5. EENCELLIGEN, DE BASISBOUWSTEEN VAN ALLE LEVEN


Alle planten, dieren en schimmels zijn, ondanks hun verscheidenheid, opgebouwd uit dezelfde "modulaire" bouwsteen. Dit komt omdat ze, voor hun meercellig stadium in de evolutie, allen een eencellig stadium gekend hebben. Ongeveer 1,6 miljard jaar geleden bestonden op aarde nog geen meercellige organismen. De fauna en flora bestond toen uit eencellige organismen, die in te delen waren in "plantachtige", "dierlijke" en "schimmelachtige".

Deze cellen behoorden nog tot wat we nu de complexe cellen noemen. Elke cel bestaat uit een celkern, die het genetisch materiaal bevat, en een aantal gespecialiseerde organellen.

Een voorbeeld daarvan zijn de diatomeeën. Deze eencelligen doen aan fotosynthese, en zijn daarom te beschouwen als plantachtige cellen. Onder de electronenmicroscoop laten ze hun prachtig gestyleerde skeletten zien, gaande van rond, driehoekig tot meer complexe architecturale vormen. De diatomeeën zijn belangrijke organismen, omdat ze wellicht de grootste bron zijn van zuurstof in de atmosfeer. Ongeveer 2,5 miljard jaar geleden zijn de eerste fotosynthetische organismen ontstaan. Daarvoor bestonden enkel organismen die geen zuurstof nodig hadden om te kunnen leven. De eerste fotosynthetische organismen produceerden echter zuurstof. Dit was eigenlijk een uiterst gevaarlijke situatie, omdat de voor de meeste toen levende organismen zuurstof een toxisch gas was. Het gevolg was dat de organismen die konden leven in aanwezigheid van dit toxisch gas, of beter nog ervan gebruik konden maken in hun metabolisme, meer kansen hadden op overleven. Geleidelijk aan ontstonden zo enerzijds meer en meer organismen die zuurstof produceerden, en anderzijds meer en meer organismen die zuurstof gebruikten voor hun metabolisme. Indien de organismen 2,5 miljard jaar geleden een "milieubeweging" zouden gehad hebben, zou deze ongetwijfeld zwaar geprotesteerd hebben tegen de productie van het "toxische zuurstof". Het verhinderen van de zuurstofproductie zou tot gevolg gehad hebben dat er geen planten en dieren konden onstaan, en dus ook geen mensen. Dit maar om aan te tonen dat Moeder Natuur soms wegen inslaat die op het eerste zicht nefast zijn, doch die uiteindelijk tot een onvoorspelbare creativiteit kunnen leiden, met revolutionaire doorbraken en verbeteringen tot gevolg.

De oudste fossielen van eencellige organismen die op aarde gevonden zijn, zijn ongeveer 3,5 miljard jaar oud. Deze eencelligen zijn nog heel wat primitiever van opbouw dan de complexe cellen die we als primitieve planten, dieren of schimmels aanduiden. De eerste cellen leefden in afwezigheid van zuurstof, en haalden hun energie uit "verbranding" van anorganische voedingsstoffen.

Het eerste leven op aarde is wellicht spontaan onstaan, in verschillende stappen.

In de jaren ’50 heeft Stanley Miller, toen nog een graduaatstudent, de condities van de aarde nagebootst op kleine schaal. Een fles gevuld met enkele eenvoudige gassen moest de primitieve atmosfeer voorstellen. Door middel van electrische ontladingen, werden de bliksems gesimuleerd die de primitieve atmosfeer teisterden. Tot de verbazing van vele wetenschappers, ontstond na ongeveer 1 week een primitieve "oersoep" in de fles. De energie van de bliksemflitsen had een aantal chemische reacties tot stand gebracht, die de vorming van primitieve organische moleculen tot gevolg had. Deze organische moleculen zijn de basis van alle leven. Het besluit van het experiment was eenvoudig en heel belangrijk : de omstandigheden van vocht, temperatuur en energie die ongeveer 4 miljard jaar geleden op aarde bestonden, moesten met grote waarschijnlijkheid tot gevolg hebben dat de bouwstenen van het leven op aarde (aminozuren, vetzuren,...) tot stand kwamen.

