Pieter C. van der Kruit - Oorsprong
Over mens en heelal, wetenschap en religie, samenhang en toeval, de weg en de herberg
Prof. dr. Pieter C. van der Kruit
Tiende J.H. van Oosbreelezing, 5 april 2008, te Amersfoort
Deze figuur toont de allereerste structuur in het heelal. Het is een kaart van de hele hemel, gemaakt met de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) en laat fluctuaties zien in de radiostraling die het restant is van de hete fase na de Oerknal. Deze kosmologische achtergrondstraling, die correspondeert met het tijdstip toen het heelal zo’n 380.000 jaar oud was, heeft nu een temperatuur van 2,7° K (Kelvin, dus 2,7 graden boven het absolute nulpunt).
De kosmische achtergrondstraling vertoont minieme fluctuaties, in de figuur blauw voor een klein beetje koeler, rood voor een klein beetje warmer. Die variaties tonen een maximale afwijking van slechts ±0,2 milliKelvin t.o.v. het gemiddelde. Dit correspondeert met fluctuaties in de dichtheid in het heelal op dat tijdstip van 0,01%.
Die minieme verdichtingen zijn echter de kiemen van waaruit alle structuur in het heelal gevormd is: van het heelal op grootste schaal tot sterrenstelsels, sterren, planeten, de aarde, planten, dieren en mensen;
kortom... we zien hier onze Oorsprong!
[De zogenaamde 'singulariteit' ('vreemdheid') waaruit volgens de oerknaltheorie het gehele heelal is voortgekomen, was een ruimteloos en tijdloos punt, waarin het hele heelal was samengebald (waar kwam dat punt vandaan?). Op een gegeven ogenblik (wie bepaalde dat tijdstip?) zette dit punt explosief uit: de 'oerknal' (waarom zou dit moeten gebeuren?). De ruimte van het jonge heelal die zo ontstaat, is door uitzetting uit één punt voortgekomen: dan moet die ruimte volkomen gelijkmatig (homogeen) zijn.
Wat uit een bron voortkomt, neemt immers de eigenschappen van die bron met zich mee.]
De ruimte van het jonge heelal blijkt echter niet gelijkmatig te zijn, terwijl er wel sprake is van één, samenhangende gebeurtenis; een verstorend toeval is daardoor uitgesloten.
Aangezien dit het begin is van de ontwikkeling die uiteindelijk leidt tot de toestand van het heelal, die nu vanuit de wetenschap met het antropische principe kan worden beschreven, dan zien wij hier in deze oorsprong ('eerste sprong') van de schepping en van het antropische principe... de hand van God, onze schepper, die het jonge heelal 'ontroerde'.
De hand van God was de oorzaak van de kleine verstoringen in de gelijkmatigheid van het jonge heelal, die de oorzaak is van het heelal waar wij ons nu bewust van zijn en dat volgens het wetenschappelijk ontwikkelde, antropische principe voor ons heil is gemaakt (Freek).
"In het begin schiep God de hemel en de aarde..." (Genesis 1:1)]
Hoe zijn wij hier geland,
waartoe... vanwaar...
ligt ergens aan het strand
dat vreemde schip nog klaar?
en als het anker is gelicht,
naar waar... naar waar...?
A. Roland Holst
Uit het gedicht Dit Eiland 'Voorbij de Wegen' (Roland Holst 1920)
Er is een citaat van de natuurkundige Freeman Dyson: "As we look out into the universe and identify the many accidents of physics and astronomy that have worked together to our benefit, it almost seems as if the universe must in some sense have known that we were coming," waarin hij wijst op de toevalligheden in de natuurwetenschap, die voor het ontstaan van leven als hier op aarde essentieel zijn. Dit zal een belangrijk thema zijn in het onderstaande.
Sterk gerelateerd daaraan zijn de vragen die variaties zijn op de fundamentele vraag: "Waarom is alles zoals het is?"
