Hubble en de huidige leeftijd van het heelal
Dit artikel is geschreven door Anton Hurkmans en geredigeerd door Niek. Anton wordt binnenkort 88 jaar en loopt inmiddels al jaren met deze vragen rond. Hij is op zoek naar antwoorden of naar erkenning van deze problemen.
Ik zit met een paar vragen waar niemand me tot nu toe een fatsoenlijk antwoord op heeft kunnen geven. Daarom wil ik deze vragen delen in de hoop dat iemand mij kan vertellen hoe het zit, waar ik precies een fout maak en waarom, of dat het goed is en dat er een grove denkfout gemaakt is en we ons denken over het ontstaan van het heelal moeten aanpassen.
Enkele berekeningen
De meest gangbare opvatting over het ontstaan en verdere ontwikkeling van het heelal is dat het begon met de Big Bang waarbij materie met grote snelheid de ruimte in werd geslingerd. De zwaartekracht van het heelal zelf zorgde ervoor dat de vluchtsnelheid van de materie steeds verder afnam. Newton heeft het effect van deze zwaartekracht in een formule ondergebracht en wel:
F = G * m1 * m2 / r²
Waarin F de zwaartekracht is tussen twee massa’s (in Newton), G de gravitatieconstante met een waarde van 6,67 * 10-11 m³/(kg*sec²), m1 en m2 de betreffende massa’s en r de afstand is tussen deze massa’s.
Voor de kracht tussen het heelal en de wegvluchtende materie (zoals een sterrenstelsel) moet men voor m1 de massa van het heelal invullen en voor m2 de massa van het wegvluchtende stelsel. Zowel het heelal als het wegvluchtende stelsel ondervinden de zwaartekracht F. Voor het wegvluchtende stelsel geldt F = m2 * a zodat:
m2 * a = G * m1 * m2 / r².
Hieruit volgt dat de vertraging a van het wegvluchtend stelsel ten gevolge van de zwaartekracht a = G * m1 / r² bedraagt.
Uitgaande van een massa m1 en de beginsnelheid van m2 zou hieruit de snelheid berekend kunnen worden over het gehele traject van de wegvluchtende materie dus ook of en wanneer de wegvluchtende materie tot stilstand komt.
Conseqenties Hubble constante
Hubble heeft de afstanden gemeten van sterren en sterrenstelsels en de vluchtsnelheden van die objecten. Hij vond dat hoe verder een sterrenstelsel van ons vandaan stond, hoe groter de vluchtsnelheid ervan was gemeten via de roodverschuiving van dat stelsel. Zijn eerste (redelijke) conclusie was dat hoe verder weg een stelsel zich bevond hoe groter de vluchtsnelheid was. Dat was immers wat hij gemeten had!
Een min of meer vanzelf sprekende conclusie was dat dus het heelal met een steeds groter wordende vluchtsnelheid uitdijdt. Dit vloekt tegen alles in!
Waar zou al die energie vandaan moeten komen om die verre stelsels te versnellen tegen de zwaartekracht van het heelal in?
Vergeten was de tijd die nodig was voor de informatie van die verre stelsels naar ons te komen. Die tijd is namelijk verleden tijd in de richting van de Big Bang. Hoe verder weg het stelsel door ons gezien wordt hoe dichter het bij de oorsprong van het heelal staat en dan het logisch dat zo dicht bij de Big Bang ook hoge(re) vluchtsnelheden gemeten worden. De zwaartekracht van het heelal zorgt er dan voor dat de vluchtsnelheid van de uitgestoten materie met de tijd afneemt. Het is dan het omgekeerde van de bovenstaande conclusie dat het heelal met verhoogde snelheid uitdijt.
Hubble heeft gevonden dat de snelheid van de wegvluchtende materie toenam met 75 km/sec over elke Mpc afgelegde afstand. Hij onderzocht de resultaten op correlaties en vond een snelheidstoename van 75 km/sec tijdens de afgelegde weg van 1 Mps van de wegvluchtende stelsels. Dit werd de constante van Hubble genoemd. De vertraging door de zwaartekracht van het heelal leidt tot een afnemende vluchtsnelheid. Een afgeleide van de vertragingsformule zou moeten leiden tot een constante snelheidsafname per afgelegde weg en die is dan gelijk aan de Hubble constante!
Dit geeft de mogelijkheid om:
- De massa van het heelal rechtstreeks te berekenen;
- Te berekenen of de massa van het heelal voldoende is om de vluchtsnelheid te doen stoppen en zo ja wanneer;
- De vluchtsnelheid te berekenen op elk willekeurig moment.
De huidige leeftijd van het heelal
Algemeen wordt aangenomen dat de leeftijd van het heelal 13,7 miljard jaar bedraagt. Hoe ze aan dat getal komen weet ik niet maar het lijkt me zeer onwaarschijnlijk. De verst gemeten afstand van een sterrenstelsel bedraagt ongeveer 10 miljard lichtjaar en deze afstand zou dit stelsel in 13,7 miljard jaar hebben afgelegd? Dat moet dan met bijna de lichtsnelheid zijn gebeurd! Dat gelooft niemand. De leeftijd van het heelal moet aanzienlijk meer zijn dan de genoemde 13,7 miljard jaar. Mijn schatting is ca 38 miljard jaar.
Kijk eens met een grote telescoop naar een ver stelsel. Ziet dat er uit alsof het met bijna de lichtsnelheid van ons vandaan vliegt? Nee dus. Dat wordt anders als de leeftijd van het heelal aangenomen wordt op bij voorbeeld 38 miljard jaar. Dan heeft dat stelsel er 38 miljard jaar over gedaan om 13,7 miljard lichtjaar af te leggen dus met een beduidend lagere snelheid. Deze snelheid zou weleens dicht bij de gemeten snelheid kunnen liggen.
De laatste tijd is gebleken dat de Hubbleconstante geen constante is maar de neiging heeft om toe te nemen naarmate het beschouwde stelsel verder weg staat. Men vroeg zich af hoe dat nou weer kan. Waar zou nu deze extra energie vandaan moeten komen. U raadt het al. Er werd een geheimzinnige stof verondersteld met een negatieve gravitatie! Laat ik nou altijd gedacht hebben dat een negatieve zwaartekracht niet kon bestaan. Ook dat is uit het bovenstaande te verklaren.
Vlak na de Big Bang bestond het heelal geheel uit straling. Pas na ca. 300.000 jaar werd straling omgezet in materie. Het is aannemelijk dat ten tijde van de omzetting van straling in materie de vluchtsnelheid van de materie gelijk was aan de lichtsnelheid. De stralingsdruk van het nog jonge heelal was enorm groot. Deze stralingsdruk was naar buiten gericht dus tegengesteld aan de massakracht. In het begin was de vluchtsnelheid wellicht groter dan overeenkomt met de Hubbelconstante, wat het toenemen van de Hubbelconstante bij zeer grote afstanden kan verklaren.
[edit Niek: in 2011 is een quasar gemeten op zo’n 13 miljard lichtjaar afstand]