Latere experimenten hebben het experiment van Miller bevestigd, en meer nog, hebben kunnen aantonen dat de eenvoudige molecules uit Millers oersoep, zich in de juiste condities langzaam verbinden tot complexere molecules en aggregaten. Zo hebben experimenten de spontane vorming van een bolvormige celwand aangetoond, doch ook het onstaan van precursoren van het genetische materiaal dat kenmerkend is voor alle leven. Hoewel niet alle stappen van de evolutie naar de eerste cel experimenteel zijn aangetoond, zijn er voldoende bewijzen voor het wetenschappelijk aanvaarden van de spontane evolutie van de oersoep tot de eerste levende cel.

Deze ganse evolutie van de eerste levende wezens op aarde, ging gepaard met de evolutie van de aarde zelf. Het is precies de combinatie van de enerzijds de specifieke chemische samenstelling en en anderzijds de specifieke condities zoals temperatuur, licht en vochtigheid die het leven op aarde mogelijk hebben gemaakt. Vandaar dat we nu de stap kunnen maken naar de evolutie van de aarde, en daarmee ook van de andere hemellichamen.

Terug naar de index van dit hoofdstuk

 

6. HET ONTSTAAN VAN DE AARDE



De aarde en de maan zijn ongeveer 4,5 miljard jaar geleden ontstaan, door condensatie van gassen en deeltjes aanwezig in het heelal. Aanvankelijk bestond de atmosfeer uit lichte atomen zoals Waterstof en Helium. Het vaste deel van de aarde bestond uit zware elementen. Het is precies de compactie van de zware elementen die, samen met radioactief verval van bepaalde atomen, de hoge temperatuur van de aardkern veroorzaakte. Door de immense hitte, ontstond een vulkanische activiteit. Door de ontsnapping van een grote hoeveelheid vulkanische gassen (waterdamp, stikstof, koolstofmonoxide en -dioxide en watersof) en deeltjes werd langzaam de samenstelling van de atmosfeer gewijzigd. Door de uitstroom van lavastromen werd de buitenkant van de aarde aangerijkt met complexere componenten. Geleidelijk aan daalde de temperatuur aan de buitenkant van de aarde. Hierdoor condenseerde de waterdamp in de atmosfeer met massale regenval als gevolg. Het is deze regenval die uiteindelijk tot de vorming van oceanen heeft geleid.

Ongeveer 3,9 miljard jaar geleden koelde ook de buitenkant van de aarde zodanig af, dat de niet-gasvormige deeltjes aan de buitenkant de aardkorst vormden. Geleidelijk aan gingen de weerpatronen zich stabiliseren. De regelmatige regenval leidden enerzijds tot erosie van het aardoppervlak, doch anderzijds ook tot de aanrijking van het water in de oceanen met complexe mineralen.

Slechts ongeveer 400 miljoen jaar later is het leven op aarde ontstaan.

Terug naar de index van dit hoofdstuk

 

7. DE VORMING VAN DE ZON EN DE EERSTE STERREN

De aarde maakt deel uit van het zonnestelsel. Vandaar dat het nuttig is onze exploratie door verder te zetten langs het ontstaan van het zonnestelsel.