Enkele hiervan zijn de volgende. Waarom zijn de natuurwetten zoals ze zijn? Waarom is het heelal zo groot als het is? Waarom is het heelal zo oud als het is? Waarom heeft de biologische evolutie miljarden jaren moeten duren? Waarom leven we eigenlijk in een drie-dimensionale ruimte? Maar ook: Wat is de toekomst van het leven op aarde? Is er elders in het heelal ander 'intelligent' leven?
Wat is de toekomst van het heelal? Als het heelal een begin gehad heeft, heeft het dan ook een einde? Waarom heeft de tijd eigenlijk een richting en is er verschil tussen verleden en toekomst? En: In hoeverre zijn gebeurtenissen voorspelbaar? Is er een 'wet van oorzaak en gevolg' en waarop is die dan toepasbaar? Staat de toekomst al in alle detail vast? Wat zijn de grenzen van de wetenschap? Of: Is er een 'Heilsplan Gods'? Is de mens de 'Kroon der Schepping', een Kroonjuweel? Hebben we als mensheid een 'bestemming'? Is er überhaupt een 'universele zin' in het leven? En bestaat er een absolute waarheid? En wie heeft die dan? (blz. 6)
1. Achtergronden
[...] 7 De kwestie van de grootte van fundamentele natuurconstanten is maar één aspect van de vraag waarom alles eigenlijk is zoals het is. Het blijkt dat er een scala van schijnbare toevalligheden zijn in de natuur, die bij nadere beschouwing essentieel zijn voor het ontstaan van leven zoals wij het kennen. Dat zijn o.a. die natuurconstanten, maar er zijn ook details in de structuur van de materie die vereist zijn voor onze aanwezigheid. Dat heeft aanleiding gegeven tot de formulering van het zogenaamde 'Antropisch Principe', dat in eenvoudige woorden zegt dat alles noodzakelijkerwijs is zoals het is, omdat wij er anders niet zouden zijn om die vraag te stellen.
De achtergronden van dit principe en een gedetailleerde discussie van deze schijnbare toevalligheden en de verschillende vormen en implicaties ervan zijn beschreven in een gedegen boek The Anthropic Cosmological Principle (Barrow & Tipler 1986), maar zie ook The Constants of Nature (Barrow 2004).
In eerste instantie werd het antropisch principe met argwaan ontvangen. Het leek onwetenschappelijk om dit zo te stellen en een zwaktebod om vooral maar geen verklaring te hoeven geven. Een deel van de weerstand heeft ook te maken gehad dat het teleologisch leek en dat het er vanuit lijkt te gaan dat het heelal en de schepping een doel hebben.
In recentere tijden valt men meer en meer op het antropisch principe terug. De reden is dat het er steeds meer op begint te lijken dat een complete Theorie van Alles niet mogelijk is (Susskind 2005) en dat er grenzen zijn aan de natuurkunde vergelijkbaar met de incompleetheidstheorema's van Gödel in de wiskunde en Turing in de informatica. Voor wetenschappers als Susskind en anderen is het dan aanvaardbaarder het antropisch principe te omarmen, in een visie waarin ons heelal één van de mogelijke heelallen is uit een enorme collectie, die een 'multiversum' of 'cosmic landscape' genoemd wordt. Het aantal verwijzingen in de wetenschappelijke literatuur naar het antropisch principe neemt snel toe.
6. Toeval in de kosmische evolutie
Er zijn een groot aantal 'toevalligheden', die van essentieel belang zijn geweest om leven als het onze in het heelal mogelijk te maken. We gaan eerst terug naar de vorming van de chemische elementen. De eerste hypothesen daarover hadden te maken met de hete fase van het vroege heelal en daaraan is de naam van George Gamow (1904 - 1968) verbonden. Hij beschreef als eerste de situatie, waarin het vroege, hete heelal uitsluitend uit protonen en neutronen (plus natuurlijk elektronen) zou hebben bestaan, die vervolgens samen atoomkernen vormden. Zijn theorie wordt wel aangeduid als de αβγ theorie, omdat hij die publiceerde in een artikel dat als auteurs had Ralph Alpher, Hans Bethe en hijzelf en de achternamen lijken veel op de eerste drie letters uit het Griekse alfabet.
