Algemene speculaties over de aard van de wereld zijn zo oud als de Griekse pre-socratische filosofen, maar een echte wetenschappelijke kosmologie kon niet worden geformuleerd totdat er enige kennis was van de basiswetten van de natuur. Isaac Newtons ontdekking van de zwaartekracht van de universele inverse-kwadraatwet bood de eerste serieuze kans voor een dergelijke onderneming. Omdat zwaartekracht aantrekkelijk is, was een direct probleem om uit te leggen waarom het universum niet instortte op zichzelf., Planetaire bewegingen stopten dit in het zonnestelsel, maar hoe zit het met de”vaste sterren”? Het eerste antwoord was dat in een universum van oneindige omvang, gelijkmatig bevolkt door sterren, de aantrekkelijke krachten in verschillende richtingen elkaar zouden opheffen, waardoor evenwicht.
Er was echter een probleem met het idee van een onbegrensde kosmos. Elke zichtlijn moet ergens op het oppervlak van een ster eindigen. In 1823 wees Wilhelm Olbers erop dat dit zou betekenen dat de nachtelijke hemel overal gelijkmatig helder was., De moderne oplossing van deze paradox berust op het feit dat de eindige lichtsnelheid en de eindige leeftijd van het universum samen betekenen dat slechts een eindig aantal sterren daadwerkelijk zichtbaar zijn voor ons.een belangrijke ontdekking werd gedaan aan het einde van de achttiende eeuw door Sir William Herschel. Hij ontdekte dat de lichtband die bekend staat als de Melkweg eigenlijk bestaat uit een veelheid van sterren, die een enorm sterrenstelsel vormen waarvan het zonnestelsel slechts een klein onderdeel is. Vroege speculanten, waaronder Immanuel Kant (1724-1804), hadden voorgesteld dat dit het geval zou kunnen zijn., Ze suggereerden ook dat de lichtgevende plekken die nevels worden genoemd andere “eilanduniversa” zouden kunnen zijn, vergelijkbaar met de Melkweg, maar op grote afstand van de Melkweg. De kwestie werd pas in de twintigste eeuw definitief geregeld, maar het idee was al in de lucht dat de gecreëerde werkelijkheid veel groter zou kunnen zijn dan eerder werd verondersteld.
afstanden tot nabije sterren kunnen worden gemeten met parallax, de lichte verschuiving in de schijnbare positie van de hemel als de aarde rond haar baan beweegt., Buiten dat bereik, het schatten van de afstand hangt af van de oprichting van een standaard kaars, een bron van licht van bekende intensiteit waarvan waargenomen dimmen dan biedt een maat van de afstand. Sterren met regelmatig fluctuerende helderheid, Cepheïde variabelen genoemd, leveren deze maat, want het is bekend dat hun intrinsieke helderheid strikt gecorreleerd is met de periode van hun variatie. In 1924 gebruikte Edwin Hubble deze methode om vast te stellen dat de Andromedanevel een ver sterrenstelsel is, dat nu ongeveer twee miljoen lichtjaar van de Melkweg verwijderd is.,
Hubble deed vervolgens zijn grootste ontdekking. Licht van verre sterrenstelsels blijkt rood te zijn in vergelijking met hetzelfde licht van een aardse bron. Dit wordt geïnterpreteerd als te wijten aan het effect van recessieve beweging, en de mate van roodheid veroorzaakt is gecorreleerd met de snelheid van recessie. Het effect (Doppler shift) is vergelijkbaar met de verandering in frequentie van een ambulance sirene als gevolg van de beweging van het voertuig. Hubble ontdekte dat de snelheid waarmee een sterrenstelsel zich terugtrekt evenredig is met de afstand., Dit werd vervolgens geïnterpreteerd als een effect als gevolg van de uitbreiding van de ruimte zelf. Net zoals vlekken op het oppervlak van een ballon van elkaar weg bewegen als de ballon wordt opgeblazen, zo als de ruimte uitdijt, draagt het de sterrenstelsels mee. Hubble ‘ s ontdekking van het uitdijende universum had een diepgaand effect op de ontwikkeling van de kosmologische theorie.Newton beschouwde de ruimte als een container waarin de beweging van materiële atomen plaatsvond in de loop van de stroom van de absolute tijd., Albert Einsteins ontdekking van de algemene relativiteitstheorie veranderde dit beeld volledig.in 1908 had Einstein wat hij als zijn gelukkigste gedachte beschouwde. Hij besefte dat