Ongeveer 4,6 miljard jaar geleden is de zon ontstaan. Dit gebeurde door condensatie van moleculaire nevels in het heelal. Deze condensatie is gedreven door de zwaartekracht van de molecules in de nevel, samen met wellicht enkele toevallige omstandigheden die de aanleiding waren voor de start van de condensatie (bijvoorbeeld een schokgolf in de nevel door het ontploffen van een ster in het heelal tot een supernova). Bij deze condensatie gaan zich in het gas meestal meerdere kernen (of "protosterren") vormen, die uiteindelijk elk aanleiding geven tot de vorming van een ster. Door de samenpersing van de molecules, gaat de temperatuur continu stijgen. Uiteindelijk wordt de temperatuur zo hoog, dat de waterstofmolecules (de voornaamste component van het gas) niet alleen op elkaar gedrukt worden, doch dat de kernen van de molecules zich gaan verenigen. Hierbij worden de Waterstofmolecules omgezet in Heliummolecules, en komt een grote hoeveelheid stralingsenergie vrij, onder andere onder de vorm van lichtstralen. Het zijn deze lichtstralen van deze "kernfusie" in de zon die ons dagelijks leven op aarde elke dag verlichten en mogelijk maken. Door de enorme druk kan de temperatuur binnen een wordende ster tot 10 miljoen °C oplopen. Later zal, door het stabiele evenwicht tussen enerzijds de aantrekking in de ster door de zwaartekracht, en anderzijds de uitwaartse druk door het vrijkomen van de energie, zowel de hoeveelheid vrijkomend licht als de omvang van de sterren gedurende miljarden jaren stabiel kan blijven. De temperatuur aan de buitenkant van de sterren blijft hierbij zeer hoog (bij de zon is de temperatuur ongeveer 5000°C). Het is duidelijk dat bij dergelijke temperaturen alle leven onmogelijk is, en dat we onszelf gelukkig mogen prijzen dat we "slechts" een bijproduct zijn van de stervorming. Gemiddeld wordt ongeveer 99% van de sternevel in een ster omgezet, waarbij de overblijvende gassen aanleiding kunnen geven tot vorming van planeten en kometen.

De zon is uiteindelijk een vrij jonge ster.

Men schat dat de eerste sterren ongeveer 12 tot 13 miljard jaar geleden zijn onstaan, op dezelfde wijze als onze zon.

Het gevolg is dat we in het universum sterren kunnen waarnemen die al een veel langere evolutie achter de rug hebben, en daardoor ook andere kenmerken vertonen.

Zo kunnen we met telescopen "rode reuzen", "witte dwergen", "supernova’s", "neutronensterren" en "zwarte gaten" waarnemen. Enkele miljoenen of miljarden jaren geleden zijn deze allen "gewone" sterren geweest, elk onstaan uit nevels in het heelal.

Op een bepaald moment in de evolutie van de ster, raakt echter de brandstof van de ster op, door vrijwel alle Waterstof is omgezet tot Helium. Hierdoor daalt de temperatuur tot ongeveer 3000°C, kan ze minder energie uitstralen (ze wordt rood), en gaan de buitenste gaslagen zich zich afscheiden. Door dit laatste fenomeen zal het volume van de ster enorm toenemen : men noemt een ster in dit stadium dan ook een "rode reus". Onze zon heeft nog een zonnige toekomst van ongeveer 5 miljard jaar, vooraleer ze gedoemd is tot dit stadium te vervallen.

Wat daarna met de ster gebeurt, hangt af van de massa van de ster.

Is de massa ongeveer dezelfde van de zon (maximaal 1,4 maal groter), dan zal ze evolueren tot een "witte dwerg". Doordat de gassen aan de buitenlaag van de rode reus zich langzaam afscheiden (de zwaartekracht is niet groot genoeg om dit tegen te gaan), daalt het volume van de ster. Doordat de straling niet voldoende is, doet de zwaartekracht de inwendige kern van de ster imploderen op een indrukwekkende wijze. De omvang van de witte dwerg is ongeveer die van de aarde. Daar waar bij normale atomen in materie de electronen in een baan rond de atoomkern cirkelen (een beetje zoals de planeten rond de zon), gaat bij een witte reus de enorme zwaartekracht ertoe leiden dat de electronen gecompacteerd worden tot vlak bij de atoomkernen. (Stel u maar even voor dat alle planeten van het zonnestelsel zich vlak bij de zon bevonden ... ; het is geen zeer goede vergelijking, doch ze laat wel het merkwaardige van deze gedegenereerde toestand inzien). De kern van de witte dwerg wordt vast, en zendt aanvankelijk nog straling uit door zijn hitte. Doordat de witte dwerg echter verder zal afkoelen, zal de straling afnemen en zal de witte dwerg nog nauwelijks zichtbaar zijn : het wordt een "zwarte dwerg".