Helaas voor hen bleek dat niet te werken door de reeds genoemde afwezigheid van elementen met massa-getal 5 en 8, en we weten nu dat in het vroege heelal alleen waterstof en helium zijn gevormd. Men noemt dit nu de kosmologische nucleosynthese.
De overige chemische elementen zijn gevormd in sterren. De theorie van deze stellaire nucleosynthese is opgesteld door Margaret en Geoffrey Burbidge, Willy Fowler en Fred Hoyle, afgekort B2FH, en onafhankelijk van hen door Alistair Cameron. Dat we het voorkomen van de chemische elementen in detail kunnen verklaren uit de kennis van kernreacties, bouw van atomen en van de structuur en evolutie van sterren vind ik persoonlijk een fascinerende demonstratie van de kracht van de wetenschap. De lange tijdschaal van deze vorming van elementen vergt een heelal met een lange leeftijd. Wikipedia heeft ook hierover een uitstekend artikel (Wikipedia 2008b).
Ik ga nu deze vorming van chemische elementen in wat meer detail behandelen om de 'toevallige', maar precieze afstemming van de bepalende krachten en processen te illustreren.
Materie bestaat uit atomen en die atomen hebben een zware atoomkern met eromheen lichte, electrisch negatieve elektronen. De atoomkern bestaat uit positief geladen protonen en electrisch neutrale neutronen. De neutronen houden via de sterke wisselwerking de protonen in de kern bij elkaar. Kort na de Big Bang was het te heet om atomen te vormen en bestond het heelal uit protonen, neutronen en elektronen. Na drie minuten konden de protonen en neutronen samensmelten tot atoomkernen.
De zwakke wisselwerking bepaalde hoeveel protonen en neutronen er bij de toen heersende temperatuur en dichtheid waren en wel in een verhouding van ongeveer 7 : 1. Door herhaalde invang ontstaat hieruit helium-4 (4He), dat bestaat uit twee protonen en twee neutronen totdat alle neutronen daarvoor zijn gebruikt. Er blijven dan flink wat protonen over en het geheel resulteert dan in een verhouding waterstof tot helium van 75% : 25%, vanwege de zojuist genoemde verhouding in het voorkomen van protonen en neutronen. (blz. 55)
Atoomkernen worden bij elkaar gehouden door de sterke wisselwerking. Eigenlijk wordt die beschreven door de krachten tussen quarks, waaruit de protonen en neutronen bestaan, via de uitwisseling van gluonen, maar dat is hier niet van belang. Je kunt het voorstellen alsof de electrisch neutrale neutronen de afstotende protonen bij elkaar houden.
Voor lichte atomen heb je ongeveer evenveel neutronen nodig als protonen. Voor zwaardere elementen zijn meer neutronen nodig. Bijvoorbeeld: lood heeft 82 protonen en 122 tot 126 neutronen en is stabiel. Uranium-238 heeft 92 protonen en 146 neutronen, maar bestaat desondanks gemiddeld niet langer dan 4.5 miljard jaar voordat het uit elkaar valt.
Tot de meest robuuste atoomkernen in de natuur behoren die lichte atomen met een even aantal protonen en neutronen, zoals helium-4, koolstof-12, zuurstof-16, neon-20, magnesium-24. Ze kunnen worden gedacht te zijn opgebouwd uit helium-kernen en worden alfa-atomen genoemd.
Alleen beryllium-8 is een merkwaardige uitzondering op die regel; het is zeer instabiel. Doordat 8Be en 5Li zo instabiel zijn, vormen er in de Big Bang geen elementen zwaarder dan helium! En dit komt door de details van de wetten die de zwakke en sterke wisselwerkingen beschrijven. Alle andere elementen moeten dus later gevormd zijn in sterren.
Sterren brengen het grootste deel van hun leven door met 'verbranden' van waterstof in helium in hun centrale delen. Als de temperatuur zo'n tien miljoen graden is, kunnen protonen met elkaar reacties aangaan, omdat ze dan genoeg energie hebben om de onderlinge electrostatische afstoting te overwinnen. Onze zon kan deze waterstof-verbranding zo'n 10 miljard jaar volhouden. Een zwaardere ster doet dat veel sneller, b.v. een ster 15 keer zo zwaar als de zon doet er maar 10 miljoen jaar over om in de centrale delen alle waterstof te verbranden.
