgewonden en het verder aan zijn lot heeft overgelaten.

9. Sir Arthur EDDINGTON, 'The Nature of the Physical World.' 89-91. 1947.

[p. 1176]

Men kan dat beschouwen als de werk-hypothese der thermodynamica, veeleer dan als haar geloofsverklaring. Het is een van die conclusies, waaraan men logisch niet kan ontkomen - maar zij lijdt onder het euvel, dat zij ongelofelijk is. Als wetenschappelijk man geloof ik niet, dat de tegenwoordige orde begonnen is met een knal (a bang); onwetenschappelijk voel ik mij evenzeer onwillig dat aan te nemen vanwege de daarin betrokken discontinuïteit in de goddelijke natuur.'

Bij deze ontboezeming merken wij het volgende op. Inderdaad is het een dwaasheid aan te nemen, dat God het heelal na de schepping aan zijn lot zou hebben overgelaten: een oude dwaling, die als deisme bekend staat. De christelijke wijsbegeerte, in overeenstemming met de openbaring, leert ons, dat Gods werking in de wereld zich niet beperkt tot de eerste scheppingsact; zij blijft noodzakelijk voor de instandhouding der wereld. De wereld ontvangt voortdurend haar aanzijn van God, zoals zij het op het ogenblik der schepping ontving. De instandhouding der dingen door God, zo zegt de hl. Thomas, geschiedt niet door een nieuwe acte, maar door de voortzetting van de act, die hun het aanzijn gaf.^10. God is niet zoals de architect, die na den bouw heengaat, terwijl het gebouw blijft staan; neen, de wereld zou onmiddellijk in het niet terugzinken, indien God zijn beschermende hand terugtrok.^11. En niet alleen in hun zijn, maar ook in hun werking zijn de schepselen afhankelijk van Gods effectieve medewerking, zonder dat daarmede aan hun natuurlijke activiteit in het minst afbreuk wordt gedaan.

Zo was dus de tijdsduur van het wereldproces eindig in het verleden, zoals die eindig zal zijn in de toekomst. Toch is er, zo zegt Eddington,^12. een zekere school, voor wie de finale aftakeling van het heelal iets onuitstaanbaars is, en die zich vermeit in verschillende verjongingstheorieën. Hun mascotte is de vogel Phenix. Zou er dan toch geen tegenproces denkbaar zijn, waardoor de straling in de ruimte weer vergaard wordt, en zich ontwikkelt tot protonen en electronen, en het proces opnieuw aanvangt? Dat is reine speculatie, en met dat al kan men het onverbiddelijk aflopen van de wereld door verlies aan organisatie niet stop zetten. Wie verlangt naar een heelal, dat onbepaald lang in activiteit kan volharden, moet een kruistocht ondernemen tegen de tweede wet der thermodynamica. Maar wij zien geen kans, hoe de aanval slagen kan. Het is een punt, waarover de wetenschap zwijgt, en alles wat men er vóór kan zeggen, is vóóroordeel.

Men ontmoet soms de tegenwerping, dat de ommekeer van het wereldproces niet absoluut onmogelijk is, omdat de tweede wet niet berust op

10. S. THOMAS. Summ. Theol. I. 9. 104, a. 2 ad 4.

11. S. AUGUSTINUS, 'De Genesi ad litt.' 4 c. 12.

12. t.a. p. 91-2.

[p. 1177]

zekerheid, maar enkel op waarschijnlijkheid. Zelfs aangenomen, dat dit zo is, is die waarschijnlijkheid dan toch van een geheel bijzondere orde. Professor Whittaker^13. vergelijkt de mogelijkheid van den ommekeer met het volgende geval. Neem een volledig kaartspel. Rangeer elk van de vier soorten van kaarten - schoppen, harten, ruiten, klaveren - ordelijk in hoopjes, van de aas tot de twee, en leg de vier hoopjes op elkaar. Schudt dan het hele pak zo lang, tot alle spoor van orde verdwenen is. Hoe groot is dan de kans, dat na een nieuw schudden de oorspronkelijke orde weer toevallig terugkomt? Die kans is van één tegen het getal 1 gevolgd door 68 nullen! En dat is nog slechts een kinderspel vergeleken met de kans op ommekeer van het wereldproces.

Eenmaal vastgesteld, dat het wereldproces een begin moet hebben gehad, heeft men zich afgevraagd, hoeveel jaren sinds den aanvang daarvan verstreken zijn.