Is de massa van de ster 1,4 tot 3 maal zo hoog als de zon, dan zal ze in één klap sterven. Als de kernfusie is gestopt, zal ze zich ontwikkelen tot een rode reus, die plots ontploft tot een "supernova", die wel 1000 maal zo helder is als de zon. Naarmate meer van de buitenste lagen zich hebben afgescheiden, implodeert ook hier de kern van de rode reus. Doordat de initiële massa echter hoger is dan bij de witte dwerg, is de zwaartekracht ook veel hoger en is de implosie veel krachtiger. De diameter van de kern wordt ongeveer 20 kilometer. De electronen verenigen zich met de protonen, met vorming van neutronen. (Om verder in zonnestelseltermen te denken : alle planeten verenigen zich met de zon.) Om die reden spreekt men ook van een "neutronenster". De neutronenster bevat ook vervallen materie, doch nu zijn de neutronen uiterst dicht op elkaar gestapeld. Een neutronen ster heeft een enorme dichtheid : een speldeknop materie kan tot één miljard kilogram wegen...

Is de massa van de ster meer dan drie tot vijf maal zo hoog als de zon, dan is de implosie van de rode reus van die aard, dat een "zwart gat" wordt gevormd. De zwaartekracht van het ge-implodeerd lichaam is dan zo hoog, dat zelfs het licht wordt aangetrokken (dus noch materie noch licht kunnen eruit ontsnappen). Het kan alleen worden waargenomen door de nevenverschijnselen die het veroorzaakt, bijvoorbeeld de aantrekking van gassen of sterren uit de omgeving van het zwart gat.

Wat ook de massa en de evolutie weze van de ster, van gewone ster tot zwart gat, het is duidelijk dat de verschillende verschijningsvormen eenzelfde oorsprong hebben : de galactische nevels in het universum.

Terug naar de index van dit hoofdstuk

 

8. STERRENSTELSELS, CLUSTERS EN SUPERCLUSTERS

Volgens een Griekse legende is de zilverwitte boog die we tijdens de nacht in de hemel kunnen waarnemen, melk van de godin Hera. Om die reden wordt deze boog "de Melkweg" genoemd. Galilei heeft echter de ware aard van de Melkweg ontdekt : het is een zeer grote groep van sterren die in een reusachtige grote schijf zijn bijeengestapeld. Kortom, de Melkweg is een sterrenstelsel waar onze zon en ons zonnestelsel deel van uitmaakt. Buiten de zon behoren nog tot 100 miljard andere sterren tot ons sterrenstelsel. De bosjesmannen in Botswana noemen de Melkweg "de ruggegraat van de nacht", omdat ze geloven dat de nacht erdoor overeind wordt gehouden. Ook deze interpretatie is echter te antroposofisch. De Melkweg is immers lang niet het enige sterrenstelsel in het heelal. Het was de Amerikaanse sterrenkundige Edwin Hubble die als eerste verschillende sterrenstelsels heeft bestudeerd, en er uiteindelijk een classificatie voor heeft uitgewerkt.

Jonge sterrenstelsels zijn meestal "elliptische sterrenstelsels". Ze zijn ontstaan toen miljarden jaren geleden massa’s sterren door de zwaartekracht bijeen werden gedreven. Door botsingen werd de snelheid vertraagd, waardoor zowel de nevels, sterren als planeten geleidelijk aan bij elkaar zijn gebleven. In het centrum is de grootste concentratie aan sterren.

Naast elliptische sterrenstelsels, zijn er "spiraalvormige sterrenstelsels" (zoals onze Melkweg). Doordat het sterrenstelsel langzaam begint te wentelen rond zijn eigen as, worden de uiterste nevels en sterren - als bij een draaikolk in water - langzaam tot een spiraalvorm uiteengereten. Uit de nevels die aanwezig zijn, kunnen continu nieuwe sterren ontstaan.

