Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde

Waarom is er iets in plaats van niets? Deze vraag werd eerder door de wiskundige, filosoof en diplomaat Gottfried Wilhelm Leibniz (1646 - 1716) expliciet aan de orde gesteld en filosofisch behandeld. Vóór hem hebben reeksen filosofen, vanaf Plato en Aristoteles zich eveneens met die vraag bezig gehouden met als conclusie dat in het algemeen nooit iets uit niets kan ontstaan. Dat het toch is gebeurd, zagen ze als een argument voor het godsbestaan: alleen Hij (Zij?) kon ex nihilo een wereld hebben geschapen.

In zijn boek wil de bekende astrofysicus Lawrence Krauss op puur fysische wijze aantonen hoe het universum via de big bang kon ontstaan uit iets wat hij ‘niets’ noemt. Daartoe modificeert hij eerst het door Leibniz aan de orde gestelde probleem tot een operationele vraagstelling. Niet ‘waarom’ maar ‘hoe’ kan iets uit niets zijn ontstaan? Kort samengevat luidt zijn antwoord als volgt. De lege ruimte bevat (vacuüm)energie. Volgens de onzekerheidsrelatie van Heisenberg zullen uit de lege ruimte tijdelijk allerlei virtuele deeltjes ontstaan, bestaande uit materie en antimaterie. Tijdens de inflatie expandeerde de ruimte met een snelheid groter dan die van het licht. (Dit is niet in strijd met de Einsteintheorie over de lichtsnelheid als absolute maximumsnelheid. Die geldt weliswaar voor alle materie- en energieoverdracht, maar niet voor de snelheidsexpansie van de ruimte zélf). Vanwege de snelle inflatie-expansie hadden de virtuele deeltjes ‘geen tijd’ om elkaar te annihileren en bleven ze als reële deeltjes bestaan. Zijn beschrijving van de daarbij een rol spelende fysica, met name hoe een singulier punt in ..., ja, in wat?, uitgroeide tot de majestueuze pracht van 400 miljard sterrenstelsels, is fascinerend. Ik sta er altijd versteld van hoe de mens met per persoon slechts anderhalve liter ‘grijze materie’ tot zijn beschikking, in staat is zo’n grandioze synthese tot stand te brengen.

Toch lijken mij zijn uitgangspunten filosofisch en fysisch aanvechtbaar. Krauss definieert het niets als “de lege ruimte ontdaan van iedere materie en straling”. De energie van het vacuüm is voor hem niet ‘iets’ maar ook ‘niets’ want slechts ‘potentie’ (net zoals je een spermacel volgens Krauss ook niet een mens kan noemen, maar slechts een potentieel mens).

Maar volgens mij is de ruimte zelf ook ‘iets’ en niet ‘niets’. Om Frans Saris te citeren: “Vacuüm is niet niks”. Verder weten we niets af van de singulariteit binnen de muur van Planck van waaruit de oerknal is ontstaan, noch over de fysica van de quantumgravitatie die daar moet gelden. Evenmin weten we iets af van wat donkere materie en donkere energie inhouden (die 96 procent van het heelal uitmaken) en hun rol bij de big bang. Ook kan niemand vertellen waaruit de snaren van de snarentheorie bestaan. Berekening van de vacuümenergie waaruit de virtuele deeltjes ontstaan, levert een bedrag dat 120 ordes van grootte groter is dan de energie van het hele universum. Verder rijst de vraag of de oerknal een eenmalig verschijnsel is of een bepaalde fase van een eeuwigdurend pulserend heelal. Totdat we over dergelijke vragen meer weten, acht ik Krauss’ uitgangspunten en de daaruit getrokken conclusies tamelijk prematuur.

Even fascinerend als zijn beschrijving van het begin van de evolutie van het heelal echter, vind ik zijn schildering van het einde ervan. Fysisch bevindt hij zich daarbij op vastere grond. Donkere energie veroorzaakt een versnelde expansie van het heelal. De ons omringende sterrenstelsels zullen zich daarbij van ons en van elkaar verwijderen, wat wij via roodverschuiving kunnen waarnemen. Na twee triljoen jaar zal de expansiesnelheid de lichtsnelheid hebben bereikt, dat wil zeggen dat via roodverschuiving het licht van de sterrenstelsels een golflengte heeft verkregen in grootte gelijk aan het zichtbare universum en ons dus niet meer kan bereiken. Alle 400 miljard sterrenstelsels zullen omgeven worden door een lege ruimte zonder enige buurtgenoot. Aangezien andere sterrenstelsels het referentiekader vormen voor de expansie van het universum, zal niemand meer die expansie kunnen waarnemen en tot het concept van een oerknal kunnen komen.

Vanwege de onderlinge zwaartekracht zal een sterrenstelsel als geheel niet expanderen. Integendeel, stelsels van een cluster zullen elkaar juist aantrekken en samensmelten. Ons dichtstbijzijnde stelsel is de Andromedanevel M31, op een afstand van 2,2 miljoen lichtjaar. Het nadert ons Melkwegstelsel met een snelheid van 130 km/s en zal zich in 4 miljard jaar met ons Melkwegstelsel samenvoegen tot het superstelsel Milkomeda. Het prachtige gezicht, waarbij de gehele nachtelijke hemel verlicht wordt door de sterren van de Andromedanevel zullen we waarschijnlijk niet meemaken aangezien tegen die tijd de zon is uitgegroeid tot een rode reus die zowel Mercurius, Venus als de Aarde heeft verzwolgen.

Kortom, het boek bevat fascinerende fysica, extreme extrapolaties en stoutmoedige toekomstschetsen. Jammer genoeg is Richard Dawkins in een nawoord, nog voordat de haan driemaal kraait er als de kippen bij om aan Krauss’ betoog een atheïstische beschouwing vast te knopen die niets met fysica heeft te maken.

Auteur: Herman de Lang