In het jaarverslag der Royal Astronomical Society over de vorderingen der astronomie in 1946^14. geeft B.J. Bok een overzicht over den stand der kwestie van de 'tijdschaal' van het heelal, een term, die thans bij voorkeur gebruikt wordt in plaats van de uitdrukking 'de ouderdom van het heelal' om een vast uitgangspunt in het verleden aan te duiden afgezien van de vraag naar het absolute begin van den kosmischen tijd. In de twintiger-jaren waren de astronomen er vrijwel over eens, dat het melkwegstelsel en de meeste sterren daarin van één tot tien billioen jaren hadden bestaan in den meer of minder tegenwoordigen vorm. Nog in 1929 vatte Jeans de meningen der meeste astronomen samen in de stelling, dat vele lijnen van evidentie samenliepen, om aan de grote massa der sterren een ouderdom van 5 tot 10 billioen jaar toe te schrijven, en dat alle kosmische nevels even oud konden zijn. Volgens die zienswijze kon de geschiedenis van het heelal der sterren en galaxies rugwaarts worden gevolgd tot op zijn minst duizend maal den aangenomen ouderdom van het zonnestelsel (3 milliard jaren).

Omtrent 1930 werd het duidelijk, dat een nadere herziening van het probleem aan de orde was. De spoorslag daartoe werd gegeven door de ontwikkeling van de spectaculaire hypothese van het uitdijend heelal, die aan de Sitter aanleiding gaf tot de volgende uiting: de bekoring is groot om het tijdstip van het begin der expansie gelijk te stellen met den aanvang der wereld, wat daarvan ook de betekenis zijn moge. Maar astronomisch gesproken was het begin der uitdijing eerst 'van gisteren', niet veel vroeger dan de vorming der oudste rotsen op aarde. En de Sitter was niet geneigd, die korte tijd-schaal toe te passen op de algemene evolutie

13. Sir Edmund WHITTAKER F.R.S., 'The Beginning and End of the World.' 38. 1942.

14. Monthly Notices Royal Astr. Soc. 106. 61. 1946.

[p. 1178]

der sterren. Hij stelde, dat de afzonderlijke sterren en sterrenstelsels enige duizenden malen ouder konden zijn dan het heelal in zijn geheel.

De overgang van de lange naar de korte tijdschaal (± tien milliarden jaren) geschiedde tussen 1934 en 1937. In de discussie over den ouderdom van het heelal, gehouden in de April-vergadering van 1935 van de Royal Astronomical Society^15. verdedigde Jeans nogmaals zijn standpunt van de lange tijdschaal, voornamelijk gebaseerd op zijn onderzoekingen omtrent den ouderdom van wijde bewegende sterrenhopen, de gelijkmatige verdeling der energie onder de sterren, en de statistieken van de banen der dubbelsterren. Daarna sprak Eddington, die de voorkeur gaf aan de korte tijdschaal, gebaseerd op de uitdijing der kosmische nevels. Eens had het heelal der galaxies een minimalen omvang en de vraag kan gesteld worden, of dit de aanvang der dingen was. Wil men met de Sitter aannemen, dat de sterren veel ouder waren dan de galaxies, dan moet men veronderstellen, dat, zegge een billioen jaren geleden, de sterren wijd uiteen verspreid waren, maar dat alle zich binnenwaarts bewogen, om twee of drie milliard jaren geleden alle tegelijk in een kleine ruimte samen te treffen. Die idee lijkt fantastisch. Ook Milne was het met Eddington eens, dat het denkbeeldig bestaan van een materieel heelal vóór den natuurlijken nul-tijd tot een volkomen fantastisch wereldbeeld leidt.

In het Maart-nummer 1936 van 'The Observatory'^16. bestreed Bok de argumenten van Jeans voor de lange tijdschaal. En hij besloot zijn artikel met te zeggen, dat de theorie van het uitdijend heelal leidt tot een 'catastrophe' die drie milliard jaren geleden plaats vond, en dat men verleid wordt, om den oorsprong van sterren en sterrenstelsels proefsgewijze op het tijdstip dier catastrophe te plaatsen. Maar met opzet heeft hij onbesproken gelaten, wat lang vóór de catastrophe kon hebben plaats gevonden. Wij mogen hier niet de mogelijkheid onvermeld laten, dat de waargenomen enorme verschuivingen der spectraallijnen naar rood in de spectra der kosmische nevels niet te wijten zouden zijn aan de snelle heenvlucht der spiraalnevels, maar aan een nog onbekend physisch beginsel.^17. Zou het niet mogelijk zijn, dat de lichtquanta op hun lange reis van vele millioenen jaren door de wereldruimte aan energie verliezen en daardoor naar rood afzakken? Nieuwere waarnemingen zijn nodig, om te onderzoeken of deze ad hoc gestelde hypothese steekhoudend kan zijn. Dan ware er van geen uitdijing van het heelal meer sprake.

