In de wetenschap is het een goede vuistregel...
...dat de eenvoudigste vragen vaak het moeilijkst te beantwoorden zijn.
Vragen zoals: 'Hoe ontstond het heelal?'
Tot niet zo lang geleden had de wetenschap de middelen niet...
...om vragen over het ontstaan van het heelal te beantwoorden.
Maar in de laatste honderd jaar, werden een reeks doorbraken gemaakt...
...door mannen en vrouwen...
...die, met behulp van observatie, doorzettingsvermogen en toeval...
...dit epische, kosmische mysterie oplosten.
Dit was astronomisch goud.
Ik ga hun bekendste ontdekkingen recreëren...
...en hun grootste experimenten uitvoeren.
Dertigduizend kilometer per seconde.
Die ons van de grootste objecten in het heelal...
...naar de oneindig kleine meenemen.
Tot ik de grenzen van onze kennis, door terug te gaan in de tijd...
...om het ontstaan van het heelal te recreëren.
Het moment 1.000.000e seconde na het ontstaan van het heelal.
Dit is een tijd voor enige materie...
...werd gevormd die we als zodanig zouden herkennen.
Dat is zo dicht als we ooit kunnen hopen bij de creatie.
Bij het begin der tijden.
Het begin van het heelal.
Het is een bijzonder feit dat de wetenschap honderden jaren...
...kostte om een theorie te vormen die het ontstaan van het heelal uitlegt...
...en nog verrassender...
...gezien het een eenvoudige en fundamentele vraag is.
Het is typisch menselijk om de vraag te stellen...
...'Waar komt dit allemaal vandaan?'
Misschien omdat het een diepere, meer fundamentele versie is van...
...'Waar kom ik vandaan?'
Maar tijdens de menselijke geschiedenis...
...konden de antwoorden voor een schijnbaar eenvoudige vraag...
...enkel door religie worden beantwoord.
Pas in het midden van de 20e eeuw...
...bouwde de wetenschap haar eigen coherente en overtuigende verklaring op.
Het was een verhaal gebaseerd op theorie, voorspellingen en observaties.
Het verhaal dat eindelijk kon verklaren...
...wat er bij het begin der tijden gebeurde.
Het ontstaan van het heelal.
Iets meer dan 100 jaar geleden...
...wanneer wetenschappers zelfs maar over het heelal nadachten...
...beschouwden ze het als eeuwig, oneindig en stabiel.
Zonder begin of einde.
Dus was het onmogelijk om zelfs maar...
...vragen te stellen over het ontstaan van het heelal...
...maar dat begon bij het begin van de 20e eeuw te veranderen.
Nieuwe ontdekkingen onttroonden oude zekerheden...
...en maakten de weg vrij voor vragen over waar het heelal vandaan kwam.
Eén observatie veranderde ons idee over de echte omvang van het heelal.
Het begon met een mysterie in de lucht.
Aan het begin van de 20e eeuw...
...was het bekend dat ons zonnestelsel zich in een sterrenstelsel bevond...
...de Melkweg.
Iedere ster die we met het blote oog kunnen zien...
...bevindt zich in ons sterrenstelsel.
En tot de jaren twintig waren al die sterren...
...dat ene sterrenstelsel, het volledige heelal.
Daarbuiten was er slechts leegte.
Maar er waren ook wat raadselachtige objecten...
...net zichtbaar met het blote oog...
...die er anders uitzagen.
En één van de opmerkelijkste is Andromeda.
Je kunt Andromeda zien, als je weet waar te kijken.
Als je begint bij Cassiopeia...
...die vijf sterren in de vorm van een zijdelingse M...
...en je gaat vanaf de punten van de M...
...een beetje omhoog, dan vind je Andromeda.
Ik gebruik mijn verrekijker om me te helpen.
In de eerste plaats...
En als ik...
Zijdelings ga, daar is hij.
Je kunt zien dat het geen ster is.
Het is meer een vage vlek...
...tussen die twee sterren.
Daar is hij.
Dat is M31, de grote Andromedanevel.
Ze werden nevels genoemd...
...omdat ze eruitzagen als een vlek, een soort piekerige wolk.
Het woord nevel komt trouwens van het Latijnse woord voor wolk.
Die onduidelijke objecten werden overal...
...in de nachtelijke hemel gevonden.
Telescopen onthulden dat deze nevels...
...veel complexer waren dan eenvoudige wolken interstellair gas.
Het lijken enorme groepen van sterren...
...en dat bracht twee intrigerende mogelijkheden met zich mee.
Waren dit stellaire kwekerijen, plaatsen waar sterren werden geboren...
...en verbleven in ons eigen sterrenstelsel?
Of, veel diepgaander...
...waren deze mooie, mysterieuze objecten zelf sterrenstelsels...
...ver buiten de Melkweg?
De implicaties van die tweede optie waren enorm.
Als dat waar was, zou dat onmiddellijk ons idee geheel veranderen...
...over de omvang van het heelal.
Dit was een mogelijkheid...
...voor een ambitieuze astronoom...
...om bekendheid te verwerven...
...eventueel iemand met een hele grote telescoop.
Laat die man een stap naar voren nemen.
Edwin Hubble, een man uit Missouri.
Maar als je hem ontmoet had, had je het nooit gedacht...
...want hij had een vreemd karakter, rookte een pijp, dronk thee...
...en sprak met een gekunsteld, aristocratisch Engels accent.
Hubble is waarschijnlijk de bekendste astronoom ooit...
...niet enkel omwille van zijn uitmuntend vermogen tot zelfpromotie...
...maar ook omwille van de ongelooflijke metingen die hij deed.
In de tijd van Hubble, wat observaties...
...en nieuwe ontdekkingen betrof, was de omvang van belang.
Tegenwoordig is dit de sterkste optische telescoop ter wereld.
De GTC...
...met een primaire spiegel van meer dan tien meter...
...of 400 inches in diameter.
