Hoe kunnen mensen op aarde sterren op miljoenen lichtjaren afstand zien in een heelal dat maar 6000 jaar oud is? Voor Bijbelgetrouwe christenen is die vraag vaak lastig te beantwoorden. Voor anderen is dat een reden om een jong heelal af te wijzen. Maar is dat wel terecht?
Het was best bijzonder dat Japanse wetenschappers in sterrencluster SSA22 draden van waterstofgas ontdekten. Dat het cluster zich op een afstand van 12 miljard lichtjaar van de aarde bevindt –zoals ze vorige maand schreven op de wetenschappelijke website arXiv.org– brengt christenen in een lastig parket. Zeker wanneer verschillende media ook nog eens berichten dat de astronomen 12 miljard jaar terug hebben gekeken in de geschiedenis van het heelal. Wat moeten ze hiermee?
Zomaar een eerste vraag zou kunnen zijn: kloppen de afstanden wel? Astronomen meten afstanden tot nabijgelegen sterren met behulp van de klassieke driehoeksmeting, de zogeheten parallaxmethode.
Hoe die beproefde methode werkt? Astronomen meten de positie van een bepaalde ster nauwkeurig op. Exact een halfjaar later doen ze hetzelfde nog een keer. Na dat halfjaar staat de aarde precies aan de andere kant van de zon, op 300 miljoen kilometer afstand van het eerste. Astronomen bepalen de positie van de ster vanuit dit tweede meetpunt uit een net iets andere richting. Met het opgemeten positieverschil berekenen ze de afstand van de ster.
„Deze traditionele techniek levert nauwkeurige afstandsbepalingen op tot 65 lichtjaar afstand. Dit betreft ongeveer 300 sterren”, legt astronoom Danny Faulkner uit in zijn boek ”The Expanse of Heaven”.
Met satellieten, zoals de Hipparcos van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, zijn de afstanden van 120.000 sterren gemeten. „Met een verbluffende nauwkeurigheid”, weet Faulkner. De metingen met Hipparcos zijn nauwkeurig binnen een afstand van 600 lichtjaar. De ESA lanceerde in 2013 de satelliet Gaia, die afstanden tot sterren kon meten binnen een afstand van 6000 lichtjaar.
Supernova
Maar astronomen gaan nog verder met andere meetmethoden. Wat te denken van een supernova –een ontploffende ster– op 240 miljoen lichtjaar afstand? Is dat licht daarvan dan 6000 jaar geleden ”op weg naar de aarde” geschapen, zodat het nu op aarde meetbaar is, zoals sommige christenen opperen? Dat is niet aannemelijk.
Waarom niet? Uitgaande van de Einstein-Poincarébenadering levert dat een onmogelijkheid op. Het licht van een supernova op 240 miljoen lichtjaar afstand moet dan 6000 jaar geleden onderweg zijn geschapen. Maar die supernova kan in die 6000 jaar nog niet hebben plaatsgehad. Dan zou God licht hebben geschapen die een gebeurtenis veronderstelt die niet echt heeft plaatsgevonden. Dat zou een bedrieglijke schepping opleveren. Voor veel christelijke wetenschappers is dit een reden geweest om de Bijbelse scheppingsleer en -chronologie los te laten.
Astronomen van het BOSS-observatorium (VS) hebben afstanden in het universum gemeten van 6 miljard lichtjaar met een nauwkeurigheid van 1 procent. „Ik ken de afmetingen van het heelal beter dan die van mijn eigen huis”, verklaarde David Schlegel in 2014 bij de BBC. Hij is hoofd van het BOSS-observatorium en hoogleraar natuurkunde van het Lawrence Berkeley National Laboratory.
De gemeten afstanden blijken nauwkeurig te kloppen. Het lijkt een uitgemaakte zaak: het heelal is kennelijk miljarden jaren oud; dus de tijdrekening van jonge-aardecreationisten –gebaseerd op de Bijbel– deugt niet.
Gewaagd
Maar die conclusie gaat de Amerikaanse astronoom Jason Lisle te snel. In zijn boek ”The Physics of Einstein” betoogt hij dat de gemeten afstanden in het heelal niets zeggen over de leeftijd van het heelal. En dat is een nogal gewaagde stelling.
Alles draait bij Lisle om de eenrichtingssnelheid van licht. Gebruikelijk is de volgende meetopstelling om de lichtsnelheid te meten. Op punt A staan een lichtbron en een atoomklok die meet hoelang het licht onderweg is. Op punt B, 299.792.458 meter verderop, staat een spiegel die het licht reflecteert. De klok zal exact 2 seconden aangeven tussen het moment dat de lichtpuls wordt verzonden en dat deze weer terugkeert op punt A. Het licht legt in vacuüm twee keer 299.792.458 meter af in 2 seconden. De conclusie lijkt gerechtvaardigd: de lichtsnelheid is 299.792.458 meter per seconde; afstanden in het heelal zouden dan direct een aanwijzing zijn voor de ouderdom van het heelal.