Ook afgezien van deze uitdijing komt Bok tot het besluit, dat de meeste aanwijzingen pleiten ten gunste van de korte tijdschaal (3 tot 5 milliard

15. Verslag in 'The Observatory' 58. 108. 1935.

16. BOK, Bart J., 'Galactic Nebulae and the Cosmic Time - Scale.' The Observatory 59. 76. 1936.

17. Edwin HUBBLE, 'The Observational Approach to Cosmology.' 22-44. 1937.

[p. 1179]

jaren). Het bewijs berust hoofdzakelijk op het voortbestaan van meer of minder dichte sterrenhopen en -stromen, zoals die in de Stier, de Grote Beer, de Plejaden enz., die op den langen duur zich verstrooien en uiteenvallen en wier verleden daarom hoogstens enkele milliarden jaren kan bedragen. Ook het betrekkelijk geringe aantal van wijde dubbelsterren pleit tegen de lange tijdschaal.

Tot een zelfde resultaat komt ook A. Unsöld in zijn 'Kernphysik und kosmologie'.^18. Alle met de ervaring verenigbare cosmogonieën, zo zegt hij, leiden overeenstemmend tot het besluit, dat de afmetingen der wereld vroeger aanzienlijk geringer waren en voor één à tien milliard jaren hun minimum bereikt hebben. Het vermoeden ligt voor de hand, dat de melkweg en de andere spiraalnevels toen ontstaan zijn, tegelijk met de materie der aarde en der meteorieten. Alles wel beschouwd kan men 5 milliard jaren als de hoogste grens voor den 'ouderdom der wereld' stellen, een aanduiding, die ten volle gerechtvaardigd lijkt, daar er blijkbaar geen oudere kosmische objecten bestaan. In elk geval kan men met vrij grote zekerheid aannemen, dat de spiraalnevels en de melkweg, met het mengsel der op aarde en in de meteorieten aanwezige elementen binnen een betrekkelijk korte tijdsruimte 3 à 4 milliard jaren geleden 'ontstaan' zijn.

Volgens de jongste cosmogonische onderzoekingen heeft dus voor 3 tot hoogstens 10 milliard jaren een gebeurtenis of een reeks van gebeurtenissen plaats gegrepen, waardoor het wereldproces in gang is gezet.

Ongerijmd is de veronderstelling, dat de materie of energie te voren bestond in een volkomen inerten toestand, waaruit zij op een gegeven ogenblik spontaan tot activiteit zou zijn ontwaakt. Want waardoor kon dat ogenblik voorbeschikt zijn geweest boven alle andere ogenblikken der eeuwigheid?^19. Het begin van het wereldproces, zo erkent Eddington^20., schijnt onoverkomelijke moeilijkheden te bieden, tenzij men er in toestemt, het als zuiver 'bovennatuurlijk' te beschouwen. Wij hebben reeds gezien, waarom Eddington zich daartoe niet geneigd voelde. En toch is Gods scheppingsdaad de enig ware en volkomen redelijke oplossing.

Besluiten wij met de woorden van Professor Whittaker^21.: 'Als wij met zuivere wetenschappelijke methodes de ontwikkeling van het stoffelijk heelal in het verleden nasporen, dan komen wij ten laatste tot een kritischen toestand, vóór dien geen werking der natuurwetten, zoals wij die kennen, meer mogelijk was; in feite: een Schepping. Natuur- en Sterrenkunde kunnen ons door het verleden terug naar den aanvang der dingen leiden, en aantonen, dat er een Schepping moet geweest zijn: maar van de Schepping zelf kan ons de wetenschap geen rekenschap geven.'

18. A. UNSOLD. t.a. p. 292.

19. WHITTAKER, t.a. p. 63. Vgl. id. Space and Spirit. Theories of the Universe and the Arguments for the Existence of God. 116. 1946.

20. The Expanding Universe. 125.

21. WHITTAKER, t.a. p. 4.