Hubble heeft de sterrenstelsels niet enkel geklasseerd, hij heeft ook hun afstand van de aarde en hun relatieve snelheid onderzocht. Hieruit heeft hij de heel belangrijke conclusie kunnen afleiden dat het heelal steeds groter wordt, sinds zijn onstaan. Impliciet is dit een ondersteuning van de "oerknalhypothese", die ervan uitgaat dat het ganse heelal is ontstaan uit een immense explosie. Sinds de oerknal is alle materie zich aan het verwijderen van de originele plaats van de explosie, waardoor het heelal uitdijdt.

Hoewel de sterenstelsels onvoorstelbaar groot zijn, zijn de sterrenstelsels op zich niet de grootste structuren in het heelal. De sterrenstelsels komen immers zelf in groepen voor, "clusters" genoemd. Binnen deze groepen worden de sterrenstelsels bijeengehouden door de zwaartekracht. Zo behoort het Melkwegstelsel tot een cluster van ongeveer 20 sterrenstelsels : de cluster wordt "de Lokale Groep" genoemd.

Deze clusters maken op hun beurt deel uit van nog grotere structuren, "de superclusters" (clusters van clusters). Dit zijn de grootste structuren die men tot nu toe heeft waargenomen. Ze kunnen tot duizend clusters van sterrenstelsels bevatten. Deze superclusters zijn niet alleen de grootste structuren in het heelal, het zijn ook de de oudste van de reusachtig grote structuren die we in het heelal waar kunnen nemen.

Toen ongeveer 15 miljard jaar geleden de oerknal plaatshad was alle massa van het heelal bij elkaar verenigd. Eén miljoen jaar na de oerknal bestond het heelal uit een structuurloze massa van Waterstof en Helium. Langzaamaan begon een diversificatie tot gebieden met een hogere en een lagere dichtheid : de voorlopers van de huidige clusters en superclusters. Ongeveer 2 miljard jaar later ontstonden hieruit de eerste sterren, en ook de eerste sterrenstelsels.

Hiermee zijn we is de exploratie van de ontzaglijk grote structuren in het heelal be-eindigd. Bij het overdenken van het bestaan van dergelijke structuren, voelt de mens zich terecht heel nietig.

Om echter verder terug te gaan in de evolutie, naar de tijd voor de superclusters, zullen we meer en meer te maken krijgen met "oneindig kleine" structuren.

Tijd voor een trip naar de oerknal, 15 miljard jaar geleden.

Terug naar de index van dit hoofdstuk

 

9. DE OERKNAL, EN HET EERSTE MILJOEN JAAR ERNA

 

Bij onze verkenning van de oerknal, maken we niet enkel de overstap van het oneindig grote naar het oneindig kleine, we maken ook een overstap van structuren die we ons nog min of meer kunnen voorstellen, naar structuren die - als het al nog structuren kunnen genoemd worden - ver af staan van ons dagdagelijks inlevingsvermogen. We zullen langzaam de wereld binnentreden van de elementaire deeltjes, de basisbouwstenen van alles wat bestaat, en van de 4 basiskrachten die we in de fysica onderscheiden. Omdat de 4 basiskrachten de evolutie zo sterk beinvloeden, zullen we ze als leidraad nemen voor de beschrijving.



Figuur H1F1 : "Stamboom" van de basiskrachten

Ongeveer honderd miljoen jaar na de oerknal deden elk van de 4 krachten hun functie.

De overige 2 krachten zijn in ons dagelijks leven minder zichtbaar, doch daarom niet minder belangrijk.

Alvorens verder in te gaan op de evolutie van het prille heelal, is het nuttig ook de verschillende elementaire deeltjes eens kort te beschrijven. Net zoals in het oneindig grote heelal de structuren "hiërarchisch" geordend zijn, gaande van superclusters, clusters, sterrenstelsels, het zonnestelsel tot individuele planeten en sterren, kunnen de elementaire deeltjes in een gelijkaardige hiërarchie worden geplaatst.