„Maar”, vervolgt Lisle, „de gemeten lichtsnelheid is een gemiddelde snelheid van het licht van A naar B en weer terug. Er is geen zekerheid dat het licht zich continu met dezelfde snelheid heeft bewogen. Dat is een aanname. Waarom kan het licht op de heenreis er niet 1,5 seconden over hebben gedaan, en op de terugreis 0,5 seconden? Of wie weet heeft het licht er op de heenreis 0 seconden over gedaan en op de terugreis 2 seconden.”
Lisle geeft toe dat hij niet weet waarom de snelheid van het licht zou moeten variëren, maar hij weet evenmin waarom de snelheid altijd constant zou moeten zijn. „Maar het is niet rationeel om iets aan te nemen simpelweg omdat niemand ooit het tegenovergestelde heeft onderzocht. Dan doe je een beroep op onwetendheid.”
Hoe kan de eenrichtingssnelheid van licht worden gemeten? Lisle legt uit dat er daarvoor een klok op punt A en één op punt B moet staan. Dan lijkt het experiment verder kinderlijk eenvoudig: zet de klokken exact gelijk en meet de tijd die het licht erover doet om de afstand tussen A en B af te leggen.
Hier doet zich echter een probleem voor. Lisle: „Twee klokken op dezelfde plaats exact gelijkzetten, dat lukt wel. Maar hoe moet je twee stopwatches synchroniseren die op grote afstand van elkaar staan?”
Klokken op aarde worden vaak gelijkgezet met een radiopuls. Als de radiozender in Hilversum een klok in Middelburg gelijkzet, is de verwachting dat de klokken in Hilversum en in Middelburg gelijktijdig dezelfde tijd aanwijzen. „Dat is echter niet helemaal het geval”, stelt Lisle. Dat komt doordat het radiosignaal er even over doet om Middelburg te bereiken.
Onoplosbaar
In het dagelijks leven levert het geen enkel probleem op wanneer klokken fracties van seconden van elkaar afwijken. Maar voor het vaststellen van de lichtsnelheid levert dat een onoplosbaar vraagstuk op. „We moeten de eenrichtingssnelheid van licht weten om de klokken te synchroniseren, zodat we de eenrichtingssnelheid van licht kunnen meten”, aldus Lisle.
Dit punt levert de Amerikaanse astronoom de sleutel om op een andere manier naar de leeftijd van het heelal te kijken. „Slechts de snelheid van een heen-en-weergaande lichtbundel is waarneembaar, toetsbaar en herhaalbaar. Maar de eenrichtingssnelheid van licht niet. Het is mogelijk dat de eenrichtingssnelheid van licht allerlei waarden kan aannemen.” Dat erkende Einstein ook, weet Lisle.
Er zijn tal van pogingen ondernomen om de eenrichtingssnelheid van licht te meten. Bijvoorbeeld door bij spiegel B een lichtbron te plaatsen die geactiveerd wordt wanneer het licht van A de spiegel bereikt. Daardoor ontstaan twee lichtstralen die naast elkaar naar lichtbron A bewegen. Zo zou de eenrichtingssnelheid kunnen worden vastgesteld. Maar al deze pogingen blijken uiteindelijk varianten op de tweerichtingsnelheid van licht: de snelheid van de lichtstraal van A naar B kan immers niet worden gemeten.
In 1970 wees de Amerikaanse natuurkundige John Winnie er al op dat alle meetbare effecten van de speciale relativiteitstheorie van Einstein niet afhankelijk bleken van een speciale waarde voor de eenrichtingssnelheid van licht.
„Welke waarden hij ook nam voor de eenrichtingssnelheid van licht, ze hadden geen enkel effect op zijn observaties of de uitkomst van zijn metingen aan het universum. Het lijkt er dus op dat we vrijelijk een eenrichtingssnelheid van licht kunnen kiezen, en dat het universum het er altijd mee eens is”, concludeert Lisle. Ook een oneindige eenrichtingssnelheid van licht behoort tot de mogelijkheden van de theorie. De Amerikaan noemt zijn idee de ”Anisotropic Synchrony Convention” (ASC), als tegenhanger van de standaard ”Poincaré-Einstein Synchrony Convention” (ESC).
Zijn benadering heeft drie belangrijke consequenties. Zo kunnen alle gebeurtenissen waar dan ook in het heelal op aarde direct worden waargenomen, zonder enige vertraging van tijd, omdat licht ervan onmiddellijk de waarnemer op aarde bereikt. Ook doet de afstand tot de lichtbron in het heelal er niet toe om uit te rekenen wanneer het licht zou zijn uitgezonden. Ten slotte maakt de afstand ook niet uit voor het synchroniseren van klokken op aarde met die in het heelal.