Als de waterstof opgebruikt is en er geen energie meer wordt geproduceerd, trekt de kern, die nu uit helium bestaat, samen en daar wordt het dan veel heter. Helium atomen zullen dan kunnen botsen als ze bij honderd miljoen graden of zo hun onderlinge afstoting kunnen overwinnen door hun grotere snelheden. Bij de dan heersende dichtheid en temperatuur bestaat er een toestand van beryllium-8 die net lang genoeg (10-16 sec) bestaat om een redelijke kans te hebben nog een helium atoom in te vangen, zodat koolstof-12 wordt gevormd. Hierbij worden in kernreacties overigens ook zuurstof en andere elementen geproduceerd, met name de alfa-elementen die we boven zagen. Een ster als onze zon zal na deze fase van helium-verbranding wel verder samentrekken, maar de temperatuur wordt nooit hoog genoeg voor verdere samensmelting van atoomkernen. De zon dooft langzaam uit als witte dwerg.
We kijken nu eens naar een ster die beduidend zwaarder is dan de zon. In het centrum van zo'n ster wordt uiteindelijk alles omgezet in zwaardere elementen. Daarbij komt veel energie vrij. Maar het stopt als alles ijzer is geworden, want om nog zwaardere elementen te maken blijkt er energie nodig te zijn in plaats van dat er energie vrijkomt. Die kern dooft dan uit en stort in onder invloed van zijn eigen zwaartekracht. De ijzer-atomen worden daardoor zeer dicht op elkaar gedrukt. Uiteindelijk worden door de grote dichtheid de protonen en elektronen 'samengeperst' tot neutronen. Daarbij komen neutrino's met heel veel energie vrij. De materie, die dan alleen uit neutronen bestaat, is dan net zo compact als in een atoomkern en verder samentrekken kan niet.
De buitendelen van de ster storten nu ook in, want ze worden niet meer daartoe verhinderd door de energie-productie in de ster, en vallen met grote snelheid op de 'neutronenster' in het centrum. De dichtheid van materie wordt zo groot, dat er een sterke schokgolf ontstaat. De dichtheid in die schok is zo enorm groot, dat zelfs de neutrino's er niet doorheen kunnen en dus kan veel van de in de ster aanwezige energie, die voor een flink deel in de neutrino's zit, niet naar buiten. Het is weer de zwakke wisselwerking, die bepaalt, dat de neutrino's niet door de schokgolf kunnen.
Het resultaat is dat de ster explodeert en zich opblaast als een supernova. Daarbij treden ook kernreacties op en zo vormen kleine hoeveelheden van de zwaardere elementen. En door de explosie worden die en de reeds eerder gevormde elementen toegevoegd aan het interstellaire medium. (blz. 56)
Het is dus zo dat er voor de vorming van de chemische elementen in het vroege heelal en in sterren een en ander aan bijzondere omstandigheden nodig is geweest.
- Als de zwakke wisselwerking een beetje zwakker was geweest, dan waren er veel meer neutronen geweest en zou in de Big Bang alle materie helium zijn geworden en zou er geen waterstof meer over zijn geweest. Verder zou de schokgolf in de pre-supernova transparant geweest zijn voor neutrino's en zouden er geen supernova explosies zijn geweest.
- Als die zwakke wisselwerking een beetje sterker was geweest, dan zou er in de Big Bang weliswaar geen of weinig helium zijn gevormd, maar zouden in de zware sterren vlak voor de supernova-fase de neutrino's niet aan de instortende kern ontsnapt zijn. Dan zouden er ook geen supernova explosies hebben kunnen plaatsvinden en zouden er geen elementen als koolstof en zuurstof in het interstellaire medium zijn geweest. In beide gevallen zouden er dus geen bouwstenen voor leven als het onze aanwezig zijn geweest in het heelal.
