leeftijd

De Hubble ruimtetelescoop

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.

De Hubble ruimtetelescoop
De Hubble ruimtetelescoop

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]

Hubble en de huidige leeftijd van het heelal Meer lezen »

De buitenaardse Dronen vinden de fantasieloosheid van Rommeldam een gevaar voor de kosmos. Heer Bommel weet net op tijd de vernietiging van Rommeldam te voorkomen.

Krasse knarren zorgen voor steeds meer wetenschappelijke doorbraken

Ouderen worden massaal geloosd omdat ze minder innovatief en te duur zouden zijn. Een onderzoek onder Nobelprijswinnaars toont nu aan dat dat in ieder geval op wetenschapsgebied onzin is. Sterker nog: de meeste wetenschappelijke doorbraken worden nu bereikt door ouderen.

Nobelprijswinnaars steeds ouder
Een studie waarbij Nobelprijswinnaars tussen 1901 en 2008 werden vergeleken in de wetenschapsgebieden natuurkunde, scheikunde en medicijnen, onderzocht de leeftijd waarop wetenschappers hun Nobelprijswaardige werk deden. De resultaten wezen uit dat voor 1905, ongeveer tweederde van de winnaars in alle drie velden hun prijswinnend werk voor hun veertigste deden. Ongeveer twintig procent deed dit zelfs voor hun dertigste. In het jaar 2000 bleken echter voor het dertigste jaar nauwelijks grote prestaties te worden geleverd in een van deze drie velden. In de natuurkunde, bijvoorbeeld, werd dat jaar Nobelprijswaardig werk slechts in 19% van de gevallen verricht, op het gebied van scheikunde zelfs vrijwel nooit. “Het beeld van de briljante jonge wetenschapper die essentiële wetenschappelijke doorbraken bereikt is steeds meer uit de tijd,” aldus Bruce Weinberg, professor economie aan de Ohio State University.  Hij is met collega Benjamin Jones van Northwestern University de auteur van de studie. De gemiddelde leeftijd waarop baanbrekend natuurkundig onderzoek wordt gedaan is 48 en nauwelijks onder de dertig, aldus Weinberg.

Einstein verrichte zijn Nobelprijswaardige werk als jonge twintiger. Nu zijn grijzende veertigers meestal degenen die Nobelprijswaardig onderzoek doen.
Einstein verrichte zijn Nobelprijswaardige werk als jonge twintiger. Nu zijn grijzende veertigers meestal degenen die Nobelprijswaardig onderzoek doen.

Gouden Tijd erg belangrijk
De onderzoekers geloven dat de verschuiving in leeftijd te maken heeft met zowel het type doorbraken dat wordt gehonoreerd (theoretisch of experimenteel) en hoe lang het wetenschappers kost om opgeleid te worden en hun carrière als onderzoeker te beginnen. Eerder werk omtrent creativiteit in de natuurwetenschappen, waarbij de creativiteit piekte op bepaalde leeftijden (verschillend per discipline)  nam onterecht aan dat deze leeftijden gelijk blijven. De tijd waarin het onderzoek werd verricht is echter veel belangrijker, aldus Weinberg.

Generatie die kwantummechanica ontwikkelde erg succesvol
Voor de studie analyseerden de onderzoekers alle 525 Nobelprijzen die in deze periode werden toegekend in de natuurkunde, scheikunde en medicijnen. Ze stelden vast op welke leeftijd de onderzoekers hun Nobelprijswinnend werk deden, door hun biografieën door te spitten. De opmars van jonge onderzoekers in de natuurkunde viel samen met de doorbraak van kwantummechanica. Hierdoor kwam een totaal nieuw veld braak te liggen, waar jonge wetenschappers met weinig ballast snel vorderingen in konden maken. Geen wonder dat het toen Nobelprijzen regende onder deze groep. Voor en na deze periode waren oudere onderzoekers succesvoller.

Ouderen vaker aan leiding laboratorium
Wat ook scheelt is de vraag of het om theoretisch of experimenteel werk gaat. Theoretisch werk vereist niet veel meer dan een goed stel hersens, een laptopje met internet, Maple of Mathematica en een onconventionele manier van denken. Voor praktisch Nobelprijswaardig werk moet je al gauw een LHC-achtige versneller in je achtertuin hebben staan of leiding geven aan een ultramodern onderzoekslab. Het kost de nodige tijd om hiervoor voldoende prestaties (en ellebogenwerk) te hebben geleverd.

Nu veel langere studie nodig dan toen
Ook waren natuurkunde, scheikunde en geneeskunde honderd jaar geleden veel eenvoudiger dan nu. Om alleen al op het niveau te komen waarop Nobelprijswaardig werk geleverd kan worden, moet een wetenschapper nu jarenlang studeren. Een promovendus is al vaak tegen de dertig en moet dan nog beginnen met onderzoek.

Kennis van eerder onderzoek nu een groot voordeel
Oudere wetenschappers zijn doorgaans goed op de hoogte van de historische ontwikkeling van hun vak en herinneren zich ook zijsporen die eerder zijn gevolgd, maar daarna uit de mode raakten.  Hun grotere intellectuele ‘lock-in’, die een wetenschapper ooit deed stellen dat oude paradigma’s niet verdwijnen omdat wetenschappers ze verlaten maar omdat de oudere generatie uitsterft, is dan minder belangrijk. Wetenschappers citeren nu ook vaker uit ouder werk (en ook terecht, daar hebben we hier op Visionair.nl goede inspiratie voor leuke onderwerpen uit gehaald). Hoe hoger een wetenschapper op de citatieindex scoort, hoe Nobelprijswaardiger hij doorgaans is.

De buitenaardse Dronen vinden de Rommeldamse fantasieloze min-kukels een gevaar voor de kosmos. Heer Bommel weet net op tijd de vernietiging van Rommeldam te voorkomen. © Marten Toonder
De buitenaardse Dronen vinden de 'kukelloze' welvaartsstad Rommeldam een gevaar voor de kosmos. Heer Bommel weet net op tijd de vernietiging van Rommeldam te voorkomen.

Verouderende bevolking speelt ook mee
Niet door de onderzoekers genoemd, maar zeker van belang zijn ook demografische factoren. De bevolkingspiramide in de jaren dertig was toen inderdaad een piramide. Nu lijkt deze meer van een misvormde paddenstoel te hebben. Hoe meer oudere mensen er zijn, hoe groter de kans dat een oudere onderzoeker op iets stuit dat de moeite waard is.

Niet leeftijd, maar peak fantasy is het probleem
Inderdaad is niet zozeer leeftijd, maar eerder peak fantasy het voornaamste probleem als remmende factor bij onderzoek innovatie. Deze dodelijke en hardnekkige plaag komt niet alleen voor bij ouderen, maar op alle leeftijden. Overal rukken de napraters op.  Tijd voor minder napraterij en meer kukel, om maar eens de helaas overleden, maar zeer originele krasse knar Maarten Toonder aan te halen.

Bron
Experince counts for Nobel Laureates, Nature Magazine (2011)
Bruce Weinberg en  Benjamin Jones, Age dynamics in scientific creativity, PNAS (2011)

Krasse knarren zorgen voor steeds meer wetenschappelijke doorbraken Meer lezen »