Problematisch
Het licht van verre sterren wordt vaak gezien als problematisch voor het letterlijk-historisch opvatten van Genesis: uit gedetailleerde berekeningen volgt dat de leeftijd van het universum ongeveer 6000 jaar moet zijn. Dit staat in scherp contrast met de leeftijd van 13,8 miljard jaar volgens de gangbare benadering.
In Lisles benadering hebben afstanden in het heelal echter geen enkele consequentie meer voor de veronderstelde leeftijden van sterren en sterrenstelsels. „Wanneer we het universum live zien, is de tijd die het licht nodig heeft om de aarde te bereiken nul”, legt Lisle uit. „Ons vermogen om verre sterrenstelsels te zien, sluit dus prima aan bij het scheppingsverslag in Genesis. Er bestaat dus helemaal geen probleem met licht van verre sterren.”
Auteurs van de kritisch-humanistische website Rationalwiki concluderen dat Lisles benadering inderdaad acceptabel is binnen de speciale relativiteitstheorie van Einstein. Ook resulteert deze in hetzelfde geobserveerde heelal als de gebruikelijke ESC-benadering. Maar de auteurs zien Lisles benadering vooral als een geslaagde poging om een heelal van 6000 jaar oud aannemelijk te maken; daar zit voor hen de pijn.
Op Panda’s Thumb –topscienceblog volgens Nature– schrijft dr. Nick Matzke: „Geloof het of niet, er is geen enkele manier om dit te falsifiëren, omdat het een conventie (afgesproken benadering, BvdD) is. Daarom kan het op observationele gronden niet worden verworpen.”
De Australiër John Hartnett, hoogleraar kosmologie aan de universiteit van Adelaide, toont zich onder de indruk van Lisles reken- en denkwerk. „Zijn conventie is beter dan mijn eigen Carmeli-Hartnettmodel, waarin ik enkele ernstige inconsistenties heb ontdekt. Ik geloof nu dat het ASC-model van Lisle veruit de beste oplossing is. Het werkt waar andere op ESC gebaseerde modellen falen”, schreef hij eind april op website biblescienceforum.com. Het is volgens Hartnett „een eenvoudige oplossing die werkt en die consistent is met een schepping van 6000 jaar oud volgens de Bijbel.”
Mede naar aanleiding van:
The Physics of Einstein. Black holes; time travel; distant starlight; E=mc2, Jason Lisle; Bible Science Institute, Aledo 2018; ISBN 9780999707906, 282 blz.; € 15,50
The Expanse of Heaven. Where Creation and Astronomy Intersect, Danny R. Faulkner; Master Book, Green Forest 2017; ISBN 9781683440987; 352 blz.; € 20,-
Wat is een lichtjaar?
Simpel gezegd is een lichtjaar de afstand die licht in één jaar in vacuüm aflegt. Anders dan veel mensen denken is een lichtjaar dus geen maat voor de tijd, maar voor afstanden in het heelal.
Hoe groot is een lichtjaar dan precies? Een jaar heeft 365,25 dagen van 86.400 seconden. De lichtsnelheid van een heen-en-weergaande lichtbundel is per definitie gelijk aan 299.792.458 meter per seconde. Daaruit volgt dat 1 lichtjaar gelijk is aan 9.460.730.472.580.800 meter, afgerond 9,46 biljoen kilometer.
Lisles theorie in de praktijk
In de praktijk werkt de ”Anisotropic Synchrony Convention” (ASC) van de Amerikaanse astronoom Jason Lisle als volgt. Stel dat er op 10 december een supernova, een exploderende ster, wordt waargenomen. De afstand blijkt 2000 lichtjaar te zijn.
Astronoom A volgt de gangbare ”Poincaré-Einstein Synchrony Convention” (ESC) met de bekende lichtsnelheid van een heen-en-weergaande lichtbundel. Deze astronoom concludeert dat de supernova 2000 jaar geleden heeft plaatsgehad; het licht heeft er immers 2000 jaar over gedaan om de aarde te bereiken.
Astronoom B volgt de ASC-benadering van Lisle met de mogelijkheid van een oneindige eenrichtingssnelheid van licht. Hij houdt staande dat de supernova plaatshad op 10 december; het licht bereikt immers direct de waarnemers op aarde.
Lisle: „Het is zinloos om te onderzoeken wie het goede antwoord heeft gegeven. Beide antwoorden zijn immers correct binnen de gekozen benadering.”
serie Leven in het heelal
De Nobelprijs voor Natuurkunde gaat dit jaar naar de ontdekkers van exoplaneten en een oerknalonderzoeker. Deel 4 (slot): Wat zeggen afstanden in het heelal over de leeftijd van sterren?