- De sterke wisselwerking is precies zodanig, dat beryllium-8 zeer instabiel is. Anders zouden er na de Big Bang alleen de zwaarste elementen zijn geweest.
- En die sterke wisselwerking is ook precies zodanig, dat er een toestand van beryllium-8 is waarbij juist in sterren koolstof kan worden gevormd en ook tegelijkertijd zo, dat niet onmiddellijk alle materie zuurstof en nog zwaardere elementen wordt.
Dus de fundamentele wisselwerkingen in de natuur zijn precies zo, dat er
(1) waterstof overblijft na de Big Bang,
(2) er elementen nodig voor het ontstaan van leven worden gevormd en
(3) die elementen ook aan het gas tussen de sterren worden toegevoegd. (blz. 57)
[…] (Deel met veel formules)
Er is een zeer leesbaar boek van Sir Martin Rees, Just Six Numbers (Rees 1999), waarin hij zes kosmologische getallen de revue laat passeren, die precies zijn 'afgestemd' om ons bestaan mogelijk te maken. Ze betreffen naast de αG van hierboven ook een getal dat de balans kenmerkt tussen zwaartekracht en expansie van het heelal, de hoeveelheid materie in het heelal t.o.v. de expansie, de hoeveelheid donkere energie t.o.v. de gewone en donkere materie, de verhouding tussen gravitationele bindingsenergie van een willekeurige structuur en de massa energie ervan (mc²) ervan, hetgeen ontstaan van structuur bepaalt en de drie-dimensionaliteit van de ruimte. Hij laat zien dat deze allemaal de waarden moeten hebben die ze hebben om het mogelijk te maken dat sterren, planeten en mensen ontstaan. (blz. 59)
[…]
Dus fundamentele fysische constanten dicteren dat sterren als de zon levensduren van de orde van miljarden jaren moeten hebben. Nogmaals, het is opmerkelijk, maar voor het ontstaan van leven essentieel, dat de leeftijd van het heelal, de tijd die sterren als de zon kunnen leven, de tijd nodig om de chemische elementen in sterren te vormen en de tijd nodig voor de biologische evolutie op aarde allemaal van dezelfde ordegrootte (d.w.z. gelijk binnen een factor 10) zijn.
De discussie in deze sectie geeft dus aan, dat de natuurwetten precies zo zijn, dat de chemische elementen in die verhouding zijn gevormd die noodzakelijk is om leven te doen ontstaan (met name relatief grote hoeveelheden van het essentiële waterstof, koolstof en zuurstof). Verder zijn de natuurwetten precies zo, dat de leeftijd van het heelal, de tijdschaal van vorming van de chemische elementen en de levensduur van sterren als de zon allemaal van de orde van miljarden jaren zijn, net als de benodigde tijdschaal voor biologische evolutie.
Dit betekent dus, dat er zeer veel 'toevallige' overeenkomsten zijn, die wel weliswaar precies zo hadden moeten zijn om leven te kunnen laten ontstaan, maar waar we geen fundamentele verklaring voor hebben waarom het zo is. Er is dus een afstemming van fysische wetten en grootheden op elkaar, die laat zien, dat er een grote mate van samenhang is. (blz. 60)
7. Het antropisch principe
Het Antropisch Principe legt een verband tussen de manier waarop het heelal in elkaar zit en onze aanwezigheid erin om het waar te nemen en de vraag te stellen, waarom het heelal is zoals het is. Het voert terug tot Robert H. Dicke en is verder ontwikkeld door Brandon Carter, Martin Rees en in groot detail verder uitgewerkt en samengevat door John D. Barrow en Frank J. Tipler (Barrow & Tipler 1986).
Het stelt in de meest algemene vorm, dat om intelligent leven als het onze en de bestudering en waarneming van het heelal zoals wij doen mogelijk te maken, het heelal wel moest zijn zoals het is. In de definitie van Barrow & Tipler (1986): "The observed values of all physical and cosmological quantities are not equally probable but they take on values restricted by the requirement that there exist sites where carbon-based life [als het onze dus] can evolve and by the requirements that the Universe be old enough for it to have already done so."
