NA DE OERKNAL

The Shadows of Creation. Dark Matter and the Structure of the Universe door Michael Riordan en David Schramm 227 blz., W. H. Freeman & Co 1991, f 43,- ISBN 0 7167 2157 0

Het gedeelte van het universum dat wij zien, door alle mogelijke telescopen, is slechts ”een topje van de ijsberg', beweert het Orakel van Cambridge (Stephen Hawking) in een voorwoord van The Shadows of Creation. Dark matter and the Structure of the Universe. In dit boek beoogt het duo Michael Riordan, auteur van The Hunting of the Quark (1987), en David Schramm, gerenommeerd astrofysicus, op populair-wetenschappelijke wijze uiteen te zetten waarom 99% van het heelal wordt vermist en waar het vermiste eventueel gevonden kan worden. Hoewel vele van de in dit boek besproken onderwerpen, zoals de Oerknal, het inflatie-scenario, de vorming van de chemische elementen, het ontstaan van de sterrenstelsels, en de globale structuur van het heelal, reeds overvloedig zijn behandeld in de populair-wetenschappelijke lectuur, geldt dat niet voor het specifieke probleem waar Riordan & Schramm zich op richten, namelijk dat van de vermiste materie. Op het eerste gezicht doet het vreemd aan te beweren dat er meer materie moet zijn dan tot nu toe is waargenomen; maar wie kennis neemt van de zorgvuldig uiteengezette argumenten, ziet zich onvermijdelijk in de richting van dit fascinerende standpunt bewegen.

Reeds in 1933 merkte de Zwitserse astronoom Fritz Zwicky op dat melkwegstelsels op een zodanige manier gravitationeel wisselwerken dat die suggereert dat er meer massa aanwezig moet zijn dan wij waarnemen (”donkere materie'). Zo bevindt het naburige melkwegstelsel M31 zich op een 100 maal grotere afstand van het centrum van onze Melkweg dan de zon. Op grond van Newtons gravitatiewet verwacht men een 100 keer kleinere relatieve snelheid van M31 dan van de zon, indien men aanneemt dat de beweging van M31 uitsluitend wordt veroorzaakt door onze Melkweg. De waargenomen snelheid (100 km/s) is echter slechts 2 keer kleiner. Dit is te verklaren door aan te nemen dat de melkwegstelsels veel donkere materie bevatten.

Een ander probleem is dat van de ”vlakke rotatie-curven'. Zet men de snelheid van de sterren in de ronddraaiende armen van de spiraalvormige sterrenstelsels uit tegen hun afstand tot het centrum, dan verschijnt er een vlakke curve, in tegenstelling tot de dalende curve die de gravitatie-wet voorspelt. De rotatie-curven van alle spiraalstelsels, gebaseerd op hoog-kwalitatieve gegevens die in de loop van de jaren '70 zijn verzameld, blijken vlak te zijn. Ook dit wijst priemend op de aanwezigheid van donkere materie.

Naast empirische zijn er ook theoretische aanwijzingen voor het bestaan van donkere materie. Berekeningen van o.a. de astronoom James Peebles wijzen uit dat zonder donkere materie de spiraalstelsels uit elkaar gerukt zouden worden door de enorme getijdekrachten. Zonder een gigantische ”halo' van donkere materie, die de spiraalstelsels omringt, kunnen ze volgens de gravitatiewet onmogelijk stabiel zijn.

Beschouwingen over het tijdperk in de evolutie van het heelal waarin de atoomkernen zijn gevormd (nucleosynthese), in combinatie met de geobserveerde hoeveelheden deuterium en helium-3, geven aan dat ”gewone' donkere materie eenvoudigweg niet gevormd kan zijn. Dit maakt het nog fascinerender: de donkere materie is waarschijnlijk niet samengesteld uit de ”gewone' materie, waar bijvoorbeeld het Braziliaanse boomstekelvarken, de Egeïsche Zee, de rots van Gibraltar, de poolster, en Pia Dijkstra uit bestaan.

Deze en vele andere argumenten, inclusief mogelijke antwoorden, worden door Riordan & Schramm uitgebreid behandeld. The Shadows of Creation laat zich ook uitstekend lezen als een beknopt vervolg op Stephen Weinbergs The First Three Minutes (1976). Weinberg begon 10-² seconde na de Oerknal; Riordan & Schramm kunnen, speculatief weliswaar, hun verhaal 10-45 seconde na de Oerknal laten beginnen. Hiervoor is het baanbrekende werk van Alan Guth verantwoordelijk, over de zogenaamde inflatieperiode in het leven van het jonge heelal, waarin zijn omvang in zeer korte tijd duizelingwekkend groeide (een factor 105º in de periode van 10-³5 tot 10-²5 seconde). Maar ook dit werk geeft geen antwoord op de vraag waar de donkere materie zich heeft verborgen.

Ondergetekende vermoedt dat 99% van het publiek dat geïnteresseerd is in wetenschappelijke onderwerpen wiskunde op de middelbare school heeft gehad, zodat de extreme formulefobie waar de hele populair-wetenschappelijke lectuur van doortrokken is, allang door de beoogde lezer is overwonnen. Ook The Shadows of Creation is aan dit verschijnsel debet. Regelmatig moet men aanzien hoe Riordan & Schramm een paal in de grond werken met het gereedschap van een Hamertje-Tik-doos terwijl op de achtergrond een heimachine ongeduldig staat te stomen. Neemt men dit voor lief, dan blijft er toch een uitstekend boek over: het biedt een overzicht van de ontwikkelingen in de astrofysica en de kosmologie van de laatste vijftien jaar, de argumenten worden helder uiteengezet, de hoofdstukken vertonen een grote mate van samenhang, en het is niet besmet met theologische hocus pocus over een non-existente Schepper. Daarom is de komst van een Nederlandse vertaling toe te juichen, zonder meer.