als hij vrij zou vallen, hij zich niet bewust zou zijn van de zwaartekracht. Deze ogenschijnlijk nogal onbeduidende observatie leidde hem tot het erkennen van het principe van gelijkwaardigheid, dat aan de basis ligt van de algemene relativiteit., Er zijn twee conceptueel verschillende betekenissen van massa: traagheidsmassa (het meten van de weerstand van een lichaam tegen het veranderen van zijn staat van beweging) en gravitatiemassa (het meten van de sterkte van de interactie van het lichaam met een gravitatieveld). Ondanks hun conceptuele verschillen zijn deze twee maten altijd numeriek identiek. Kwantitatief zijn de traagheids-en gravitatiemassa equivalent. Dit betekent dat alle lichamen op dezelfde manier bewegen in een gravitatieveld., Een verdubbeling van de massa verdubbelt de inertieweerstand tegen een verandering van beweging, maar het verdubbelt ook de gravitatiekracht die de verandering teweegbrengt. Bijgevolg is de resulterende beweging hetzelfde. Dit universele gedrag betekent dat de effecten van zwaartekracht op individuele lichamen kunnen worden geherinterpreteerd als een algemeen gevolg van de eigenschappen van de ruimte zelf, of beter gezegd, rekening houdend met Einstein ‘ s eerdere ontdekking van de nauwe onderlinge associatie van ruimte en tijd van de speciale relativiteitstheorie, de eigenschappen van de vierdimensionale ruimtetijd., De concepten van ruimte, tijd en materie, die door Newton heel verschillend werden gehouden, werden door Einstein verenigd in één package deal. Hij veranderde gravitatiefysica in meetkunde. Materie kromt de ruimtetijd en de kromming van de ruimtetijd beïnvloedt op zijn beurt de paden van materie. Er is geen tijd zonder ruimte en materie, een punt dat Augustinus vijftien eeuwen eerder had gerealiseerd.
Einstein ging aan de slag om de vergelijkingen te ontdekken die kwantitatieve expressie zouden geven aan zijn idee. De zoektocht duurde lang, maar in november 1915 trof hij hen., Onmiddellijk kon hij aantonen dat ze een kleine afwijking voorspelden in het gedrag van de planeet Mercurius, die al was waargenomen, maar die de Newtoniaanse verklaring had getrotseerd. Later, in 1919, bevestigden waarnemingen van een totale zonsverduistering een andere voorspelling, met betrekking tot het buigen van sterrenlicht door de zon. In één klap werd Einstein in de verbeelding van het publiek de iconische wetenschappelijke held.
deze integratie van ruimte, tijd en materie in een enkele theorie bood de mogelijkheid om een echt wetenschappelijk verslag van het hele universum te construeren. Er leek echter een probleem te zijn., In die tijd geloofden natuurkundigen nog steeds dat kosmologische theorie een statisch beeld moest opleveren. De natuurkunde zou de laatste van de wetenschappen zijn die de ware betekenis van tijdelijkheid en het zich ontvouwende proces zou erkennen. De geologen waren er aan het einde van de achttiende eeuw, en tegen het midden van de negentiende eeuw de biologen, met de publicatie van Charles Darwin ‘ s Origin of Species in 1859, had gevolgd. In het begin van de twintigste eeuw hadden de natuurkundigen nog steeds de Aristotelische notie van een eeuwig onveranderlijke kosmos. Einstein kon geen statische oplossing van zijn vergelijkingen vinden., Toen hij in 1918 zijn kosmologische voorstellen publiceerde, knutste hij met de vergelijkingen en voegde er een extra term aan toe (de kosmologische constante). Het vertegenwoordigde een soort antizwaartekracht, een afstotende kracht ontworpen om over grote afstanden tegenwicht te bieden aan de aantrekkingskracht van de conventionele zwaartekracht.Einstein noemde deze toevoeging later de grootste blunder van zijn leven., Hij had de kans gemist om een uitdijend universum te voorspellen, want zijn onveranderde vergelijkingen hadden oplossingen (ontdekt door de Russische meteoroloog Alexander Friedmann en de Belgische priester Georges Lemaître) die overeenkwamen met het gedrag dat Hubble later observeerde. Bovendien, zijn voorgestelde statische oplossing werkte niet echt, want het was onstabiel en zou zijn ingestort onder verstoring.
