Hoe groot is het waarneembare heelal?

Door Pierre Van Mechelen, 29. November 2008, 13:57

Ons heelal is zo'n 13,7 miljard jaar oud.  Maar hoe groot is het heelal precies?  Simpel toch, zou je denken: aangezien niets sneller kan dan het licht, is de grootst mogelijk afstand toch gelijk aan de lichtsnelheid vermenigvuldigd met 13,7 miljard jaar en dus 13,7 miljard lichtjaar?  Euh... nee.  Het ligt iets moeilijker.

Eerst even dit: als we het over het heelal hebben, bedoelen we meestal het waarneembare heelal.  Het kan immers best zijn dat er delen van het heelal zo ver van ons verwijderd zijn, dat licht binnen de levensduur van het heelal nog niet voldoende tijd heeft gehad om ons te bereiken.  In werkelijkheid kan het zijn dat het fysische heelal groter is dan het waarneembare heelal.  Het fysische heelal kan echter ook kleiner zijn; in dat geval zouden veraf gelegen sterrenstelsels copiën kunnen zijn van dichterbij gelegen stelsels waarvan het licht het heelal "via de andere kant" heeft rondgereisd en nu pas bij ons terecht komt.

Maar waarom ligt de grens van het waarneembare heelal dan niet op 13,7 miljard lichtjaar van ons?  Wel, het probleem is dat gedurende de tijd dat het licht naar ons toe kwam, het heelal verder is uitgedijd.  Dat betekent dat de vraag "Hoe groot is het heelal?" wat preciezer moet gesteld worden.  

Je zou bv. kunnen vragen:

"Hoe ver is een lichtbron waarvan het licht ons pas nu bereikt vandaag van ons verwijderd ?" 

Of je zou kunnen vragen

"Hoe ver was een lichtbron waarvan het licht ons pas nu bereikt van ons verwijderd op het moment dat het licht werd uitgezonden?"  

 Of je zou ook kunnen vragen

"Welke afstand heeft het licht afgelegd dat door een lichtbron werd uitgezonden waarvan het licht ons pas nu bereikt?".

Alleen op de laatste vraag is het antwoord 13,7 miljard lichtjaar.  Om op de eerste twee vragen te antwoorden moet je een kosmologisch model gebruiken dat de uitdijing van het heelal beschrijft.  Het zgn. Lambda-CDM model is tegenwoordig nogal populair.  Als je dit model volgt, dan kan je uitrekenen dat de afstand tussen de lichtbron en de aarde (of tenminste het materiaal waaruit de aarde later zou ontstaan) op het moment dat het licht werd uitgezonden slechts 36 miljoen lichtjaar bedroeg.  Omdat het heelal ondertussen verder is uitgedijd is de afstand tussen de lichtbron (of wat er van geworden is) en de aarde vandaag 46 miljard lichtjaar. Dit laatste getal wordt normaal gebruikt als de huidige straal van het waarneembare heelal.

Dit brengt ons schijnbaar meteen opnieuw in de problemen, want hoe kan een object bijna 46 miljard lichtjaar afleggen in slechts 13,7 miljard jaar?  Dan moet het toch sneller dan het licht bewegen?  Dit schijnt in tegenstrijd te zijn met de beperkte (of speciale) relativiteitstheorie.  

Het punt is dat de beperkte relativiteitstheorie enkel geldig is in een vlakke ruimte-tijd (de zgn. Minkowski-ruimte).  Het echte heelal heeft een gekromde ruimte-tijd en dat heeft als gevolg dat je enkel in onze onmiddellijke omgeving een (rechthoekig) Minkowski-referentiestelsel kan gebruiken om afstanden en tijdsduren te meten.  Voor kosmologische afstanden moet je de algemene relativiteitstheorie gebruiken.

Het beeld van een ballon met stippen die wordt opgeblazen kan helpen om dit beter te begrijpen.  Stel dat een mier over de ballon loopt.  Zelf loopt de mier nooit erg snel, maar als je na enige tijd de afstand meet die ze heeft afgelegd, is die veel groter dan je zuiver op basis van haar snelheid t.o.v. de ballon zou verwachten.  Lokaal, in een klein gebiedje rondom een stip, kan je een rechthoekig assenstelsel gebruiken, maar globaal niet.  In geen enkel lokaal referentiestelsel worden er snelheden groter dan het licht gemeten, maar omdat de ballon zelf echter opblaast, kan het zijn dat sommige stippen wel met een snelheid groter dan het licht van elkaar weg bewegen.

Zo gaat het ook in werkelijkheid. In hun lokaal Minkowski-referentiestelsel zijn veraf gelegen sterrenstelsels (bijna) in rust.   Ze gaan dus zeker niet sneller dan het licht en er is geen contradictie met de beperkte relativiteitstheorie. Maar omdat de ruimte zelf groter wordt, bewegen veraf gelegen sterrenstelsels wel met een snelheid groter dan het licht van ons weg.


Reacties

Voeg reactie toe
 authimage

Reacties

  1. Danny Bruggeman Hoe groot is het waarneembare heelal
    10.08.2009 | 13:22

    dank voor deze uitleg, hier zat ik al lang mee verveeld,maar de beeldspraak van de mier die over de ballon loopt verklaart alles !

  2. 30.03.2010 | 17:58

    dus hoe groot is het heelal nou?

  3. 09.11.2011 | 02:42

    k voor deze uitleg, hier zat ik al lang mee verveeld,maar de beeldspraak van de mier die over de ballon loopt verklaart alles !