Alle molecules die we aantreffen bestaan uit atomen, die op hun beurt uit elementaire deeltjes bestaan.

De elementaire deeltjes kunnen ruwweg onderverdeeld worden in 2 klassen, naargelang ze al dan niet door de sterke kernkracht worden beinvloed.

Een heel bijzonder lepton is het neutrino, dat geen lading draagt en geen of bijna geen massa. Neutrino’s komen vrij bij bepaalde vormen van radioactief verval. Ze hebben de merkwaardige eigenschap dat ze doorheen grote massa’s heen kunnen reizen, tot honder lichtjaar doorheen ijzer, zonder ook maar één interactie aan te gaan. (Een lichtjaar is de afstand afgelegd door het licht in 1 jaar). De zon (en andere sterren) produceert grote hoeveelheden neutrino’s in haar nucleaire reacties ; de energie die hierbij vrijkomt in het heelal is verloren, maw. ze is niet meer omzetbaar in een andere energievorm.

Naast het proton en het neutron, die samen de belangrijkste deeltjes van de atoomkernen zijn, bevat de hadronenfamilie honderden andere deeltjes. Doordat deze echter een extreem korte levensduur hebben, spelen ze niet zo’n belangrijke rol in de opbouw van structuren. Ze vervallen op diverse manieren, soms in verschillende stappen, en eindigen hierbij meestal als protonen, neutronen of electronen ; in sommige gevallen geven ze aanleiding tot gamma-straling.

De hadronen zelf zijn opgebouwd uit quarks. Volgens de huidige stand van de wetenschap, zijn er slechts zes types quarks nodig om alle hadronen te kunnen vormen. De bizarre deeltjes hebben ook bizarre namen gekregen, namelijk "onder", "boven", "vreemd", "tover", "op" en "neer". Deze deeltjes hebben een aantal merkwaardige eigenschappen, die hun ontdekkers tot de verbazing hebben geleid. Ten eerste hebben ze een lading die kleiner is dan wat men - tot hun ontdekking - de eenheidslading "e" noemde : de quarks hebben immers een lading van 1/3 of 2/3 e (positief of negatief). Doordat het proton, neutron (en zwaardere hadronen) uit drie (of een veelvoud van 3) quarks bestaan, vertonen ze een lading van 0, 1 "e" of een veelvoud van de eenheidslading.

Een tweede merkwaardige eigenschap is dat quarks blijkbaar niet worden waargenomen buiten hadronen. Hun bestaan kon echter indirect bewezen worden, door het bestaan van nog onbekende hadronen te voorspellen vanuit mogelijke combinaties van quarks. Doordat de hadronen later werkelijk zijn ontdekt, is indirect het bestaan van de quarks bevestigd.

De quarks vormen niet enkel de basis van "de materie", doch ook van "de antimaterie". De materie zoals we die kennen is opgebouwd uit atomen, protonen, neutronen,... Elk van de deeltjes die de materie vormen, heeft echter zijn "spiegelbeeld" : een deeltje met hetzelfde gedrag en massa, doch omgekeerde lading. Daardoor zullen bij een botsing van een "deeltje" en zijn respectievelijke "antideeltje", zij elkaar vernietigen (zoals een positieve lading verdwijnt als ze wordt gecombineerd met een negatieve lading). Ook het omgekeerde proces kan voorkomen, waarbij paarsgewijs deeltjes en antideeltjes gecreëerd worden, indien voldoende energie aanwezig is. De ganse opbouw van de materie echter kan begrepen worden op basis van een zeer beperkt aantal deeltes, namelijk de quarks "op" en "neer" waaruit de 2 voornaamste hadronen bestaan (protonen en neutronen), en 2 voornaamste leptonen nl. de neutrino’s en de electronen.