Veel groter dan wat Hubble had.
In september in 1923...
...werkte Hubble met wat toen de grootste telescoop ter wereld was.
De 100 inch Hooker telescoop in het observatorium van Mount Wilson...
...aan de top van de hoge Sierra bergketen...
...die uitkijkt over Los Angeles en Californië.
Hij gebruikte die...
...om één van de meest opvallende nevels in de lucht te bestuderen...
...de Andromedanevel.
Dezelfde nevel waar ik eerder naar keek.
En terwijl hij die observeerde...
...viel Hubble een heel speciale ster op...
...die de ware aard van Andromeda kon onthullen...
...en daar ga ik nu met deze telescoop naar kijken.
Dit is de controlekamer van de GTC...
...en vanavond hebben ze de telescoop op Andromeda gericht...
...en ze gaan een foto nemen.
Er is ongeveer een minuut blootstelling nodig voor een helder beeld?
Dat klopt, ja. -Oké.
Nu de foto af is, maken we die open.
Goed, dit is Andromeda.
Dat klopt, dat is Andromeda.
Dit is de originele plaat van Hubble.
Ja. -Oké, de ster van Hubble...
...is hier beneden in deze hoek.
Kun je die vinden op jouw beeld?
Ja, als je het beeld vergelijkt.
Je zult zien dat we die niet zien, we zien de rand van het sterrenstelsel...
...dus we gaan.
We moeten wat verder weg.
Juist, dus dit is allemaal gewoon de rand?
Dat is de rand.
Ik dacht dat het het centrum van het sterrenstelsel was.
Nee.
Dat toont aan hoeveel hoger de resolutie...
...van jouw telescoop is. -Dat klopt.
Kunnen we die specifieke ster zien?
Om die specifieke ster te vinden, omdat die zo onduidelijk is...
...moeten we een heldere referentie zoeken...
...in dit geval zie je hier vier sterren...
...dat zijn deze vier sterren...
...en de ster die Hubble vond is dan deze hier.
Dat is Hubbles... -Die kleine ster...
...is de ster die Hubble vond.
Dat is ongelooflijk.
Kun je de magnitude van de ster berekenen?
We moeten het beeld wat bewerken...
...maar dat kan. -Oké.
Hubble had zijn ster gevonden.
Hij wist dat die speciaal was want hij vergeleek zijn plaat...
...met andere van de vorige nachten...
...en zag dat de helderheid van zijn ster veranderd was.
Sommige nachten was die helderder, sommige nachten donkerder.
Hij besefte dat dit een variabele ster was...
...en begreep het belang ervan.
Hij zag dat dit echt astronomisch goud was...
Zijn ster was een Cepheïde.
In het stellaire bestiarium, hebben Cepheïden...
...een heel speciale plaats.
Want door te bestuderen hoe de helderheid verandert...
...kunnen astronomen berekenen hoe ver ze zich bevinden.
De Cepheïde van Hubble was de eerste die werd ontdekt in een nevel...
...dus hij wist dat als hij de duur kon meten...
...hij de afstand kon berekenen.
Dus Hubble begon zorgvuldig...
...de variatie in de helderheid van zijn ster te meten.
We kunnen ons gemakkelijk voorstellen hoe opwindend dit was voor Hubble.
Hij had de mogelijkheid...
...een fundamentele, maar eenvoudige vraag te beantwoorden.
Zat deze nevel in de Melkweg, of erbuiten?
Het antwoord zou onze kennis van het heelal veranderen.
Hubble mat de helderheid van zijn ster...
...verschillende nachten, en stippelde de curve hier uit.
We hebben die vannacht gemeten. De waarde was 18,6.
En ik weet, omdat de meting gisteren wat duisterder was...
...dat het aan deze kant van de curve valt...
...maar de duur is belangrijker...
...de duur in dagen, van piek tot piek in helderheid.
Hubble berekende dat het 31,415 dagen duurde.
Dat is de kritieke meting.
Hiermee, en de schijnbare helderheid...
...berekende Hubble de afstand naar de Andromedanevel.
Het werd meteen duidelijk dat deze ster heel ver weg is...
...maar toen Hubble het berekende...
...kwam hij tot de conclusie dat hij 900.000 lichtjaren ver zat...
...en dat maakte deze ster het verste object dat ooit werd gezien.
Dat kon maar één iets betekenen...
Andromeda is niet enkel een apart sterrenstelsel...
...maar bevindt zich ook ver buiten onze Melkweg...
...en de myriade van andere elliptische en spirale nevels...
...waren ook aparte, afgelegen sterrenstelsels.
Het was een moment in het menselijke bewustzijn...
...wanneer het heelal plots en dramatisch...
...een heel stuk groter werd.
Met die observatie...
...herschreef Hubble het observeerbare heelal.
Het had niet direct een impact op het idee van een stabiel heelal...
...maar het verwoestte gevestigde veronderstellingen...
...en opende de mogelijkheid dat er andere grote geheimen waren...
...zoals het ontstaan van het heelal.
In deze enorm veel grotere kosmos...
...stapte iemand binnen die, zonder het te beseffen...
...de middelen zou leveren om dat geheim te ontsluiten.
Deze kerel.
Een verhaal zo groot als een uitleg over het ontstaan van het heelal...
...voelt fout zonder een wetenschapper...
...van het kaliber van Albert Einstein...
...en die is er dan ook...
...want Einstein bracht ons de theoretische basis die nodig was...
...om het heelal te bestuderen...
...en de kosmologische wetenschap uit te vinden.
Honderd jaar geleden stelde hij zijn algemene relativiteitstheorie voor.
Dat was een revolutie in natuurkunde...
...en gaf ons een volledig nieuw begrip van de wereld.
Hij zei dat zwaartekracht...
...werd veroorzaakt door vervormingen of verbuigingen van ruimte-tijd...
...door enorme objecten zoals planeten en sterren.