Dit hangt samen met de suggestie die soms gemaakt wordt, dat de constanten uit de natuurkunde misschien helemaal niet constant zijn, maar wellicht vari ëren met de leeftijd van het heelal of zelfs dat er andere delen van het heelal zouden zijn waar ze andere waarden hebben en waar dus leven als het onze niet mogelijk is. Er zijn ook modellen, waarin men poneert, dat er wellicht andere heelallen zijn, die samen een multiversum vormen.
Tegenstanders verwerpen het antropisch principe als nietszeggend, omdat het onderliggende idee principieel onbewijsbaar en onweerlegbaar is en dus niet zou passen in de methode van de natuurwetenschap. Een ander bezwaar is dat er mogelijke andere vormen van intelligent leven zouden kunnen zijn dan het onze, bijvoorbeeld met erfelijk materiaal dat niet gebaseerd is op DNA dat een ruggegraad van koolstofatomen heeft.
Er is ook een vorm die men het sterke antropisch principe noemt. Dit stelt dat: "the Universe must have those properties which allow life [in welke vorm dan ook] to develop within it at some stage in its history" (Barrow & Tipler 1986). Hierin zit iets meer van een doel of bedoeling. Het kan betekenen dat
(1) er maar één heelal bestaat dat juist zo in elkaar zit, dat 'waarnemers' als wij mogelijk (of misschien zelfs onvermijdelijk) zijn of
(2) dat er een heel scala van heelallen bestaat waarvan het onze die (of één van die) is waar leven mogelijk is (het multiversum dus).
Barrow & Tipler definiëren nog een uiteindelijk antropisch principe, dat erop neerkomt dat in een heelal als het onze leven onherroepelijk moet ontstaan en als het er eenmaal is ook niet meer uitsterft. Deze laatste vorm is meer metafysisch en teleologisch en ik laat die verder buiten beschouwing.
Voor de duidelijkheid wijs ik erop dat het antropisch principe iets anders is dan 'intelligent design'. Dit is de opvatting dat de eigenschappen van het heelal en organismen alleen verklaard kunnen worden als het werk van een intelligente 'ontwerper'. Bij intelligent design wordt ervan uitgegaan, dat de complexiteit van levende organismen nooit tot stand heeft kunnen komen als gevolg van ongeleide evolutie. Volgens sommige aanhangers zijn levende systemen 'onherleidbaar complex' (irreducibly complex), d.w.z. dat alle onderdelen nodig zijn om het te laten functioneren. Als maar één onderdeel niet werkt, werkt het hele systeem niet, en men stelt dan dat het ontstaan van zulke systemen alleen mogelijk is als gevolg van een gerichte evolutie.
Een ander begrip in de context van intelligent design is specifieke complexiteit (specified complexity). Het gebruikelijke voorbeeld om te illustreren wat men daaronder verstaat is dat een enkele letter van het alfabet specifiek is, maar niet complex en een willekeurige reeks letters wel complex maar niet specifiek. Maar een geschreven tekst als een samenhangend en leesbaar boek is zowel complex als specifiek.
DNA, dat de erfelijke code bevat, is dat ook. Men stelt dan dat dit niet door willekeurige processen tot stand heeft kunnen komen en dat er dus een ontwerp aan ten grondslag moet hebben gelegen. Aanhangers van de Darwinse evolutie stellen juist dat de complexiteit het gevolg is van ongeleide natuurlijke selectie, waarbij vormen met minder gunstige eigenschappen minder kans hebben zich te vermenigvuldigen en daardoor uit de populatie verdwijnen.
Intelligent design kan, maar hoeft niet, gezien worden als een moderne vorm van het teleologisch argument voor het bestaan van God.
Specifieker is 'creationisme', waarin men stelt, dat het ontstaan van het heelal, zon, aarde, leven en de mens het gevolg zijn van een scheppingsdaad, zoals bijvoorbeeld beschreven in de Bijbel. Dit wordt dan letterlijk genomen en dat kan zover gaan als de Ierse geestelijke James Ussher (1581 - 1656), die aan de hand van Genesis heeft bepaald, dat de schepping heeft plaatsgevonden op 23 oktober 4004 v. Chr.
