Oorsprong van die Oerknal-teorie

Deur: Pieter Geldenhuys

Opsomming :

Die Oerknal- (“Big Bang”-) teorie is deesdae die algemeen aanvaarde verklaring vir die oorsprong van die heelal. Maar hoe het wetenskaplikes op die teorie besluit? Wie het die baanbrekerswerk gedoen sodat die teorie as ‘n wesenlike feit beskou kon word? En hoekom moet ons op subatomiese vlak navorsing doen om die bestaan en oorsprong van die heelal te verstaan? Die meeste gebeure wat dié vrae kan antwoord, het in die twintigerjare van die twintigste eeu plaasgevind as gevolg van die deurslaggewende werk van Edwin Hubble, na wie die Hubble-ruimteteleskoop vernoem is. Agtergrond Voor die 1920’s was die algemeen aanvaarde idee van die heelal dat ons Melkweg (ons eie sterrestelsel) die hele heelal uitmaak. Daar is geglo dat – alhoewel sekere individuele sterre gebore kan word en doodgaan – die algemene patroon van die die Melkweg ewig en onveranderend is.  Daar was wel voorheen persone wat nie hiermee saamgestem het nie, onder andere Immanuel Kant (1755) wat voorgestel het dat die onduidelike, wasige eilande van lig (Magellaanse Wolke) ander sterrestelsels soos ons eie s’n is. Baie min mense het hom egter ernstig opgeneem voor die laat-twintigerjare van die vorige eeu.

Cepheid-veranderlikes :

Die eerste stap om die verhouding tussen ons sterrestelsel en die heelal te verklaar, is gedoen deur ‘n jong navorser aan die Mount Wilson-sterrewag in Kalifornië by name van Harlow Shapley. Hy het daar toegang gehad tot die beste astronomiese teleskoop in die wêreld in daardie stadium, ‘n 60 duim- (150 cm-) reflektor. Met dié instrument het Shapley die lig vanaf die Cepheid-veranderlikes dwarsoor die Melkweg ontleed en daarmee hul afstande vanaf die aarde bepaal.

Cepheid-sterre is sterre waarvan die helderheidsverandering (die tyd wat dit neem om helder te word, dan dowwer en dan weer helderder) op ‘n voorspelbare manier varieer. Die veranderlike hang ook af van die gemiddelde helderheid van die ster. As mens dus die periode (vanaf helder na dof na helder) van die Cepheid meet, sowel as sy skynbare helderheid, kan jy bepaal hoe ver die ster is deur die aanskoubare helderheid van die ster vanaf die aarde met sy werklike helderheid te vergelyk.

Dit is dieselfde tegniek as om die afstand na ‘n 100W-gloeilamp te bepaal deur die aanskoubare helderheid oor ‘n afstand te meet. Hoe dowwer die gloeilamp, hoe verder weg is dit. Shapley se syfers was ietwat te groot, aangesien hy nie die verdowwende impak van die aarde se atmosfeer in sy berekenings toegelaat het nie. Hy het egter in ‘n reeks artikels in 1918 en 1919 bewys dat die Son en ons sonnestelsel baie ver is vanaf die middel van ons sterrestelsel, en dat ons nie eers ‘n spesiale plek in ons eie sterrestelsel beklee nie. (Ons sonnestelsel is in een van die arms van ‘n spiraalsterrestelsel geposisioneer.)  Omdat Shapley die grootte van die Melkweg oorskat het, het hy gedink dat die Magellaniese Wolke (ander sterrestelsels wat ons vanaf die aarde kan sien met die blote oog) maar relatief klein stelsels in ons eie sterrestelsel is, en nie sterrestelsels uit eie reg nie.

In 1923 en 1924 het Edwin Hubble met behulp van ‘n nuwe 100 duim- (255 cm-) teleskoop by die Mount Wilson-sterrewag ‘n reeks foto’s van Cepeid-veranderlikes in ‘n nabygeleë sterrestelsel, die Andromeda-newel, geneem. Die foto’s het gewys dat dié sterre sewe keer verder van ons af is as die Klein Magellaanse Wolk – wat bewys het dat ons sterrestelsel maar een van vele ander sterrestelsels is.
Spektrometriese analisesHubble het ook ‘n reeks spektrometriese analises op die sterre gedoen. Spektrometriese analise kan ons verskeie feite in verband met sterre vertel, onder meer of die ster nader aan of verder van ons beweeg, of van watter elemente ‘n ster gemaak is.

