De oerknal, het uitdijende heelal en de snelheid van het licht…

 

door Hans Molema (bewerking / vertaling van artikelen uit Nature, Allesoversterrenkunde.nl en Space.com)

 

Het heelal dijt uit… Gezien vanuit ons Melkwegstelsel lijken alle andere sterrenstelsels van ons af te bewegen. Hetzelfde geldt voor vrijwel elk stelsel in het (waarneembare) heelal: waar je je ook bevindt, altijd zie je de andere sterrenstelsels van je af bewegen. En hoe verder weg dat andere stelsel staat, des te hoger is die 'vluchtsnelheid'. Door de uitdijing van het heelal nemen de afstanden tussen sterrenstelsels toe. Er zijn wel een paar uitzonderingen: het Andromedastelsel staat bijvoorbeeld zo dicht bij ons eigen Melkwegstelsel (‘slechts’ 2,2 miljoen lichtjaar) dat de twee stelsels naar elkaar toe bewegen onder invloed van de onderlinge zwaartekracht…

Sterrenstelsels op relatief kleine afstand van het Melkwegstelsel bewegen van ons af met geringe snelheden in de orde van een paar honderd kilometer per seconde. Sterrenstelsels op grotere afstanden hebben hogere vluchtsnelheden: duizenden of zelfs tienduizenden kilometers per seconde. En de vluchtsnelheid van een sterrenstelsel aan de rand van het waarneembare heelal lijkt in de buurt van de lichtsnelheid (ca. 300.000 kilometer per seconde) te liggen.

 

In het - voor ons waarneembare - heelal is dus geen sprake van vluchtsnelheden die hoger zijn dan de lichtsnelheid. Maar buiten de waarnemingshorizon bevinden zich naar alle waarschijnlijkheid nog veel méér sterrenstelsels, op afstanden van tientallen en honderden miljarden lichtjaren. We kunnen ze niet zien, omdat hun licht de aarde nog niet heeft kunnen bereiken in de 13,8 miljard jaar dat het heelal bestaat. Maar als ze zich nu op zulke onvoorstelbaar grote afstanden bevinden, betekent dit dan niet dat de uitdijingssnelheid van het heelal ooit groter is geweest dan de lichtsnelheid? Anders kunnen ze in minder dan 14 miljard jaar tijd toch nooit op grotere afstanden terechtkomen dan 14 miljard lichtjaar?

 

Belangrijk om je te realiseren is dat er niet één bepaalde uitdijingssnelheid van het heelal bestaat. De snelheid waarmee de afstand tussen twee sterrenstelsels toeneemt als gevolg van de uitdijing van de lege ruimte, is afhankelijk van hun onderlinge afstand: voor twee stelsels die heel ver van elkaar af staan neemt die onderlinge afstand veel sneller toe dan voor twee stelsels die relatief dicht bij elkaar staan - simpelweg omdat er zich dan meer uitdijende ruimte tussen de twee stelsels bevindt.

 

Wat ook belangrijk is om te beseffen is dat de 'vluchtsnelheden' van sterrenstelsels geen werkelijke bewegingssnelheden zijn. Een ver sterrenstelsel raast niet met een snelheid van honderdduizend kilometer per seconde door de lege ruimte; het is de ruimte zélf die uitdijt, en de sterrenstelsels daardoor 'van elkaar af duwt'. De snelheid waarmee de onderlinge afstand toeneemt is dus geen snelheid in de gewone zin van het woord, en is dan ook niet gebonden aan de limiet van de lichtsnelheid.

 

Einsteins relativiteitstheorie stelt dat de lichtsnelheid de hoogst mogelijke snelheid in de natuur is. Maar dat heeft dan wel alleen betrekking op echte bewegingssnelheden van materie door de lege ruimte. De afstand tussen twee zeer ver uiteen gelegen punten in de uitdijende ruimte kan best toenemen met meer dan 300.000 kilometer per seconde - als er zich maar voldoende uitdijende ruimte tussen die twee punten bevindt.

 

Zeker in de eerste ogenblikken van het heelal, toen de ruimte gedurende een minieme fractie van een seconde exponentieel uitdijde (dat noemen we het inflatietijdperk), was er sprake van een uitdijing die veel sneller verliep dan de lichtsnelheid. Ook in de toekomst kunnen sterrenstelsels die zich nu nog binnen onze waarnemingshorizon bevinden misschien wel weer van ons af bewegen met snelheden groter dan de lichtsnelheid…Dat kan dan het gevolg zijn van de mysterieuze donkere energie, die de huidige versnellende uitdijing van het heelal veroorzaakt. Het gevolg van deze denkwijze is natuurlijk wel weer dat ze ooit achter onze waarnemingshorizon zullen verdwijnen. En wat zich dààr afspeelt blijft voor onze ogen (en meetinstrumenten) verborgen…