Big Bang kosmologie
als de sterrenstelsels momenteel uit elkaar bewegen, dan moeten ze in het verleden dichter bij elkaar zijn geweest., Dit leidt tot de conclusie dat het universum dat we vandaag waarnemen lijkt te zijn voortgekomen uit de oerknal, een oertoestand van immens gecondenseerde en energetische materie. De huidige schattingen dateren deze opkomst op 13,7 miljard jaar geleden.letterlijk genomen is de oerknal zelf een moment van oneindige dichtheid en energie, een singulariteit die de conventionele wetenschap niet kan analyseren. (Enkele zeer speculatieve ideeën over het zeer vroege universum, dicht bij de oerknal, zullen hieronder worden besproken., Hoewel sommige religieuze mensen (waaronder Paus Pius XII) bezweken voor de verleiding om van de oerknal te spreken als “het moment van de schepping”, was dit duidelijk een theologische fout. De Joods-Christelijk-Islamitische doctrine van de schepping houdt zich bezig met ontologische oorsprong (waarom is er iets in plaats van niets?), in plaats van tijdelijke oorsprong (hoe begon het allemaal?). God is vandaag evenveel De Schepper als God 13,7 miljard jaar geleden was. De kosmologie van de oerknal is wetenschappelijk zeer interessant, maar theologisch niet van cruciaal belang.,niettemin vreesden drie kosmologen, Hermann Bondi, Fred Hoyle en Thomas Gold, dat de oerknal kosmologie de religie zou bevoordelen, en daarom stelden ze in de jaren zestig een alternatieve steady state theorie voor, het beeld van een eeuwig universum dat altijd in grote lijnen hetzelfde is. Deze terugkeer naar Aristotelische ideeën werd verzoend met de recessie van de sterrenstelsels door de aanname van de continue creatie van materie, die plaatsvindt in een tempo te klein om te worden waargenomen, maar voldoende na verloop van tijd om de gaten achtergelaten door de beweging van de reeds bestaande sterrenstelsels in te vullen., Verdere observationele resultaten hebben dit idee afgedaan.
naarmate het heelal uitdijt, koelt het af. Tegen de tijd dat het een microseconde oud was, was zijn temperatuur al op het niveau waar de kosmische processen die plaatsvinden energieën voldoende laag hadden voor wetenschappers om een betrouwbaar begrip van hun aard te bezitten. De discussie wordt verder vereenvoudigd door het feit dat het vroege universum bijna uniform en gestructureerd was, waardoor het een zeer eenvoudig fysisch systeem was om te overwegen.,
tegen de tijd dat het ongeveer drie minuten oud was, was het heelal zo afgekoeld dat nucleaire interacties op kosmische schaal stopten. Als gevolg daarvan werd de bruto nucleaire structuur van de wereld gefixeerd op wat het nu nog is, driekwart waterstof en een kwart helium. Tegen de tijd dat de kosmos ongeveer een half miljoen jaar oud was, had verdere afkoeling het zover gebracht dat straling niet langer energiek genoeg was om atomen die probeerden te vormen te breken. Materie en straling losgekoppeld en de laatste werd gewoon om verder te koelen als kosmische expansie voortgezet., Vandaag de dag is deze straling erg koud, drie graden boven het absolute nulpunt. Het werd voor het eerst waargenomen in 1964 door Arno Penzias en Robert Wilson. Bekend als kosmische achtergrondstraling, vormt het een gefossiliseerde afzetting die overblijft uit het oerknaltijdperk, wat ons vertelt hoe het heelal was toen het een half miljoen jaar oud was. Een van de dingen die we leren is dat de kosmos toen zeer uniform was, met fluctuaties over de gemiddelde dichtheid die niet meer dan één deel op tienduizend bedroeg., Deze achtergrondstraling betaalde aan de steady state theorie, die zijn eigenschappen niet kon verklaren op de natuurlijke manier die mogelijk was voor de oerknal kosmologie.