Zijn theorieën waren revolutionair.
Einstein was een buitenbeentje die conventies negeerde...
...om zijn eigen uitzonderlijke instincten te volgen.
Eén van zijn docenten zei tegen hem...
...'Je bent een slimme jongen, Einstein, een hele slimme jongen.
Maar je hebt een groot gebrek...
...je neemt niets aan van anderen.'
Dat was natuurlijk net de eigenschap waardoor hij...
...de wereld van de natuurwetenschap kon veranderen...
...en die hem één van de grootste denkers...
...van de 20e eeuw maakte.
In 1917 paste hij zijn algemene relativiteitstheorie...
...toe op het hele heelal.
Door de logica van zijn theorie te volgen, kwam hij tot de onthutsende conclusie...
...dat de gecombineerde aantrekking van alle materie in het heelal...
...elk object in de kosmos samen zou trekken...
...traag in het begin, maar geleidelijk aan sneller...
...totdat...
Zwaartekracht zou er uiteindelijk en onvermijdelijk voor zorgen...
...dat het heelal instortte.
Maar Einstein geloofde, net als bijna iedereen in die tijd...
...dat het heelal eeuwig en statisch was...
...en zeker niet onstabiel was, of kon instorten.
Maar zijn berekenen wijzen op het omgekeerde.
Om de ondergang van het heelal te voorkomen...
...en alles in evenwicht te houden...
...gebruikte hij de Lambda, of kosmologische constante.
Dat is een soort verzonnen kracht, of antizwaartekracht...
...de tegen de normale zwaartekracht inwerkt.
Hij had hier geen bewijs van...
...maar zo beschreven zijn berekeningen een stabiel heelal.
Hij had het geheim van het ontstaan van het heelal in zijn handen...
...maar Einstein kon, of wou, niet accepteren...
...wat zijn berekeningen uitwezen.
Achteraf gezien lijkt het opmerkelijk dat Einstein dit deed.
Dit was een man die een revolutie in de wetenschap ontketende...
...en conventionele kennis verwierp...
...maar zich er niet toe kon brengen zijn eigen theorie te geloven.
Hij vond het nodig zijn berekening aan te passen aan het gevestigde idee.
Hij gaf zelfs toe dat zijn Kosmologische Constante...
...enkel nodig was voor een semi-statische materiedistributie...
...en dingen te houden zoals ze waren.
Wat zijn redenen ook waren...
...dit kleine Lambda-teken...
...zou hem achtervolgen.
Want terwijl het Einstein verhinderde de implicaties te begrijpen...
...openden zijn ideeën de deur voor iemand anders om...
...een theorie over het ontstaan van het heelal voor te stellen.
Hij was een jonge, deeltijdse docent aan de universiteit...
...voor theoretische fysica.
Zijn idee was zo radicaal, dat het de fysica-wereld schokte...
...en de wetenschapsgemeenschap verdeelde.
Hij begon een discussie die een halve eeuw duurde.
Zijn naam was Georges Lemaître.
Wie goed ziet, zag de priesterboord misschien.
Hij was zowel een natuurwetenschapper als een gewijde priester.
Over deze schijnbaar vreemde, dubbele rol...
...zei Lemaître: 'Er zijn twee manieren om de waarheid te achterhalen...
...ik besloot ze allebei te volgen.'
Met de relativiteitstheorie van Einstein, ontwikkelde hij kosmologische modellen.
Lemaîtres model beschreef een heelal dat, in plaats van statisch te zijn...
...uitzette, waarbij sterrenstelsels zich van elkaar verwijderden.
Lemaître zag er bovendien de implicaties van in.
Door terug te gaan in de tijd...
...concludeerde hij dat er een moment was...
...wanneer het hele heelal samengeperst zat in een klein volume...
...wat hij het oeratoom noemde.
Dat was in wezen de eerste beschrijving...
...van wat later de oerknaltheorie werd genoemd...
...het moment waarop het heelal ontstond.
Dit waren revolutionaire ideeën dus gaf hij die uit...
...in de Annales de la Société Scientifique de Bruxelles...
...waar ze prompt werden genegeerd door de wetenschappelijke gemeenschap.
Dus reisde hij naar Brussel om steun voor zijn idee te zoeken.
De Solvay Conferentie van 1927, hier in Brussel...
...was waarschijnlijk de bekendste en grootste ontmoeting van verstand...
...ooit.
Maar voor ons verhaal vond de belangrijkste ontmoeting...
...niet hier plaats...
...hij was niet gepland en vond plaats buiten de conferentie.
Hij vond hier plaats.
In dit park sprak de onbekende Lemaître met de bekendste...
...meest gevierde wetenschapper ter wereld, Albert Einstein.
Hier kreeg hij eindelijk de kans zijn idee van een uitdijend heelal...
...uit de leggen aan de persoon met de theorie waar het vandaan kwam.
We kunnen ons voorstellen hoe nerveus Lemaître was.
Als Einstein zijn radicale theorie ondersteunde, werd die geaccepteerd.
Dit briljante brein, deze reus van de natuurwetenschap...
...deze zeer originele denker zou toch zeker de verdiensten begrijpen?
Maar na een korte discussie, verwierp Einstein zijn theorie.
Volgens Lemaître zei hij: 'Vos calculs sont corrects...
...mais votre physique est abominable.'
Volgens Einstein was de wiskunde wel correct...
...maar zijn begrip van hoe de echte wereld werkte...
...wel, abominabel.
Einstein verwierp opnieuw het idee van een dynamisch heelal.
Het essay van Lemaître had wetenschap moeten aanvuren...
...maar zonder de steun van een invloedrijke persoon zoals Einstein...
...was zijn baanbrekend idee gedoemd in stilte te worden vergeten...
...tot een observatie of bewijs werd gevonden dat het idee ondersteunde...
...van een uitdijend heelal.
Edwin Hubble deed het goed na zijn ontdekking...