Het hoeft echter geen verder betoog dat de wereld van elementaire deeltjes een vreemde wereld is, waar vreemde interacties hoogtij vieren. Nochtans hebben we bovenstaand overzicht nodig, om verder te kunnen doordringen naar de origine van ons universum. Zoals we reeds beschreven hebben, is het universum begonnen met een oerknal, waar alle materie bij oneindig hoge temperatuur gecompacteerd was. Door de explosie is sindsdien de temperatuur gedaald. Precies door de daling van de temperatuur, hebben een aantal merkwaardige faseovergangen plaatsgehad. Bij hogere temperatuur zijn de elementaire deeltjes en de basiskrachten die we besproken hebben, "samengesmolten" tot niet meer onderscheidbare deeltjes en krachten. Het aantal deeltjes en krachten wordt dus kleiner, naarmate de temperatuur stijgt en we dichter bij het eerste moment van de oerknal komen. Omgekeerd, wat dus in realiteit is gebeurd, is dat de eerste momenten na de oerknal de vier basiskrachten zich vanuit 1 oerkracht vertakt hebben en dat ook het huidige scala aan elementaire deeltjes het gevolg is van een natuurlijke diversificatie in de eerste momenten van ons heelal.

Laten we terruggaan naar een periode heel kort na de oerknal, nl. ongeveer 10-11 seconde na de oerknal. Het heelal bestaat uit fotonen en quarks. In deze "quarksoep" worden voortdurend quarks en antiquarks gevormd en vernietigd. Door de uitdijing van het prille heelal, en de daarmee gepaard gaande daling van de temperatuur, was er niet steeds voldoende energie om deze voortdurende vorming en annihiliatie te laten voortduren. Doordat rond deze periode net iets meer quarks aanwezig waren dan antiquarks, werden de quarks de voornaamste spelers in het spel van de structuurvorming : materie kreeg de overhand op antimaterie.

Na ongeveer één hondermiljoenste seconde was de temperatuur "gedaald" beneden de 1014 graden Kelvin (0 graden Kelvin is de laagst mogelijke temperatuur ; dit stemt overeen met ongeveer - 273°C). Vanaf dit moment ging de electromagnetische kracht zich afsplitsen van de zwakke kernkracht : voor deze periode vormden ze samen de electrozwakke kracht. Toen de temperatuur verder daalde, hadden de quarks niet voldoende energie meer om hun leven afzonderlijk door te maken. Vanaf deze periode hebben ze de hadronen vormen (protonen en neutronen), waaruit ze later in de evolutie niet meer zijn vrijgekomen.

Geleidelijk aan zijn de neutronen vervallen in electronen en neutrino’s, zodat na ongeveer 1 seconde - toen de temperatuur voldoende laag was - ook de electronen en neutrino’s een relatief lang bestaan konden doormaken. Toen het heelal ongeveer één minuut oud was, begon kernfusie plaats te grijpen, met vorming van de kernen van zwaar waterstof (de waterstof kern met een extra neutron). Op deze wijze werden ook kernen van andere lichte atomen gevormd. Bij al deze reacties kwam een massale hoeveelheid straling vrij. Dit "stralingstijdperk" duurde van tot ongeveer 10 000 jaar na de oerknal. Na ongeveer 10 000 jaar was het heelal zodanig afgekoeld, dat de voornaamste energievorm niet meer de straling was, doch wel de materie zelf : het heelal trad het "materietijdperk" in. De energie van de fotonen was toen echter voldoende hoog om te voorkomen dat de electronen zouden gevangen worden in een baan rond de atoomkernen. Pas na ongeveer 300000 jaar, was de energie van de fotonen voldoende laag, en vormden zich de eerste stabiele atomen. De temperatuur was toen gedaald tot 3000K. Het heelal bestond toen voor het grootste deel uit Waterstofatomen, en voor een kleiner deel uit Heliumatomen.

Vanaf toen zijn atomen zich langzaam gaan samenvoegen met vorming van de embryonale superclusters en clusters, waaruit de sterrenstelsels zijn ontstaan.

Ongeveer 10-43 seconde na de oerknal begint de periode van de evolutie waarover we met enige wetenschappelijke zekerheid iets over kunnen bepalen. De sterke en zwakke kernkracht waren verenigd tot één kernkracht, die men de GUT-kracht noemt (naar de Great Unified Theory : een theorie die de gezamelijke afkomst van de 3 krachten, met uitzondering van de gravitatiekracht, tracht te verklaren).