zwaartekracht heeft het langetermijneffect van het versterken van kleine fluctuaties. Een beetje meer materie hier dan daar produceerde een beetje meer aantrekkingskracht hier dan daar, waardoor een sneeuwbaleffect triggerde waardoor het heelal uiteindelijk klonterig werd met sterrenstelsels en sterren. In een kosmisch tijdperk van een miljard jaar was dit proces in volle gang. Toen de sterren verdichten, verhitten ze zich en begonnen de kernreacties op lokale schaal opnieuw., Aanvankelijk verbranden sterren door waterstof om te zetten in helium. In een later stadium van Stellaire ontwikkeling worden zwaardere elementen, zoals koolstof en zuurstof, gevormd door verdere nucleaire processen. In een ster kan deze sequentie niet verder komen dan ijzer, de meest stabiele kernsoort. Aan het einde van hun leven exploderen sommige sterren echter als supernova ‘ s, die niet alleen de elementen die ze hebben gemaakt in de omgeving verstrooien, maar ook, in het explosieve proces zelf, de ontbrekende elementen buiten ijzer genereren. Op deze manier kwamen de tweeënnegentig chemische elementen uiteindelijk beschikbaar., Een van de grote triomfen van de twintigste-eeuwse astrofysica was het ontrafelen van de details van de delicate processen van nucleosynthese. Toen zich een tweede generatie sterren en planeten vormde, was er een chemische omgeving beschikbaar die voldoende rijk was om de ontwikkeling van leven mogelijk te maken. Zo begon een van de meest opmerkelijke ontwikkelingen in de kosmische geschiedenis die ons bekend is. Met de uiteindelijke dageraad van zelfbewustzijn werd het universum zich bewust van zichzelf.,het Antropisch Principe
toen wetenschappers de evolutionaire processen van de kosmische geschiedenis begonnen te begrijpen, begonnen ze zich te realiseren dat de mogelijkheid voor de ontwikkeling van op koolstof gebaseerd leven kritisch afhing van de details van de natuurwetten die daadwerkelijk in het universum werken. De verzameling van inzichten die naar deze conclusie verwijzen, heeft de naam van het antropisch Principe gekregen, hoewel het koolstofprincipe een betere keuze zou zijn geweest omdat het de algemeenheid van het leven is, in plaats van de specificiteit van Homo sapiens, die hierbij betrokken is., Er zijn veel voorbeelden gegeven van deze antropische “fine-tunings.”
Een wordt geleverd door de stellaire processen waardoor de elementen die nodig zijn voor het leven zijn gevormd. Elk koolstofatoom in elk levend lichaam zat ooit in een ster, en het proces waardoor die koolstof werd gemaakt hangt sterk af van de kwantitatieve details van de kernfysica. Drie heliumkernen moeten worden gecombineerd om koolstof te maken. Men zou een twee-staps proces verwachten, twee helium eerst fuseren om beryllium te vormen, en dan een derde helium wordt toegevoegd om koolstof te maken., Er is echter een probleem omdat beryllium zeer onstabiel is en dit maakt de tweede stap problematisch. In feite is het alleen mogelijk omdat er blijkt te zijn een aanzienlijke verbetering effect (een resonantie) optreden bij precies de juiste energie. Als de nucleaire krachten anders waren dan wat ze eigenlijk zijn, zou deze resonantie op de verkeerde plaats zijn en zou er helemaal geen koolstof zijn. Toen Hoyle dit opmerkelijke toeval ontdekte, vond hij dat het niet alleen een gelukkig ongeluk kon zijn, maar dat er ook intelligentie achter moest liggen.