...dat bewees dat er andere sterrenstelsels waren.
Hij werd gevierd door sterren in Hollywood en was een eregast bij de Oscars...
...en kreeg toegang tot de sterkste telescoop ter wereld...
...en was klaar voor zijn volgende uitdaging.
Hij had gehoord dat sommige ongewone observaties...
...aantoonden dat veel sterrenstelsels zich van ons verwijderden.
Niemand begreep waarom.
In 1928 begon de bekendste astronoom ter wereld...
...zich bezig te houden met dit nieuwe kosmische mysterie...
...en hij begon de snelheid...
...waarmee deze sterrenstelsels zich van de aarde verwijderden te meten.
Om de snelheid van de verwijdering van een sterrenstelsel te meten...
...gebruikte Hubble iets dat roodverschuiving heet.
Het is geen perfecte analogie...
...maar het effect is gelijkaardig met iets dat we beter kennen met geluid...
...de toonhoogte van een auto die naar ons toe komt...
...is hoger omdat de geluidsgolven worden gecomprimeerd...
...maar de toonhoogte wordt lager wanneer de auto van ons wegrijdt...
...omdat de geluidsgolven worden uitgerekt.
Het effect op lichtgolven is gelijkaardig. Wanneer de lichtbron dichterbij komt...
...wordt de geobserveerde golflengte samengeperst...
...in de richting van violet of blauw in het spectrum.
Maar als de bron zich verwijderd, wordt de golflengte uitgerekt...
...naar rood op het spectrum, of roodverschuiving...
...in het jargon van astronomen...
...en hoe sneller het object zich verwijderd...
...hoe groter de roodverschuiving.
Samen met zijn assistent, Milton Humason, mat Hubble voor een jaar...
...zorgvuldig de roodverschuiving van sterrenstelsels.
En ik krijg nu de kans om hetzelfde te doen...
...met deze telescoop.
Goed, Massimo, heb je een sterrenstelsel gevonden?
Ja, ik vond dit sterrenstelsel.
Hoe ver weg is die?
Ongeveer 430 megaparsec.
Dus, als je dat omzet in lichtjaren, 430 keer 3,26...
...is dat ongeveer een half miljard lichtjaren.
Ja.
Goed.
Hubble moest het gemiddelde licht van het sterrenstelsel meten...
...om een spectrum te hebben om de roodverschuiving te berekenen.
Humanson deed dat door een fotografische plaat bloot te stellen.
Het duurde een week...
...om genoeg licht te verzamelen voor een spectrum.
Maar hier, bij de TNG, de Galileo telescoop...
...gebruiken ze een gevoelige chip...
...en zo kan dat veel sneller.
Hoe lang duurt het voor je een spectrum hebt?
Ongeveer tien, of 15 minuten, denk ik.
Dus tien tot 15 minuten blootstelling in vergelijking met een week...
...in de tijd van Hubble.
Veel sterker dan wat ze toen hadden.
Het is gebeurd. -Het spectrum is vrij goed...
...daar is het.
Goed, dus dit is het ruwe spectrum, dat...
Ja. -Dat werd geregistreerd.
Is er een bepaalde emissielijn die je gaat gebruiken...
...als referentie om roodverschuiving te meten?
Ja, hier bijvoorbeeld.
Je hebt een emissielijn, maar voor echte spectra...
...moet je het zuiveren voor de definitieve.
Dit is een gezuiverde versie.
Ja, daarvan.
Dus dit is de echte emissielijn van het sterrenstelsel.
Emissielijnen. Ja.
En deze eronder, ik veronderstel dat het de referentie is?
Ja, de referentie van het sterrenstelsel met zero roodverschuiving.
Dus deze verwijdert zich niet, in vergelijking met ons.
Ja. -En het is hier erg duidelijk...
...als je de bovenste met deze vergelijkt...
...elke emissiepiek is verschoven. -Ja.
Verschoven in het rood, de referentielijn is bijvoorbeeld H-alpha...
...van daaruit kun je de roodverschuiving van dit sterrenstelsel berekenen.
En daarmee kun je berekenen...
...hoe snel het sterrenstelsel zich van ons verwijdert?
Je kunt deze in principe verkrijgen.
En wat is de formule?
De formule is het verschil tussen...
...de golflengte van de roodverschuiving en de observatie van de golflengte...
...gedeeld door de referentie-golflengte, vermenigvuldigd met C...
...dat is het Dopplereffect.
Eens zien dat grofweg kan.
Ja. -Oké.
Dit gaat over...
Zeven, twee, nul, nul, ongeveer.
Oké. -Min.
Min zes, vijf. -Vijf, zes, drie. Zes, drie.
Oké. -Over.
Zes, vijf, zes, drie.
En dat is de fractie van de lichtsnelheid.
Ja. -Goed, dus kan ik dit doen.
Ik zou een rekenmachine moeten gebruiken, maar...
Dus zeven, twee, twee, nul, nul. Zes, vijf, zes, drie.
Dus het is een zeven, drie...
Dus zes...
Goed, dus we delen door zes...
...vijf, zes, drie, oké, het is ongeveer...
...komma 1 de lichtsnelheid.
Komma 1C.
Dat is ongeveer 30.000 kilometer per seconde, nietwaar?
Correct. -Bedankt.
Ik ben best tevreden met mijn berekeningen...
...want ik stond onder druk.
Dus dit sterrenstelsel zit op...
...anderhalf miljard lichtjaren...
...van de Melkweg...
...en volgens de roodverschuiving die we berekenden...
...verwijdert die zich met een tiende van de lichtsnelheid...
...dat wil zeggen, het verwijdert zich met drie...
Met, sorry, 30.000 kilometer per seconde.
Wetenschap.
Nadat hij de snelheid van het sterrenstelsel had berekend...
...mat Hubble hoe ver weg die was.
Wanneer Hubble beide berekeningen had, kon hij die uitstippelen...