Ruimtewetenskaplikes neem die lig wat vanaf ‘n ster kom en skyn dit deur ‘n prisma, wat die wit lig in ‘n spektrum van kleure laat opdeel – dieselfde as wat met ‘n reënboog gebeur. Verskeie chemikalieë word geïdentifiseer deur te kyk na die swart strepe (of ligspektrum wat ontbreek) op die reënboogkleure van opgebreekte lig. Wetenskaplikes kan dan bepaal uit watter stowwe die ster gemaak is.
Spektrometriese analise kan ook gebruik word om te kyk of sterre verder van of nader aan ons beweeg.
In 1914 het ‘n Amerikaanse astronoom, Vesto Slipher, wat by die Lowell-sterrewag in Arizona gewerk het, ontdek dat ligspektra vanaf verskeie newels vanaf die verwagte posisie na die rooi kant van die ligspektrum afwyk – ‘n verskynsel wat die rooiskuif genoem word.

Rooiskuiwe :

Rooiskuiwe werk op dieselfde beginsel as die Doppler-effek, waar klankgolwe opeenhoop as die voorwerp in jou rigting beweeg, en uiteenloop as die voorwerp weg van jou af beweeg. (Dink maar aan die geluid van ‘n ambulans of voertuigsirene as dit by jou verby beweeg.) Die Rooiskuif het egter belangrike implikasies gehad, aangesien dit bewys het dat al die newels wat opgemerk is, weg van ons af beweeg.
Die eintlike ontdekking, wat hierop voortbou, is egter ‘n dekade of wat later deur Hubble gemaak.
In 1929 het Hubble aangekondig dat die rooiskuif van sterrestelsels direk afhanklik van hul afstand vanaf die Aarde is. Dit beteken dat hoe verder die sterrestelsel van ons af is, hoe vinniger beweeg dit van ons af weg. Dit het kompleet gelyk asof ons in die middel van ‘n ontploffing was, en dat alles van ons af wegbeweeg, met die verste sterrestelsels wat vinniger van ons af wegbeweeg as die nabygeleës.
Beteken dié ontdekking dan dat die Aarde eintlik wel die middelpunt van alles is, aangesien alles vanaf ons wegbeweeg?

Die rooiskuif beteken dat die hele heelal teen ‘n konstante koers in alle rigtings uitdy. Dit hou egter ook paradoksaal in dat die uitdying van die heelal beteken dat die rooiskuif in die lig vanaf die sterrestelsels nie werklik aan die Doppler-effek toegeskryf kon word nie. Die Doppler-rooiskuif kom van die beweging deur die ruimte, terwyl die kosmologiese rooiskuif eintlik beteken dat die ruimte as sodanig groter word.

Die beste manier om dit te verduidelik is om aan ‘n ballon te dink wat met kolletjies bedek is. Soos die ballon opgeblaas word, beweeg al die kolletjies verder van mekaar af. As jy ‘n mier is en op ‘n spesifieke kolletjie staan, sal al die ander kolletjies weg van jou af beweeg, dit maak nie saak op watter kolletjie jy is nie. Dit beteken ook dat die Aarde nie die middelpunt van alles is nie, aangesien jy dieselfde verskynsel sal ondervind al is jy op ‘n ander planeet in ‘n ander sterrestelsel.
Oerknal vs Einstein se relatiwiteitsteorie

Hubble se ontdekking was ‘n groot skok vir sy tydgenote. Albert Einstein het sy Algemene Teorie van Relatiwiteit in 1915 geformuleer, wat daarop gedui het dat die heelal besig moes wees om groter te word. Hy was egter so vas oortuig van ‘n statiese heelal (wat nooit groter of kleiner word nie), dat hy ‘n spesiale kosmologiese konstante by sy formules gesit het sodat die resultate van sy formules op ‘n statiese heelal gedui het.

Hubble het gewys dat Algemene Relatiwiteitsteorie wel korrek is, maar dat Einstein die implikasies daarvan nie wou glo nie. Einstein het dit later as die grootste fout van sy eie loopbaan beskryf.
Die feit dat al die sterrestelsels al hoe vinniger van mekaar af wegbeweeg hoe verder hulle van mekaar af is, het beteken dat hulle in die een of ander stadium op een plek bymekaar moes gewees het.
Vraag: Hoe groot was die plek waar alles vandaan ontstaan het? Was dit so groot soos ‘n atoom?
Dit is op hierdie punt dat die eerste idees rondom die Oerknal-teorie sy oorsprong gekry het, en waarom ons meer van die subatomiese wêreld moet weet as ons wil verstaan hoe die ontploffing van ‘n klein partikel die totale heelal tot gevolg gehad het.