De vraag naar de evolutie van het Universum heeft door de geschiedenis heen tot veel debatten geleid binnen de natuurkunde. Aan het begin van de 20e eeuw stonden twee kampen van wetenschappers tegenover elkaar: aan de ene kant de voorstanders van een stabiel Universum dat altijd heeft bestaan, en aan de andere kant de fysici die het model van een primitieve atoom onderschreven, de voorloper van onze Big Bang-theorie.
Gedurende de 20e eeuw werd de kosmologie op zijn kop gezet door twee concurrerende visies op het Heelal. Aan de ene kant stelde Georges Lemaître de hypothese voor van een “primitief atoom”, een voorloper van de Big Bang, waarbij het Universum een geschiedenis en een begin heeft. Aan de andere kant verdedigden Fred Hoyle, Thomas Gold en Hermann Bondi in 1948 een alternatieve houding: het stationaire model, een model waarin het Universum, in expansie zijnde, op grote schaal onveranderd blijft door een voortdurende creatie van materie.
Het Stationaire Model: een Eeuwigdurend en Onveranderlijk Universum
In 1948 introduceerden Fred Hoyle, Thomas Gold en Hermann Bondi het stationaire kosmologische model. Hun benadering is gebaseerd op twee fundamentele principes. Ten eerste, het perfecte kosmologische principe: niet alleen is het Universum homogeen en isotroop in de ruimte – wat betekent dat het Universum op grote schaal dezelfde eigenschappen vertoont op elk punt en in elke observatierichting – maar het is ook in de tijd homogeen, zijn eigenschappen zijn globaal hetzelfde in alle tijdperken. Ten tweede postuleren zij de voortdurende creatie van materie om de waargenomen expansie van het Universum die door Hubble is aangetoond, te compenseren; materie wordt continu gecreëerd met een zeer laag tempo.
Dit model vermijdt een begin van het Universum en dus de filosofische en wetenschappelijke vraag van het creëren van iets uit het niets. Het biedt een elegant, statisch kader op grote schaal, waarin het Universum geen oorsprong of einde heeft. Filosofisch gezien sluit het aan bij een eeuwige visie op het Heelal, een positie die tot de 18e eeuw onder wetenschappers algemeen aanvaard was, een idee dat al werd verdedigd door de stoïcijnen en Aristoteles.
Waarom Aantrok het Stationaire Model?
Het stationaire model heeft lange tijd van een zekere prestigie genoten om verschillende redenen. Ten eerste vanwege de filosofische eenvoud, maar ook vanwege de wiskundige stabiliteit, aangezien het gebaseerd is op eenvoudige oplossingen van de kosmologische vergelijkingen van Einstein. Bovendien is het aantrekkelijk vanwege de wetenschappelijke esthetiek: een onveranderd Universum in de tijd lijkt harmonieus en voorspelbaar.
Hoyle, die zeker was van zijn theorie, bedacht de term “Big Bang” tijdens een BBC-radio-uitzending in 1949, als een poging om het concurrerende primitieve atoommodel belachelijk te maken. En toch…
Het Primitieve Atoom van Lemaître: een Voorloper van de Big Bang
Voordat het moderne Big Bang-model zoals wij dat nu begrijpen werd geformuleerd, had de Belgische priester en natuurkundige Georges Lemaître in 1931 al een gedurfde hypothese ontwikkeld: het model van het primitieve atoom. Volgens hem zou het Universum zijn ontstaan uit de desintegratie van een “kosmisch atoom”, een dicht en heet origineel punt, dat de expansie van de ruimte op gang bracht.
Lemaître baseerde zijn ideeën op de dynamische oplossingen van Einsteins vergelijkingen en de waarnemingen van Edwin Hubble, die ontdekte dat sterrenstelsels van elkaar weg bewegen. Lemaître zag het Universum als uitbreidend, met zowel een fysiek verleden als een begin. Hij stelde zich het primitieve atoom voor als een kern die al de materie van het Universum bevatte, waarvan de splitsing de kosmische expansie zou hebben doen beginnen.
Observationele Bewijzen Tegen het Stationaire Model
Ondanks de aanvankelijke aantrekkingskracht begon het stationaire model in te zakken onder de druk van steeds nauwkeurigere gegevens. De zwaarste klap kwam in 1964, toen Arno Penzias en Robert Wilson per ongeluk een ruisignaal ontdekten dat vanuit alle richtingen waarneembaar was. Deze ruis, bekend als de kosmische achtergrondstraling, is in feite het fossiele licht dat door een zeer jong Universum is achtergelaten, precies zoals voorspeld door de voorstanders van de Big Bang. Het stationaire model kan zo’n overblijfsel absoluut niet verklaren.
De Evolutie van de Moderne Kosmologie
Als gevolg van deze waarnemingen nam de wetenschappelijke gemeenschap geleidelijk het Big Bang-model aan als standaardmodel. Fred Hoyle, die zijn hypothese in de jaren ’90 nog steeds niet wilde opgeven, stelde toen een quasi-stationair model voor, maar dat bleef marginal.
Tegenwoordig wordt het ΛCDM-model (Lambda Cold Dark Matter), een uitgebreide versie van de Big Bang die de kosmologische constante integreert, beschouwd als het meest complete kader voor het beschrijven van de evolutie van het Universum. Dit model werd door Einstein in 1917 geïntroduceerd om de effecten van de zwaartekracht in een door hem als statisch gedacht Universum tegen te gaan, maar werd later herzien onder de naam “donkere energie” om de waargenomen versnelling van de expansie van het Universum te verklaren.
Het stationaire model illustreert een typisch geval van theoretische elegantie die botst met de rigueur van experimentatie. Deze controverse heeft discussies gestimuleerd, wiskundige ontwikkelingen geïnspireerd en bijgedragen aan een beter begrip van wat een goede wetenschappelijke theorie inhoudt: samenhangend, testbaar en vooral weerlegbaar.
Het herinnert ons er ook aan dat de wetenschap zich niet door dogma’s voortbeweegt, maar door confrontatie met de werkelijkheid van het heelal. En hoewel sommige theorieën, zoals die van de simulatie of het multiversum, tegenwoordig flirten met de grenzen van wat we kunnen testen, zetten zij een eeuwige traditie voort: het proberen te begrijpen wat ons altijd te boven is gegaan.