...op een grafiek die snelheid tegenover afstand vergeleek.
Hij had 46 verschillende berekeningen...
...en in een grafiek verscheen een patroon.
Hij kon een lijn trekken door al deze punten.
Elk punt is een apart sterrenstelsel.
Hij zag een connectie tussen de snelheid...
...en de afstand van een sterrenstelsel.
Hoe verder die was, hoe sneller die zich verwijderde.
In een stabiel heelal...
...zou de snelheid van sterrenstelsels willekeurig moeten lijken.
Er wordt geen duidelijke relatie verwacht...
...tussen de afstand van een sterrenstelsel en de snelheid.
Hubbles grafiek toonde aan dat het heelal uitdijt...
...wat zware implicaties had voor het idee...
...dat het heelal ontstond.
Dit betekent niet enkel dat...
...sterrenstelsels zich van ons en elkaar verwijderen...
...maar als je terug kon gaan in de tijd...
...waren ze ooit allemaal samengeperst...
...op dezelfde plaats.
Eindelijk hadden we de eerste observatie, het eerste bewijs...
...dat Lemaîtres idee van een moment van ontstaan...
...van een heelal dat uitdijt na een oerknal, correct kon zijn.
Dankzij het werk van Hubble...
...werd Georges Lemaître, de onbekende Belgische geestelijke...
...de theoreticus zonder internationale referenties...
...de man waarvan Einstein zei dat zijn fysica abominabel was...
...achteraf terecht erkend...
...voor zijn gedurfde theorie.
Het meest aanmerkelijke was dat...
...de grootste naam in natuurwetenschap zijn revolutionaire idee aanvaardde.
In 1931, tijdens een bezoek aan het observatorium van Hubble...
...steunde Einstein publiekelijk het oerknal uitdijende heelal model.
'De roodverschuiving van afgelegen nevels...
...heeft mijn oud idee met een hamerslag verwoest', zei hij.
Einstein liet zijn Kosmologische Constante vallen.
Hij schreef Lemaître zelfs...
'Sinds ik de term voorstelde...
...had ik een slecht geweten.
Ik kan niet geloven dat zo'n lelijk ding...
...bestaat in de natuur.'
Dat moet nogal een absolutie zijn geweest voor Lemaître...
...na zijn verbanning naar de wetenschappelijke wildernis...
...om plots het centrum van een kosmologische revolutie te zijn.
Het idee van de oerknal begon eindelijk veld te winnen.
Maar ondanks Einsteins steun voor de observaties van Hubble...
...was de discussie nog niet voorbij.
Er waren nog steeds zware tegenwerpingen...
...voor het idee van een oerknal zou worden geaccepteerd.
Een wetenschappelijk scheppingsmodel...
...gaat niet enkel over de uitdijing van het heelal uitleggen.
Er zijn diepere vragen die moeten worden beantwoord.
Het probleem was...
...dat de oerknal evenveel vragen opriep als die beantwoordde.
Bijvoorbeeld, als het heelal op één enkel punt was ontstaan...
...waar kwam al de materie dan vandaan?
De oerknaltheorie moest uitleggen...
...hoe materie werd gevormd.
Voor dat kon worden beantwoord...
...moeten we begrijpen waar het heelal uit bestaat.
De elementaire bouwstenen.
En daarvoor was een ongelooflijk inzicht nodig...
...van een uitzonderlijke dame.
Cecilia Payne.
Zij ging naar de universiteit van Cambridge...
...maar kreeg geen diploma, want ze was een vrouw.
Om verder te studeren...
...moest ze dus ergens heen waar mensen verlicht waren.
Ze verliet Engeland voor Amerika...
...en daar onthulde ze de samenstelling van het heelal.
Als je iemand had gevraagd wat de gewoonste elementen waren...
...zei een atmosferische wetenschapper mogelijk stikstof.
Het is uiteindelijk meer dan drie vierden van de atmosfeer.
Geologen zeiden mogelijk siliconen, of ijzer, of zuurstof...
...en dat lijkt heel pittoresk en gericht op de aarde...
...en best bekrompen.
Dus dachten astronomen dat het beter was de zon te bestuderen.
Dat is logisch, aangezien het meeste dat we zien...
...wanneer we naar de kosmos kijken, sterren zijn.
De eerste poging om de samenstelling van de zon te analyseren...
...werden met een gelijkaardige opzet ondernomen.
Niet precies zoals dit.
Dit is een geavanceerde zonnetelescoop uit de 21e eeuw.
Maar het basisidee was hetzelfde.
VACUÜM ZONNETORENTELESCOOP: TENERIFE
Het basisidee is heel eenvoudig.
Het licht van de zon wordt weerkaatst door deze spiegel...
...naar een tweede spiegel.
Daar wordt het weerkaatst van de top van de toren...
...naar de bodem, tien verdiepingen lager...
...waar het wordt geconcentreerd, en gesplitst in een spectrum...
...en geanalyseerd.
Dit is de controlekamer van de zonnetelescoop.
De basis van de telescoop is hier.
Hier krijgen we live beelden van de zon.
En hier is een ingezoomde sectie...
...van het lichtspectrum van de zon.
Het is zwart-wit...
...maar komt overeen met het groene gedeelte van het spectrum.
En deze twee dikke lijnen komen overeen met het element ijzer.
Dat vertelt ons dat er ijzer in de zon zit.
Dit is een gedetailleerd overzicht van het spectrum...
...en deze twee lijnen...
...komen overeen met deze twee dalingen in het absorptie-spectrum...
...met specifieke golflengtes.
Dit is ijzer.
Verschillende delen van het spectrum...
...tonen ook andere elementen.
Deze diepe daling is waterstof.
Deze twee dalingen zijn zuurstof...
...en dit komt overeen met het element magnesium.
Al deze dalingen en lijnen op het spectrum...
...tonen de aanwezigheid aan van deze elementen in de atmosfeer van de zon.