De vraag naar het waarom de wereld is zoals die is gaat ver terug. Van Koning Alfons X 'de Wijze' van Castilië (1221 - 1281), die ook astronoom was, wordt vermeld dat hij verzucht zou hebben, dat als de Almachtige God hem om advies zou hebben gevraagd alvorens de Schepping uit te voeren, hij wel iets eenvoudigers zou hebben aanbevolen.
Er is een anecdote, dat Einstein de vraag gesteld zou hebben: "Hoeveel keus had God eigenlijk toen Hij de wereld schiep?" In zijn boek A Brief History of Time schrijft Stephen Hawking, dat als je naar de huidige fysica kijkt, volgens hem het antwoord is dat er helemaal niets te kiezen was (Hawking 1988). Dat past natuurlijk in de traditie dat de natuurkunde op het punt stond in een Theorie van Alles alle fysische wetten vanuit fundamentele principes te verklaren.
In een recent interview in de 'Wetenschap en Onderwijs' bijlage van NRC-Handelsblad van 21 juli 2007, zegt de Nederlandse theoretische fysicus Eric Verlinde: "Mja, maar men is nog steeds op zoek naar die ene formule om, zeg maar, alles samen te vatten." Op de vraag van de interviewer (Karel Knip) of we die gaan vinden, antwoordt hij: "Ik hoop het wel. Ik hoop ook degene te zijn, die hem vindt. Feit is dat ergens een principe ligt dat we nog niet gevonden hebben en dat alles mooi in elkaar past."
En als hem gevraagd wordt wat de snaar-theorie ons dan uiteindelijk gaat leren, zegt hij na enige aarzeling: "Vooruit maar, [de] snaar-theorie gaat ons een antwoord geven op de vraag hoe de oerknal tevoorschijn is gekomen." Dit is allemaal wel erg absoluut.
Susskind (2005) meent dat er een crisis is in de snaar-theorie, omdat die een aantal oplossingen toelaat van maar liefst 10500(!), d.w.z.een getal met 500 cijfers voor de komma. Susskind poneert nu dat er een 'Cosmic Landscape', een soort kosmisch landschap, is waarin al die mogelijkheden gerealiseerd zijn. Ons heelal correspondeert dan met die ene, waarin de natuurwetten juist zo zijn als we waarnemen en waar wij kunnen ontstaan om die waarnemingen te doen. Een vorm van het antropisch principe dus.
Dat lijkt een poging om de dans te ontspringen dat er een intelligente ontwerper of een vooropgezet doel zou zijn geweest. Vandaar zijn terugverwijzen naar de woorden van Laplace die ik in de inleiding aangehaald heb, dat hij geen noodzaak ziet voor de hypothese, dat er een God bestaat.
Ik verbaas mij erover, dat dit Cosmic Landscape zo gemakkelijk wordt geaccepteerd als alternatief van een Theorie van Alles, waaruit de natuurkonstanten met grote nauwkeurigheid zouden worden verklaard. Immers ons heelal lijkt zeker antropisch te zijn, maar ik kan me heel goed voorstellen, dat er intelligent leven zou kunnen zijn in een heelal waar die constanten alleen maar een klein beetje anders zouden zijn geweest.
Het is overigens ook zo dat er wetenschappers zijn, die het antropisch principe categorisch verwerpen als zijnde onwetenschappelijk. Het heeft ook wel iets van een cirkel-redenatie in zich. Immers, wij mensen bestaan en dat kan alleen als het heelal er uitziet zoals het er uitzien, want als het anders was geweest dan hadden we nooit bestaan. Dat klinkt onwetenschappelijk en tautologisch, en lijkt geen enkele diepere betekenis te hebben.
Als Goethe Faust tegen de 'Geest' laat zeggen: "Der du die weite Welt umschweifst, Geschäftiger Geist, wie nah fühl ich mich dir!" volgt als antwoord van de Geest: "Du gleichst dem Geist, den du begreifst, nicht mir!" Faust denkt dat hij de geest begrijpt, maar in feite gelooft hij in zijn eigen projectie en voorstelling ervan. Ik stel daar echter tegenover, dat de essentie van het antropisch principe juist is, dat er een diepgaande samenhang is, waarvan de diepgang en reikwijdte open staan voor wetenschappelijk onderzoek.
