Het heelal koelt al 13,8 miljard jaar af van enorm heet tot bijzonder guur

Beste Daan,

Afgelopen woensdag vierden we in Nederland het feest van de democratie. Zo’n feest wordt altijd voorafgegaan door het beest van de democratie: het slotdebat. Geert Wilders (PVV) kwam tegenover Gertjan Segers (ChristenUnie) te staan, en ze hadden het over klimaatverandering. Geert Wilders zag de urgentie van rigoureuze maatregelen niet zo in, en Segers merkte op dat het opvallend was dat uitgerekend hij nu de wetenschap verdedigde.

Om zijn standpunt kracht bij te zetten, zei Wilders: “De feiten laten zien dat de temperatuur van de aarde nog geen graden is gestegen de afgelopen jaren.” Een zin waar je alle kanten mee op kunt, omdat er twee vage beweringen in staan: ‘nog geen graden’ en ‘de afgelopen jaren’. Nemen we het letterlijk, dan is ‘nog geen graden’ minder dan 2 graden. ‘De afgelopen jaren’ heeft ook al geen vastgestelde lengte. In het spraakgebruik is het denk ik maximaal 10 jaar. We hebben de afgelopen jaren geen schaatswinters gehad, dat kun je rustig zeggen. We hebben de afgelopen jaren geen elfstedentocht gehad is ook waar, maar toch onvolledig: we hebben namelijk al 22 jaar geen elfstedentocht meer gehad. En 22 jaar, dat is volgens mijn taalgevoel langer dan ‘de afgelopen jaren’.

Maar ‘de afgelopen jaren’ kun je ook letterlijk opvatten als ‘alle jaren die afgelopen zijn’. Dat is dus sinds het begin van de tijd. Nu is de tijd al oud, ouder dan de weg naar de Hof van Eden, want God schiep misschien de hemel en de aarde – de tijd was er al. (Want hoe kun je zonder tijd scheppen?) Tijd begon, leert de natuurkunde ons, bij de oerknal.

Nu was het bij de oerknal ontzaglijk heet. 10²⁸ Kelvin, zegt Wikipedia. (Je mag er nog wel 273 van aftrekken om op Celsius uit te komen. Scheelt weer.) Zo bezien heeft Wilders gelijk: het is in de afgelopen jaren geen graden warmer geworden. Sterker nog: het is nogal afgekoeld!

Nu moesten de elementen destijds nog ontstaan, dus er was geen kwik voor in een thermometer, en Gerrit Hiemstra was ook nog niet geboren, dus hoe weten ze dat eigenlijk, van die hitte?

Beste Jan,

Ik heb op Wikipedia gekeken om die 10²⁸ (dat is 10 miljard miljard miljard) graden die jij noemt op te zoeken. Ik zie dat getal inderdaad staan op de Nederlandse Wiki-pagina over de oerknal, waar met enig gevoel voor understatement wordt vermeld dat dit ‘enorm heet’ is. Dat doet me natuurlijk aan drs. P doet denken, die over het absolute nulpunt - de andere kant van het temperatuurspectrum - dichtte: ‘Het is de allerlaagst denkbare temperatuur/En dan mag men wel spreken van bijzonder guur.’

Het idee van de Big Bang is ontstaan door verschillende kosmologische waarnemingen te combineren, waarbij één van de belangrijkste de uitdijing van het heelal is. Als we die beweging in gedachten omdraaien naar het begin der tijden (letterlijk), dan moet het heelal uit één punt ontstaan zijn. Hoe dicht kunnen we bij dat allereerste begin komen en nog steeds een accurate natuurkundige beschrijving van het heelal geven? Het heelal is op dit moment 13,8 miljard jaar oud, dus wat is ‘dichtbij’ de oerknal? 10 miljoen jaar? 400.000 jaar? 1 seconde? Het is onvoorstelbaar, maar we denken te weten hoe het heelal er ‘uitzag’ 10^-36 s (een miljardste van een miljardste van een miljardste van een miljardste seconde) na de oerknal. Dat is namelijk het moment waarop de temperatuur van het heelal 10²⁸ Kelvin is. En tóch zijn we dan nog steeds niet op het moment van de oerknal zelf. Dat moment blijft vooralsnog in toen nog niet bestaande nevelen gehuld.

We komen op zo’n krankzinnig hoog getal voor de temperatuur door twee belangrijke natuurconstanten te combineren: die van Planck en die van Boltzmann. De eerste verbindt de energie en frequentie van deeltjes aan elkaar. De tweede relateert de energie van deeltjes in een gas aan de temperatuur van dat gas. In beide constanten komt de energie van deeltjes voor. Door ze te combineren kun je dus frequentie (equivalent aan tijd) omzetten in temperatuur: hoe kleiner de tijd, hoe hoger de temperatuur. En hoe groter de tijd, hoe lager de temperatuur. En dat is precies wat we meten: het heelal koelt al 13,8 miljard jaar af van enorm heet tot bijzonder guur.

Daan vraagt Jan / Jan vraagt Daan

Lees hier meer prangende vragen en snedige antwoorden van Daan van Eijk en Jan Beuving.