Dus eigenlijk een afdruk van de samenstelling van de zon.
Voor een geoloog zijn deze elementen heel vertrouwd.
Op het eerste gezicht...
...lijkt de zon dezelfde elementen te hebben als de aarde.
Dus de zon is gewoon een hele warme steen.
En daar zou het bij gebleven zijn...
...zonder Cecilia Payne.
Zij begreep dat de spectrografen beïnvloed werden door processen...
...in de atmosfeer van de zon.
Die verstoorden de schijnbare overvloed van de elementen...
...waaruit de zon is samengesteld.
Zij herberekende de relatieve overvloed van de elementen...
...en zag dat de zon vrijwel uitsluitend was samengesteld uit twee elementen...
...waterstof en helium.
Alle andere elementen, koolstof, zuurstof, natrium, ijzer...
...die de zon zoveel op de aarde doen lijken...
...zijn maar een minieme fractie van haar samenstelling.
Toen ze dit resultaat voor het eerst voorstelde...
...dacht men dat het onmogelijk was.
Toen ze haar werk op papier zette...
...werd ze overtuigd een opmerking toe te voegen dat...
...'Deze berekende overvloeden van waterstof en helium...
...vrijwel zeker fout waren.'
Het idee werd pas vier jaar later aanvaard...
...toen de directeur van een toonaangevend observatorium...
...tot dezelfde conclusie kwam op een ander manier.
Het is ironisch dat dit dezelfde man was...
...die Paynes werk oorspronkelijk had afgewezen als onmogelijk.
Paynes onthulling met betrekking tot de ratio van waterstof en helium...
...bleek uitzonderlijk consistent voor nagenoeg elke ster in het sterrenstelsel.
Dat leidde tot een grote conclusie.
Het heelal wordt gedomineerd door twee elementen.
De eenvoudigste en lichtste elementen...
...waterstof en helium.
Samen zijn ze meer dan 98% van alle materie in het heelal.
Alle andere elementen die we zo belangrijk vinden...
...zoals koolstof, zuurstof, ijzer, komen minder dan 2% voor.
Dat maakte de uitdaging voor fans van de oerknaltheorie...
...heel duidelijk en eenvoudig.
Kon de oerknaltheorie...
...de creatie en geobserveerde ratio's van waterstof en helium uitleggen?
Maar om dat te beantwoorden...
...was een fundamentele verschuiving van de focus nodig.
In plaats van de bijna oneindige grootsheid van het heelal te overwegen...
...moest overwogen worden...
...hoe oneindig klein de wereld van een atoom was...
...en daarvoor was geen astronoom nodig...
...maar een ander soort natuurwetenschapper.
George Gamow was een Russische kernfysicus...
...en een enthousiaste voorstander van het oerknalidee.
Hij begon de eerste momenten van het heelal te bestuderen.
Hij dacht dat dit de antwoorden voor de samenstelling van het heelal had.
Hij geloofde dat waterstof en helium op dat moment werden gecreëerd...
...en dat dit vrij snel na...
...het ontstaan van het heelal gebeurde.
Hij wou een wiskundig model van de eerste fases van het heelal maken.
Hij zag het heelal in seconden en minuten...
...in plaats van miljarden jaren.
En hij nam een jonge protegé aan.
Deze kerel, Ralph Alpher, om hem te helpen.
Na jaren van hard werk, die, volgens Alpher...
...zwaar drinken in een bar inhielden...
...stelden ze hun idee voor.
Door het heelal terug te spoelen...
...was het hen duidelijk dat er tijd moest zijn...
...wanneer het heelal enorm compact en heet was.
Op dat punt...
...volgens hun berekeningen drie minuten na de oerknal...
...moest het heelal zo heet geweest zijn dat atomen niet konden bestaan.
Enkel hun bestanddelen.
Een soort van super hete oersoep...
...van protonen, neutronen en elektronen.
Ze gaven het zelfs een naam, 'Ylem', naar het Oud Engelse woord voor 'materie'.
Toen kwam een cruciaal moment.
Een moment met de juist condities...
...voor de vorming van de kernen van de eerste elementen.
Heel snel...
...het wordt geschat op 50 minuten...
...kwamen waterstofkernen samen...
...om helium te vormen via kernfusie.
Bovendien kwamen de ratio's van waterstof en helium...
...die hun model voorspelde overeen met de ratio's in sterren.
Ze gaven hun resultaten uit in een essay dat in 1948 werd vrijgegeven.
Maar Gamow voegde iemand toe als auteur van dat essay.
De bekende kernfysicus, Hans Bethe, die niets te maken had met hun werk.
Gamow voegde zijn naam toe als een grap.
Hij dacht dat het een wetenschappelijke grap was.
Want nu waren de auteurs Alpher, Bethe en Gamow.
De jonge Alpher...
...vond het echter minder grappig te delen met iemand die geen werk deed.
Volgens de overlevering en om het goed te maken...
...gaf Gamow Alpher een fles Cointreau...
...maar het etiket zei 'Ylem'.
Het vermogen om berekeningen te maken...
...over het ontstaan van materie, de eerste minuten na de oerknal...
...was uitzonderlijk.
Maar er was een heel belangrijke voorspelling...
...ten gevolge van hun werk.
Een voorspelling die bewijs kon leveren...
...dat het heelal begon met een oerknal.
Alpher bleef het vroege heelal bestuderen...
...met een focus op wat daarna gebeurde.
Hij zag het heelal op dat moment als een ziedende mist...
...van vrije elektronen en atoomkernen.
Tot de temperatuur kritiek werd verlaagd.
Laag genoeg voor elektronen...
...om zich vast te zetten op waterstof- en heliumkernen.
Op dat moment, werd licht vrijgegeven dat zich vrij door het heelal kon begeven.
Het eerste licht van de creatie.
Dit kon academische nieuwsgierigheid gebleven zijn, zonder...
...het inzicht dat Alpher had.