Ik heb in bovenstaande de structuur van het heelal geschetst en aangegeven hoe melkwegstelsels, sterren en planeten worden gedacht te zijn ontstaan en hoe ze evolueren. Ik heb voorbeelden gegeven, alhoewel niet uitputtend, hoe de precieze afstemming van de natuurwetten en -constanten in vele gevallen essentieel zijn voor het ontstaan van leven als het onze. Ik zet nog even enige van de meest in het oog lopende zaken op een rij:
- Als de zwaartekracht veel zwakker zou zijn t.o.v. elektromagnetisme zouden sterren veel kleiner zijn en veel sneller hun waterstof verbanden. En omgekeerd. Als die twee krachten vergelijkbaar zouden zijn in sterkte dan zouden sterren al ineengestort zijn voordat leven een kans had te ontstaan.
- De verhouding tussen de zwaartekracht en dus ook de hoeveelheid donkere materie in het heelal ten opzichte van de expansie is zodanig dat het heelal miljarden jaren oud kan worden. De hoeveelheid donkere energie in het heelal is klein genoeg om de expansie dermate langzaam te versnellen, dat melkwegstelsels konden ontstaan waarin sterren chemische elementen vormen en het intersterstellaire medium verrijken.
- De sterkte van de zwaartekracht t.o.v. de energie in materie (volgens E = mc²) is zo, dat in het vroege heelal precies voldoende structuur kon ontstaan.
- De sterke wisselwerking is veel sterker dan de zwaartekracht en als ze nog sterker zou zijn geweest zou al de waterstof in het heelal al heel snel zijn omgevormd tot helium. Als het veel sterker was geweest dan is het mogelijk dat er überhaupt geen atomen zouden zijn gevormd.
- De zwakke wisselwerking wordt voor een deel bepaald door de verhouding van de massa tussen elektronen en protonen. Een andere verhouding zou hebben kunnen betekenen dat er geen neutronen of juist alleen maar neutronen zouden zijn geweest. Het massaverschil tussen een neutron en een proton is groter dan de massa van een elektron. Als dit niet zo zijn geweest waren neutronen stabiel en zouden er geen zwaardere elementen zijn gevormd.
- De vorming van chemische elementen in de Big Bang is gestopt bij helium. Anders was er wellicht geen waterstof meer over geweest.
- De condities in het binnenste van helium-verbrandende sterren is precies zo, dat een aangeslagen toestand van beryllium-8 kan voorkomen, dat de vorming van koolstof en zuurstof mogelijk maakt. De fijnstructuur constante moet nogal nauwkeurig de waarde hebben die het heeft om dit mogelijk te maken. - De zwakke wisselwerking is zodanig, dat supernova explosies mogelijk worden en de producten van nucleosynthese aan het interstellaire gas kunnen worden toegevoegd.
- De verhouding van de elektromagnetische kracht en de zwakke wisselwerking is zodanig, dat sterren als de zon een levensduur van miljarden jaren hebben. De tijdschalen van de expansie van het heelal, van de vorming van chemische elementen door sterren, de levensduur van sterren als onze zon en de tijdschaal nodig voor biologische evolutie zijn precies zo, dat leven als het onze kan ontstaan.
Het feit, dat wij er zijn, het heelal waarnemen en de vraag stellen waarom het heelal is zoals het is, heeft geen fundamentele verklaring vanuit de fysische wetten en hun constanten. Hier komt het antropisch principe te hulp. De kennelijke toevalligheden en precieze afstemmingen zijn nodig, omdat wij er anders niet zouden zijn geweest. De toevalligheden worden dan uitingen van een enorme samenhang, die nodig was om leven in het heelal op tenminste één plek te laten onstaan.
terug naar het antropisch principe
terug naar de woordenlijst A
terug naar het weblog
^