Wat als het heelal niet altijd is geweest zoals we het nu zien? Georges Lemaître durfde die vraag te stellen toen veel wetenschappers nog uitgingen van een onveranderlijk universum. De Belgische natuurkundige en priester hielp een andere kijk ontwikkelen: een heelal dat uitdijt en een geschiedenis heeft. Zijn werk legde een fundament voor de oerknaltheorie.

Kerngegevens

• Naam: Georges Lemaître
• Leefde: 1894–1966
• Afkomst: Charleroi, België
• Vakgebied: natuurkunde, wiskunde en kosmologie
• Verbonden aan: de Katholieke Universiteit Leuven
• Bekend van: het uitdijende heelal en de hypothese van het oeratoom

Een leven tussen wetenschap en geloof

Lemaître voelde zich al jong aangetrokken tot natuurkunde én theologie. De Eerste Wereldoorlog onderbrak zijn studie; hij diende als artillerieofficier. Daarna hervatte hij zijn wetenschappelijke opleiding. In 1923 werd hij priester. Hij werkte met Arthur Eddington in Cambridge, deed onderzoek in de Verenigde Staten en behaalde een doctoraat aan MIT. Vanaf 1925 was hij hoogleraar in Leuven. [1]

Zijn priesterschap betekende niet dat hij een religieuze verklaring in zijn berekeningen wilde stoppen. Hij beschouwde wetenschap en geloof als verschillende domeinen. Zijn ideeën over een kosmisch begin onderbouwde hij met natuurkunde, waaronder thermodynamica en quantumtheorie. [2]

1927: een heelal dat uitdijt

Einsteins algemene relativiteitstheorie bood een nieuwe manier om het heelal te beschrijven. Alexander Friedmann had al laten zien dat de vergelijkingen een veranderlijk universum toelieten. Lemaître kwam onafhankelijk tot een uitdijend model en verbond dat met astronomische waarnemingen. Zijn Franstalige publicatie uit 1927 kreeg aanvankelijk weinig aandacht. Eddington hielp later zijn werk bekend te maken. [1]

Het verband tussen afstand en verwijderingssnelheid kennen we tegenwoordig als de wet van Hubble–Lemaître: op grote schaal neemt de snelheid waarmee sterrenstelsels uit elkaar bewegen toe met hun onderlinge afstand. De Internationale Astronomische Unie adviseerde in 2018 deze naam te gebruiken, als erkenning voor de bijdragen van zowel Edwin Hubble als Georges Lemaître. [3]

1931: het idee van het oeratoom

Lemaître ging nog een stap verder. Kon een uitdijend heelal zijn voortgekomen uit een heel andere begintoestand? In mei 1931 publiceerde hij in Nature een korte tekst waarin hij alle energie terugvoerde naar één oorspronkelijk quantum. Dit werd zijn hypothese van het ‘oeratoom’. Het was een vroege voorloper van de moderne oerknaltheorie, nog niet het uitgewerkte model dat we nu gebruiken. Andere onderzoekers, onder wie George Gamow, Ralph Alpher en Robert Herman, ontwikkelden later de beschrijving van een heet vroeg heelal verder. [2]

Een oerknal is geen ontploffing ergens in de ruimte

Het woord ‘oerknal’ roept gemakkelijk een verkeerd beeld op: een bom die ontploft in een lege ruimte. Bij kosmische uitdijing gaat het om de ruimte zelf die uitzet. Er is geen centraal ontploffingspunt waarvandaan alles door een al bestaande omgeving vliegt. De uitdijing vindt op grote schaal overal plaats. [4]

De moderne kosmologie beschrijft hoe het heelal ongeveer 13,8 miljard jaar geleden een extreem hete en dichte fase doormaakte. Door uitdijing koelde het af. Eerst konden lichte atoomkernen ontstaan, later neutrale atomen en uiteindelijk sterren en sterrenstelsels. Over de allervroegste fase bestaan nog grote vragen. Een goed onderbouwde geschiedenis van het heelal is niet hetzelfde als een definitief antwoord op waarom het bestaat. [5]

Waarom Lemaître bij de pioniers hoort

Lemaître veranderde de vraag die wetenschappers aan het heelal stelden. Naast ‘Hoe zit het in elkaar?’ kwam ‘Hoe is het veranderd?’ te staan. Voor AstroGies maakt juist die stap hem een pionier: hij verbond wiskunde met waarnemingen en durfde de gevolgen serieus te nemen, ook toen die nauwelijks pasten bij het vertrouwde wereldbeeld.

Uitgelichte foto: Robert Millikan, Georges Lemaître (midden) en Albert Einstein bij Caltech, januari 1933. Fotograaf onbekend; publiek domein. Beeldbron: Wikimedia Commons.

Bronnen

• [1] American Museum of Natural History — Georges Lemaître, Father of the Big Bang
• [2] American Physical Society — Lemaîtres voorstel uit 1931
• [3] Internationale Astronomische Unie — de naam Hubble–Lemaître
• [4] ViewSpace / Space Telescope Science Institute — Did You Know: The Big Bang
• [5] NASA Science — Cosmic History