Hij begreep dat dit licht van het ontstaan van het heelal...
...ons nog steeds kon bereiken...
...na honderden jaren.
Heel zwak, heel donker, maar zichtbaar in elke richting.
Hij berekende dat de uitdijing van het heelal...
...de golflengte van dit licht moest uitrekken...
...voorbij het zichtbare spectrum...
...en nu een microgolfstraling is.
Dus, als we deze voorspelde, oude microgolfstraling vinden...
...bewijst het niet enkel de theorie dat het heelal zich vroeg ontwikkelde...
...maar de hele oerknal.
Eenvoudig.
Het probleem was, dat dit in de jaren veertig gebeurde...
...en niemand kon zo'n zwak signaal onderscheppen.
De zuurtest was volledig vergeten.
Wie die oerknal ondersteunde, had nu de voorspelling en observatie...
...van een uitdijend heelal.
En een theorie van hoe elementen werden gevormd, de eerste minuten...
...na de oerknal.
Maar zonder duidelijk bewijs...
...bleef de discussie over de oerknal...
...gewoon doorgaan.
De tegenstanders van de oerknal...
...bleven hun theorieën aanpassen...
...zodat hun ideeën over een eeuwig of oneindig heelal...
...overeenkwamen met nieuwe observaties.
De wetenschappelijke gemeenschap was nog altijd verdeeld.
Afdoend bewijs van de oerknal...
...kwam er uiteindelijk 15 jaar later.
Het werd onverwacht onthuld...
...door twee radio-ingenieurs.
In 1964 ontdekten Arno Penzias en Robert Wilson...
...dat is Penzias rechts...
...iets zo gedenkwaardig dat ze de Nobelprijs wonnen.
Deze telescoop is toegewijd aan hun toevallige ontdekking.
In 1964 werkten Penzias en Wilson voor Bell Laboratories in de VS...
...waar ze dit kregen...
...vreemde en verouderde apparatuur om mee te spelen.
Het lijkt op een enorm gehoorbuis.
Maar wanneer ze hun telescoop aanzetten...
...zagen ze dat de hemel vol microgolven zat.
Alle warme lichamen geven microgolven af...
...via de atmosfeer of vanuit het instrument zelf...
...en de hemel is vol van de hedendaagse mobiele communicatie
Dus voor ze nuttige metingen konden doen...
...moesten ze hun hoorantenne kalibreren om dat geluid te verminderen.
Zelfs nadat ze rekening hielden met de atmosfeer en de instrumenten...
...en er waren natuurlijk geen mobieltjes toen...
...bleef er een doordringend en heel irritant achtergrondgeluid over.
Het werd geregistreerd...
...als een golf met een constante temperatuur van drie graden boven nul...
...een microgolf gefluit...
...waar ze niet vanaf geraakten wat ze ook probeerden.
En wat nog vervelender was...
...was dat het overal leek te zijn...
...waar ze hun gehoorbuis op richtten.
Ze wilden het bijna opgeven toen Penzias naar een vergadering ging...
...waar hij dit nonchalant vermeldde tegen een collega.
Een aantal weken later belde deze collega hem op...
...en zei dat hij wat onderzoekers in Princeton kende...
...die naar dat signaal zochten.
Onbewust hadden Penzias en Wilson die voorspelde golven gevonden...
...de lichtuitbarsting van Alpher van bij het ontstaan van het heelal.
Er was eindelijk een bewijs van de oerknal.
Het is ongelooflijk te zien dat deze microgolf...
...door de ruimte reisde...
...sinds 13,8 miljard jaar geleden...
...toen dat eerste licht door de oerknal werd vrijgegeven.
Zoals Penzias zelf zei, wanneer je naar buiten gaat...
...krijg je wat warmte van de oerknal op je hoofd...
...ik voel het waarschijnlijk wat meer dan anderen.
Bijna 40 jaar nadat Lemaître het voorstelde...
...werd het idee van een oerknal...
...eindelijk wetenschappelijk gangbaar.
Maar de ontdekking van deze kosmische achtergrondgolven...
...de CMB, en bewijs van de oerknal zelf...
...is niet het einde van het verhaal.
We gingen terug naar de eerste minuten na de oerknal...
...en daarachter ligt een nieuwe kennisgrens.
Er zijn nog altijd grote vragen...
...rond het ontstaan van het heelal.
Vragen zoals waar kwam de materie zelf vandaan...
...en hoe maak je iets uit niets?
De antwoorden op die vragen liggen verderaf...
...verborgen achter het CMB-gordijn.
Hun geheimen bevinden zich in het oerheelal...
...in de eerste seconden van haar bestaan.
Daar ligt de grens van ons begrip...
...en dat bestuderen wetenschappers nu...
...niet in de lucht, maar hier...
...op de grens tussen Zwitserland en Frankrijk...
...meer bepaald in CERN...
...de grootste deeltjesversneller ter wereld...
...de Large Hadron Collider of LHC.
Je vraagt je misschien af wat een deeltjesversneller te maken heeft...
...met het jonge heelal...
...want het verband is heel onduidelijk.
Wat je moet onthouden over het heelal toen het jong was...
...is dat het veel kleiner was.
En al de materie, alles waar sterren uit bestaan...
...de sterrenstelsels, zwarte gaten, alles zat in...
...een veel kleinere ruimte.
Het heelal was toen enorm heet...
...en de energiedichtheid was heel hoog.
Toen ontstond de eerste materie.
De LHC kan dat proces nog niet namaken...
...maar het helpt ons de karakteristieken te bestuderen...
...van de fundamentele deeltjes.
Eenmaal per jaar houdt de LHC op met wat het normaal doet...
...protonstalen doen botsen...
...en gebruikt veel zwaardere deeltjes...
...voor botsingen met energieën die 80 keer sterker zijn...
...dan die van twee protonen.
Dat doen ze door loodatomen te versnellen...
...zonder hun elektronen...