Na ongeveer 10-35 seconde, start het inflatietijdperk : het heelal start een uitzonderlijk snelle en omvangrijke expansie, waarin zijn volume 1050 maal toeneemt. Deze inflatie werd op gang gebracht doordat de temperatuur voldoende laag was om de twee krachten onafhankelijk van elkaar te laten bestaan.

Deze inflatie heeft tot gevolg dat het heelal dat voor ons waarneembaar is, een uitzonderlijk grote uniformiteit vertoont ; immers, het huidige heelal was voor de inflatie verenigd in een heel klein volume dat nagenoeg homogeen was.

Hiermee bevinden we ons in een periode die voorafgaat aan de zogenaamde "Planck-tijd", nl. 10-43 seconde na de oerknal. Over deze periode kunnen enkel theoretische speculaties gedaan worden.

Zonder in te gaan op de details van de diverse theorieën, wordt vrij algemeen gedacht dat voor de Planck-tijd alle krachten verenigd waren in 1 kracht : de TOE-kracht (naar de "Theory of Everything" : een theorie die de afkomst van alle krachten, inclusief de gravitatiekracht, tracht te verklaren ; het vinden van een dergelijke theorie zou inderdaad de basis leggen voor alle fysische theorieeën, en wordt daarom een "theorie van alles" genoemd).

Men vermoedt dat er voor de Planck tijd niet enkel 1 kracht bestond, maar ook slechts 1 type elementaire deeltjes : de "supersnaren" of "superstrings". Het bestaan van dergelijke supersnaren laat toe een theorie van het alles te construeren. Men noemt het supersnaren om twee redenen ;

  1. Ze bezitten een zeer hoge symmetrie (vandaar het woord "super").

  2. Bij extreem hoge temperatuur (zoals bij de oerknal) komen ze voor als elastische energiebanden of "snaren". Bij lagere temperatuur zouden de snaren zich opvouwen tot ringen, waarvan het gedrag overeenkomt met het gedrag van elementaire deeltjes of punten.

Aangezien de elementaire deeltjes (hadronen en leptonen) uit deze supersnaren zouden zijn opgebouwd, spreekt het voor zich dat de afmetingen die men aan de supersnaren toebedeelt, superklein zijn : de grootteorde is 10-32 millimeter.

Met de supersnaren zijn we gekomen tot het ultieme ogenblik van het onstaan van ons universum, de grote oerknal. We zouden ons nu ook vragen kunnen stellen over de periode voor de Big Bang, maar dan gaan we over van een speculatief domein, naar een uiterst speculatief domein, waar de wetenschap in competitie treedt met het geloof : en ik wil dit domein bewust niet betreden.

De wetenschap vertelt hierover dat het heelal, door een toevallige variatie, een "quantumsprong" uit het niets is ontstaan. Wat de religie hierover vertelt, weten we sinds onze jeugdjaren.

Terug naar de index van dit hoofdstuk

 

10. CONCLUSIE

 

In dit hoofdstuk hebben we in razende vaart de evolutie gevolgd, in omgekeerde richting. Vertrekkende van het huidige leven van mensen op aarde, zijn we gekomen tot het onstaan van het eerste leven op aarde, het onstaan van de aarde zelf, en van het zonnestelsel. We zijn de oneindig grote structuren (1027 meter groot) in het heelal tegengekomen, de sterrenstelsels, hun clusters en superclusters en de oneindig kleine structuren (kleiner dan 10-32 meter), die we merkwaardig genoeg ook het epitheton "super" hebben toebedeeld : de supersnaren.

We zijn ingegaan op de verschillende overgangen die kenmerkend zijn voor deze evolutie, en kunnen nu al volgende conclusie maken : alle structuren die we waarnemen, van groot tot klein, zijn vertakkingen van eenzelfde evolutie die begon op een drastisch ogenblik waarop alles is onstaan : de oerknal.

Terug naar de index van dit hoofdstuk