voorbeelden kunnen worden vermenigvuldigd., Het ontwikkelen van leven op een planeet hangt af van zijn ster die een langlevende en betrouwbare bron van energie levert. Sterren branden op deze manier in ons universum omdat de zwaartekracht van dien aard is dat het mogelijk is. De meest veeleisende antropische verfijning heeft betrekking op Einsteins kosmologische constante. Het moderne denken heeft dit begrip nieuw leven ingeblazen, maar zijn kracht moet extreem zwak zijn om te voorkomen dat het universum instort of uiteenvalt. Veel kosmologen geloven dat de kracht (meestal donkere energie genoemd) daadwerkelijk aanwezig is, maar op een niveau dat slechts 10-120 is van wat men zou beschouwen als zijn natuurlijke waarde., Iets groter dan dit kleine aantal zou de evolutie van het leven, of een complexe kosmische structuur, heel onmogelijk hebben gemaakt.
deze wetenschappelijke inzichten zijn niet controversieel, maar wat hun diepere, metaswetenschappelijke betekenis zou kunnen zijn, is sterk betwist. Slechts weinigen zijn bereid deze antropische toevalligheden te beschouwen als louter gelukkige ongevallen, en daarom zijn er op grote schaal twee contrasterende verklarende voorstellen gedaan., Men ziet het universum als een goddelijke schepping, en verklaart haar fijn afgestemde specificiteit als een uitdrukking van de wil van de Schepper dat het in staat zou moeten zijn om een vruchtbare geschiedenis te hebben. De andere is de multiversum benadering, in de veronderstelling dat dit specifieke universum slechts één lid is van een enorme portfolio van verschillende bestaande werelden, elk gescheiden van elkaar en elk met zijn eigen natuurlijke wetten en omstandigheden. Ons universum is gewoon het universum in deze immense kosmische array waar, bij toeval, de ontwikkeling van op koolstof gebaseerd leven een mogelijkheid is., Hoewel er zeer speculatieve wetenschappelijke ideeën zijn die tot op zekere hoogte multiversaal denken zouden kunnen aanmoedigen( zie hieronder), lijkt de onopvallende verkwisting van de multiversale benadering een metafysisch voorstel van aanzienlijke extravagantie, dat slechts één stuk verklarend werk lijkt te doen in het onschadelijk maken van de dreiging van het theïsme.
the Very Early Universe
hoe dichter wetenschappers de oerknal proberen te benaderen, hoe extremer de betrokken regimes zijn en dus hoe speculatiever hun denken.,velen geloven dat toen het heelal ongeveer 10-36 seconden oud was, er een soort van koken van de ruimte plaatsvond, de zogenaamde inflatie, die het heelal zeer sterk en met immense snelheid uitbreidde. Het idee wordt niet alleen ondersteund door een aantal theoretische argumenten, maar wint ook geloofwaardigheid door zijn vermogen om een aantal belangrijke feiten over het universum te verklaren., De ene is kosmische isotropie: de achtergrondstraling lijkt vrijwel in alle richtingen hetzelfde, ondanks het feit dat de hemel vele gebieden bevat die, op een eenvoudige extrapolatie terug naar de oerknal, nooit in Causaal contact met elkaar zouden zijn geweest. Op een inflatoir beeld echter komen deze verschillende regio ‘ s voort uit een aanvankelijk veel kleiner gebied waar het causale contact zou zijn geweest dat nodig was om uniformiteit van temperatuur en dichtheid te bereiken., Inflatie zou ook een gladmakend effect hebben gehad, waardoor de grootschalige homogeniteit van het universum en de nauwe balans tussen expansieve en gravitationele effecten die daadwerkelijk worden waargenomen (en die in feite een andere antropische ne-cessiteit is) worden