Oerknal (Big Bang): definitie en verklaring van het ontstaan van het heelal

Ontdek de oerknal (Big Bang): hoe 13,8 miljard jaar geleden het heelal, sterren en sterrenstelsels ontstonden en waarom kosmologen deze verklaring ondersteunen.

De oerknal is een wetenschappelijke theorie over hoe het heelal is begonnen, en vervolgens de sterren en sterrenstelsels heeft gemaakt die we vandaag de dag zien. De Big Bang is de naam die wetenschappers gebruiken voor de meest gangbare theorie over het heelal, vanaf het allereerste begin tot heden. De meest gangbare alternatieven worden de Steady State-theorie en de Plasma-kosmologie genoemd, volgens welke beide het heelal geen begin of einde heeft.

Volgens de theorie begon het heelal als een zeer hete, kleine en dichte superkracht (de mix van de vier fundamentele krachten), zonder sterren, atomen, vorm of structuur (een "singulariteit" genoemd). Ongeveer 13,8 miljard jaar geleden breidde de ruimte zich zeer snel uit (vandaar de naam "Oerknal"). Dit begon met de vorming van atomen, wat uiteindelijk leidde tot de vorming van sterren en sterrenstelsels. Het was Georges die als eerste opmerkte (in 1927) dat een uitdijend heelal in de tijd kon worden getraceerd naar een enkel beginpunt. Het heelal dijt nog steeds uit en wordt ook steeds kouder.

Als geheel groeit het heelal en daalt de temperatuur naarmate de tijd verstrijkt. Kosmologie is de studie van het ontstaan en de ontwikkeling van het heelal. Sommige wetenschappers die kosmologie bestuderen zijn het erover eens dat de oerknaltheorie overeenkomt met wat zij tot nu toe hebben waargenomen.

Belangrijkste waarnemingen die de oerknal ondersteunen

• De uitdijing van het heelal: Sterrenstelsels tonen een roodverschuiving in hun spectra, wat betekent dat ze van ons weg bewegen. Dit verband — beschreven door Hubble en anderen — is één van de fundamenten van het uitdijende heelal.
• De kosmische microgolf-achtergrondstraling (CMB): Een zwakke achtergrond van microgolven die het hele heelal doordringt en wordt gezien als het overblijfsel van het hete vroege heelal, ontdekte bewijs dat sterk met de oerknal overeenkomt.
• Abundantie van lichte elementen: De verhoudingen van waterstof, helium en lithium in het heelal komen overeen met voorspellingen van de oerknal-nucleosynthese in de eerste minuten na het begin.
• Groot-schalige structuur: De verdeling van sterrenstelsels en clusters door het heelal past bij de groei van kleine dichtheidsfluctuaties in het vroege heelal tot de structuren die we nu zien.

Tijdslijn van het vroege heelal (in grote lijnen)

• Planckeertijd (≤ 10^-43 s): Hier is onze huidige theorie (algemene relativiteit) niet langer toereikend; kwantumzwaartekracht wordt relevant.
• Vroege inflatie: Een extreem korte periode van zeer snelle expansie die veel van de eigenschappen van het huidige heelal verklaart, zoals de gelijkmatigheid van de CMB en het gebrek aan magnetische monopolen.
• Vroeg thermisch heelal (secunden tot minuten): Vorming van de eerste lichte elementen (Big Bang nucleosynthese).
• Recombinatie (~380.000 jaar): Elektronen en kernen vormen neutrale atomen; het heelal wordt transparant voor straling en de CMB ontsnapt.
• Donkere eeuwen en eerste sterren (~100–500 miljoen jaar): De eerste sterren en sterrenstelsels ontstaan, en belichten het heelal opnieuw (reïonisatie).
• Vorming van moderne structuren: Galaxies, clusters en superclusters ontstaan en ontwikkelen zich tot de vormen die we nu waarnemen.

Belangrijke concepten en open vragen

• Singulariteit en het begin: De klassieke theorie geeft een singulariteit als eindpunt van extrapolatie naar t = 0. Veel kosmologen zien dit echter als een teken dat een theorie voor kwantumzwaartekracht nodig is; de werkelijke 'beginstaat' kan anders zijn dan de wiskundige singulariteit doet vermoeden.
• Inflatie: Hoewel breed geaccepteerd omdat het veel waarnemingen verklaart, is de precieze aard en oorzaak van inflatie nog onderwerp van onderzoek.
• Donkere materie en donkere energie: Waarnemingen suggereren dat het heelal grotendeels bestaat uit componenten die we nog niet direct hebben gedetecteerd: donkere materie (rond 27%) en donkere energie (rond 68%), met gewone materie als een klein deel (~5%). De aard van deze donkere componenten is een van de grootste actuele vragen in kosmologie.
• Alternatieve modellen: Theorieën zoals Steady State of Plasma-kosmologie zijn voorgesteld, maar ze missen tot nu toe de consistente verklaring van alle waarnemingen die de oerknal wel biedt.

Observaties en modern onderzoek

Satellieten en telescopen zoals WMAP, Planck en moderne telescoopprojecten (inclusief ruimtetelescopen zoals de James Webb Space Telescope) verfijnen continue onze metingen van de CMB, de uitdijingssnelheid van het heelal en de samenstelling ervan. Deze gegevens helpen modellen bij te stellen, bepalen parameters (zoals de leeftijd van het heelal en de verhouding tussen materie en energie) en tonen soms verrassende discrepanties die aanleiding geven tot nieuw theoretisch werk.

Samengevat: de oerknaltheorie vormt het best onderbouwde raamwerk voor het ontstaan en de evolutie van het heelal. Veel vragen blijven open, vooral rond de allervroegste momenten, de aard van donkere materie en donkere energie, en de precieze mechanismen achter inflatie. Kosmologie blijft daardoor een levendig onderzoeksgebied waarin nieuwe waarnemingen regelmatig leiden tot verbeterde inzichten.

Vragen en antwoorden

V: Wat is de oerknal?

V: Wat zijn enkele alternatieven voor de oerknaltheorie?

V: Hoe is het allemaal begonnen volgens deze theorie?

V: Wie merkte voor het eerst op dat een uitdijend heelal in de tijd kon worden getraceerd?

V: Zet het heelal vandaag de dag nog steeds uit?

V: Wat is kosmologie?

V: Zijn wetenschappers het tot nu toe eens met deze theorie?

Zoek op letter