Opinie

    • Robbert Dijkgraaf

Het zwarte gat is het atoom van de 21ste eeuw

Column Robbert Dijkgraaf Een zwart gat is het simpelste en het ingewikkeldste object dat we kennen. De iconische foto van het zwarte gat laat zien dat deze paradox écht bestaat.

Move over Brexit. Deze woensdag ging de aandacht in het hoofdkwartier van de Europese Commissie in Brussel eventjes niet naar Theresa May, maar naar de eerste foto van een zwart gat. Zoals eurocommissaris Carlos Moedas bij de presentatie zei: het komt niet vaak voor dat tijdens een persconferentie in dat bureaucratische zwarte gat wordt geklapt, laat staan dat iemand een open doekje krijgt. Maar dat was precies wat deze kosmische zwaargewicht te beurt viel.

De afgelopen dagen is de iconische afbeelding viraal gegaan. De anticipatie begon al eerder. In de taxirit naar het vliegveld vroeg de chauffeur me het hemd van het lijf. Even was er over de hele wereld aandacht voor positief nieuws. De kosmos moet wel gegniffeld hebben, want zwarte gaten zijn de grootste boeven onder de hemellichamen. Ze verslinden met gemak miljoenen, zo niet miljarden sterren met huid en haar. Sterker nog, dit specifieke zwarte gat in het sterrenstelsel M87, is een van de allergrootste in ons deel van het heelal. Het was dus de tronie van een kosmische super villain die ons allemaal zo blij maakte.

Vijfsterrenontdekkingen

Het is moeilijk om het belang van deze ontdekking te overschatten. Er is maar één moment in de geschiedenis van de mensheid dat we voor het eerst een zwart gat zien. En dat is 10 april 2019. We zijn verwend, want dit decennium heeft al een aantal van zulke ‘vijfsterrenontdekkingen’ opgeleverd, zoals de vondst van het Higgsdeeltje in 2012 en de waarneming van zwaartekrachtsgolven in 2015.

Het is wonderlijk dat deze ontdekkingen, die ons het dichtst raken, juist het verst van ons bed staan. Het zwarte gat bevindt zich op een afstand van 55 miljoen lichtjaar, een beeld uit de tijd vlak na het uitsterven van de dinosauriërs. De zwaartekrachtsgolven waren de restanten van een enorme botsing die zelfs 1,5 miljard lichtjaar ver weg was. En voor het Higgsdeeltje moeten we ver naar het binnenste van een atoom reizen.

Lees ook: Dit is de allereerste foto van (de schaduw van) een zwart gat

Deze drie spectaculaire ontdekkingen hebben nog iets anders gemeen. Ze begonnen allemaal met een simpel idee in het hoofd van enkele geleerden en vroegen vele generaties van technologische innovaties en wereldwijde samenwerkingsverbanden om uiteindelijk gemeten te kunnen worden. Dat avontuur spreekt het grote publiek aan. Maar waarom zijn wetenschappers zo enthousiast? Er zijn minstens drie redenen die de foto van het zwarte gat zo bijzonder maken.

Sciencefictionfilms

Allereerst bevestigt het, wederom, Einsteins relativiteitstheorie. In een prachtige kosmische coïncidentie kwam deze bekendmaking honderd jaar na de eerste experimentele verificatie van zijn theorie, de meting van de afbuiging van licht door de zon tijdens de zonsverduistering van 29 mei 1919.

Ten tweede leren we hiermee veel meer over de vorming van zwarte gaten en hun rol in de geschiedenis van de kosmos. Zwarte gaten hebben de afgelopen jaren de overgang gemaakt van de theoretische leerboeken en sciencefictionfilms naar hoofdrolspelers in de sterrenkunde.

Maar misschien wel de belangrijkste reden is dat we nu zeker weten dat zwarte gaten bestaan. Ze zijn de rafelranden van de wetenschap en herinneren ons aan de grootste vraag in de fysica: hoe het allergrootste te verenigen met het allerkleinste.

Binnenin een zwart gat heeft de natuur haar diepste geheimen verstopt. Materie wordt samengedrukt in een enkel punt, de befaamde singulariteit, en de tijd stopt. Dat is een even ongrijpbaar gegeven als het feit dat alle materie ontstaat en de tijd begint bij de oerknal. De naamgever van het zwarte gat (voorheen zei men gravitationally completely collapsed object) formuleerde het krachtig: „Het bestaan van singulariteiten in de ruimtetijd betekent het einde van het principe van voldoende oorzakelijk verband en daarmee de voorspelbaarheid van de wetenschap. Hoe kan fysica leiden tot een schending van zichzelf – tot geen fysica?”, aldus fysicus John Wheeler.

Zo klein zijn als een knikker

Zwarte gaten spelen daarmee eenzelfde rol als atomen honderd jaar geleden. Volgens de toen bekende natuurwetten konden die niet bestaan. Maar experimenten leerden ons dat de natuur een oplossing had gevonden. Die paradox leidde uiteindelijk tot de komst van de quantumtheorie en een radicale breuk in ons begrip van de werkelijkheid.

Het zwarte gat is net zo’n paradox, het atoom van de eenentwintigste eeuw. Vanuit het perspectief van de zwaartekracht is het het eenvoudigste object dat we kennen, niet meer dan een gat in de ruimte. Tegelijkertijd is het volgens de quantumtheorie het ingewikkeldste object, de compactste manier om materie en informatie samen te ballen. De aarde zou als zwart gat zo klein zijn als een knikker. We weten dat uiteindelijk het samenvloeien van deze twee perspectieven de oplossing moet bieden, ongetwijfeld weer met ingrijpende gevolgen.

De iconische afbeelding is daarom zo spannend omdat die ons vertelt dat er een oplossing is voor het huiswerk. De natuur heeft een manier gevonden om zwarte gaten te laten bestaan. Nu is het aan ons om uit te vinden wat de natuur weet en wij nog niet. Aan het werk dus!

Robbert Dijkgraaf is directeur van het Institute for Advanced Study in Princeton.