verklaard.veel speculatiever is de poging om het Planck-tijdperk te begrijpen, vóór 10-43 seconden, toen het universum zo klein was dat het kwantummechanisch moet worden begrepen. De juiste unificatie van de kwantumtheorie en de algemene relativiteitstheorie is niet bereikt., Als gevolg daarvan zijn er veel verschillende hypothetische rekeningen van de kwantum kosmologie. Een frequent thema is dat universa voortdurend kunnen ontstaan uit de inflatie van fluctuaties in het ur-vacuüm van kwantumzwaartekracht, en ons universum is slechts één lid van dit zich uitbreidende multiversum. De bewering dat dit proces het vermogen van de wetenschap zou vertegenwoordigen om schepping uit het niets te verklaren, is slechts een misbruik van taal. Een kwantumvacuüm is een zeer gestructureerd en actief medium, heel anders dan nihil.,op de grootste schaal houdt de geschiedenis van de kosmos een touwtrekken in tussen de expansieve tendensen van de oerknal en de samentrekkende zwaartekracht. Als op het einde de zwaartekracht wint, zal wat begon met de Big Bang eindigen in de big crunch, als het universum instort op zichzelf. Als de expansie wint (de momenteel favoriete optie), zal het universum voor altijd blijven uitdijen, steeds kouder en verdunder worden, en uiteindelijk vervallen in een langgerekte stervende zucht.,
in zijn eschatologische denken moet theologie rekening houden met deze betrouwbare wetenschappelijke voorspellingen van de uiteindelijke futiliteit van het huidige proces. Uiteindelijk is een eenvoudig evolutionair optimisme geen haalbare mogelijkheid.
zie ook
natuurkunde en religie.
Bibliografie
Barrow, John, and Frank Tipler. Het Antropische Kosmologische Principe. Oxford, 1986. Een encyclopedisch overzicht van antropische inzichten en argumenten.
Drees, Willem. Voorbij de oerknal: Kwantum kosmologieën en God. La Salle, Ziek., 1990., Een zorgvuldig en vrij technisch overzicht van mogelijke verbanden tussen kwantum kosmologieën en theologie.
Hawking, Stephen. Een korte geschiedenis van de tijd: van de oerknal tot zwarte gaten. Londen, 1988. Beroemde expositie van de auteur bepaalde versie van kwantum kosmologie.
Leslie, John. Universum. Londen, 1989. Een beknopt en zorgvuldig verslag van wetenschappelijke en filosofische kwesties met betrekking tot het antropische principe.
Leslie, John, ed. Fysische kosmologie en filosofie. New York, 1990. Een handige verzameling herdrukt papier.
Miller, James, ed. Kosmische Vragen., New York, 2001. Een uitgebreide collectie van papers gegeven op een conferentie gesponsord door de American Association for the Advancement of Science.
Polkinghorne, John. Wetenschap en schepping: de zoektocht naar begrip. Londen, 1988. Een wetenschapper-theoloog kijkt naar het universum beschouwd als een schepping.
Polkinghorne, John, and Michael Welker, eds. Het einde van de wereld en het einde van God: wetenschap en theologie over eschatologie. Harrisburg, Pa., 2000. Een verzameling artikelen over eschatologische kwesties in het licht van de moderne wetenschap.
Rees, Martin., Voor het begin: ons universum en anderen. Londen, 1998. Leesbaar verslag van moderne kosmologische ideeën; ondersteuning van het idee van een multiversum.
Weinberg, Steven. De eerste drie minuten: een moderne kijk op de oorsprong van het universum. 2d ed. New York, 1988. Klassiek, matig technisch verslag van de vroege kosmologie van het universum.
Worthing, Mark. God, schepping en hedendaagse natuurkunde. Minneapolis, 1996. Schepping beschouwd in het licht van de moderne natuurkunde.
John Polkinghorne (2005)