...tot een snelheid gelijkaardig met de lichtsnelheid...
...tot ze botsen en ons iets speciaals laten zien.
De botsingen zijn zo intens...
...dat ze even iets unieks laten zien...
...een wereld zonder atomen, of zelfs maar neutronen en protonen...
...maar quarks van gluons en leptonen...
...exotische namen voor deeltjes die samen atomen vormden...
...in de eerste miljoenen van seconden na de oerknal...
...en sindsdien verborgen waren.
Daar, onder het hitteschild...
...maken we een fase van de evolutie van het heelal na...
...die quark-gluon plasma wordt genoemd.
Dit is het moment net nadat de quarks door de gluons worden gevangen...
...om protonen en neutronen te vormen...
...die daarna atomen vormen.
We gebruiken vaak de zin: 'De opsluiting van de quarks.'
Om de nodige energie op te wekken...
...sturen we de loodkernen door een reeks kleinere versnellingen...
...en verhogen we de energie geleidelijk...
...tot we ze uiteindelijk aan de grootste versneller ter aarde geven...
...de LHC.
De maximum energiestroom die die aankan...
...heeft een directe relatie met de omvang van de versneller...
...en de LHC is 27 kilometer in omtrek.
Dat betekent dat de stralen...
...een energie van 1.000 tera-elektronvolt aankunnen.
Dat is eigenlijk minder dan je denkt...
...want dat is de energie waarmee een vlieg tegen een raam botst...
...maar het kritieke verschil is, dat de energie geconcentreerd is.
De energiedichtheid is belangrijk.
De LHC kan die energie samenpersen...
...in een ruimte kleiner dan een triljoen van een atoom.
Dat gebeurt nergens anders in het heelal.
De twee stralen van loodkernen gaan rond een ring...
...in de omgekeerde richting.
Ze komen samen in deze controlekamer van de detector.
We zien live beelden van de detector op dat scherm.
Onder ons gaan ze rond...
...aan 9,9998% van de lichtsnelheid.
Dat wil zeggen dat ze de hele 27 kilometer van de ring...
...overbruggen aan meer dan 11.000 keer per seconde.
Eens de straal maximale energie bereikt...
...en dan staat daar 'Ionen fysica: stabiele stralen'...
...kunnen we ze laten botsen...
...zoals in Ghostbusters.
Op dat moment botst een minimaal aantal loodkernen...
...om een superhete, superdichte vuurbal te maken...
...400.000 keer warmer dan de kern van de zon...
...en een dichtheid gelijk aan...
...de Mont Blanc samengeperst tot de omvang van een druif.
Dat ziet er fantastisch uit, kun je me zeggen wat we zien?
Ongelooflijk, nietwaar?
Dat zijn letterlijk tien duizenden...
...deeltjes en antimaterie-deeltjes.
Dat is een nasleep van deze ontploffing. -Juist.
Dus de gekleurde deeltjesstromen zijn geen quarks en gluonen...
...maar een bewijs van het quark-gluon plasma van de ontploffing.
We leidden de eigenschappen af van wat eruit voortvloeit.
Het is zoals begrijpen hoe een vliegtuig werkt door naar...
...het puin van een ongeluk te kijken.
Dat zien we dan.
Ik vind het ongelooflijk dat wat we hier doen...
...is het jonge heelal te proberen na te maken.
Wanneer quarks en gluonen volledig vrij waren...
...omdat de energie zo sterk was en dan afkoelde en ze samenvoegde.
Wij doen het omgekeerde, we beginnen met materie...
...en doen die botsen...
...om naar die fase terug te keren, dat plasma.
Ik zie het graag als een tijdmachine...
...we draaien de tijd terug...
...en zo kunnen we de eigenschappen van vrije quarks bestuderen...
...want die quarks zitten vast in deeltjes zoals protonen en neutronen...
...sinds 13,8 miljard jaar geleden.
Dat is ongelooflijk, nietwaar?
Na 13,8 miljard jaar, laten we die quarks vrij...
...al is het maar even.
Ja.
En hoewel we niet weten hoe materie ontstond...
...laat een studie van die botsingen ons toe...
...de eerste stappen te zetten naar die ontdekking.
Wat we net zagen zijn de eerste fases van het heelal...
...die iedereen, overal kan observeren.
We waren nooit eerder zo dicht bij de oerknal...
...en dat is eerlijk gezegd niet slecht...
...een miljoen van een seconde verwijderd van de oerknal.
Zelfs zover teruggaan in de tijd...
...geeft natuurwetenschap nog altijd onbeantwoorde vragen.
Er zijn diepere mysteries...
...van het heelal.
Hoe zijn de vier fundamentele krachten van materie...
...zwaartekracht, elektromagnetisme en kernkrachten...
...verbonden.
Hoe de deeltjes die materie vormen...
...samengeperst door energie...
...hoe massa ontstaat door de kracht die protonen en neutronen samenvoegt...
...en hoe het heelal...
...een supersnelle uitdijing onderging...
...in een triljoenste van een triljoen van een seconde...
...om de structuur van de kosmos te maken.
We kunnen dit momenteel niet observeren.
Het is abstracte theorie en speculatie.
Als we die eerste fase willen namaken...
...van de evolutie van het heelal...
...moeten we veel hogere energie aanmaken.
Ik denk dat we een sterkere versneller moeten bouwen.
Dat is een probleem, wat het is niet enkel duur...
...hoewel het ongelooflijk duur zou zijn.
Het is meer een kwestie van plaats.
Herinner wat ik zei over energie...
...en de band met de omtrek van de versneller?
De LHC onder mij...
...is 27 kilometer in omtrek.
Hij loopt onder de Jura bergketen...
...door zowel Frankrijk en Zwitserland.
Om het heelal in de eerste fases te zien...
...moeten we een versneller bouwen...
...met een omtrek groter dan de baan van Pluto.
Vertaling: Nathalie Eeckhout