Er zijn van die tijden dat de wetenschappelijk vastgestelde narigheid van alle kanten op je afkomt. Het aantal insecten neemt dramatisch af, de poolkappen smelten onverdroten verder, en nu blijkt ook het universum sneller te expanderen dan gedacht - met grote gevolgen ‘voor het lot van de mensheid’, aldus de Volkskrant (30-3-2019). Dat insectenpeil kunnen we vast wel weer opkrikken, tegen de opwarming van de aarde kun je altijd nog een Nationaal Energieplan optuigen, maar tegen de krachten van de oerknal valt weinig uit te richten, vrees ik. Je zou voor minder je krant ongeopend laten.
Bij nader inzien gaat het juist om een hoopvol bericht. De krachten die sinds de oerknal het heelal laten uitdijen, zo is al langer bekend, drijven de sterrenstelsels steeds verder uiteen. De kosmische expansie betekent dat ons een lot van kosmische eenzaamheid te wachten staat in de (heel verre) toekomst. Een kleine relativering is wel op zijn plaats: ook in ons eigen melkwegstelsel zijn we altijd nog omringd door een slordige 500 miljard sterren en wie weet hoeveel bijbehorende planeten. En we moeten natuurlijk de insectendaling en zeespiegelstijging eerst nog overleven.
Een analyse van onder meer Nobelprijswinnaar Adam Riess van metingen aan de Grote Magelhaense Wolk (een buursterrenstelsel), verricht door de Hubble-telescoop, toont vrijwel onomstotelijk aan dat de expansie sneller gaat dan de standaardtheorie voorschrijft. En als de standaardberekening niet klopt, wie zegt dan dat de expansie in de toekomst niet langzamer zal gaan, of zelfs tot stilstand komt? Een glimpje hoop dus op een happier end dan kosmologen ons hebben voorgespiegeld.
Grote Magelhaense Wolk (afbeelding Nasa)
Kosmisch doemdenken is niet nieuw in de wetenschap. Toen natuurkundigen eind negentiende eeuw de contouren van de thermodynamica schetsten, volgde de conclusie dat het heelal akelig aan zijn einde zou komen. In natuurkundige terminologie neemt in een gesloten systeem de entropie onontkoombaar toe, en raakt de energie zou steeds meer in onbruikbare vorm uitgesmeerd over het universum (het ultieme gesloten systeem - zover we weten). Een ijzige, levenloze kosmos was de dystopische eindbestemming.
Niet iedereen nam genoegen met de vaststelling dat het heelal zo koud als steen en zo dood als een pier zou eindigen. Met name de fysicus Robert Millikan, hoogleraar te Pasadena, en zo visionair, optimistisch en godvrezend als een Amerikaan maar kan zijn, meende dat de Schepper nooit zo naargeestig zou kunnen zijn dat hij het universum liet uitdoven onder de werking van de tweede hoofdwet van de thermodynamica. Hij stelde er een spectaculaire kosmologie tegenover die het universum er een stuk knusser op maakte. Groots en meeslepend was Millikans theorie, en groots en meeslepend zou ze ten onder gaan. Een elektrometer van een bescheiden Nederlandse fysicus, die nu in de collectie van Rijksmuseum Boerhaave huist, was hier mede debet aan.
De elektrometer behoorde toe aan Jacob Clay, hoogleraar aan de Technische Hogeschool van Bandung. Daar, op Java, verrichtte Clay onderzoek naar atmosferische verschijnselen. Tijdens de ellendig lange bootreizen tussen Nederland en de Indische archipel doodde hij de tijd met metingen naar de intensiteit van de kosmische straling, de energierijke straling die vanuit alle richtingen onze aardatmosfeer binnendringt. Tijdens de waarnemingen gebruikte Clay de bewuste elektrometer, waarvan de wijzerplaat iets opmerkelijks aangaf: de intensiteit van kosmische straling nam af naarmate hij dichter bij de evenaar was. Deze afname wees erop dat de kosmische stralen uit geladen deeltjes bestonden. Het aardmagnetisch veld leidt de geladen deeltjes per saldo meer naar de polen dan naar de evenaar. Elektromagnetische straling is hiervoor ongevoelig.
De elektrometer van Jacob Clay (inv nr. V11935)
Voor Millikan was het juist essentieel dat kosmische straling elektromagnetisch van aard was. Uit zijn eigen metingen wist hij er drie energieniveaus in te onderscheiden. Deze energieniveaus verraadde, zo speculeerde hij, de productie ergens in het heelal van helium-, silicium-, zuurstof- en stikstofatomen (de laatste twee brachten golven voort van een vergelijkbaar energieniveau). Met briljant gevoel voor pr noemde Millikan kosmische straling de ‘birth cries of atoms’. Hij sprak van een eeuwige kringloop in het universum van creatie en vernietiging van elementaire deeltjes. Tegenover de warmtedood van de thermodynamica (‘koudedood’ is eigenlijk beter) stelde Millikan zijn ‘cosmic optimism’. Het leidde tot krantenkoppen als ‘Millikan finds creation still goes on while creator directs the universe’.
Robert Millikan was een groot fysicus en daarnaast één van de grootste ritselaars uit de wetenschapsgeschiedenis. Die energieniveaus in kosmische straling kon hij achteraf nooit hebben gezien, en eigen waarnemingen die nota bene net als die van Clay een geografische breedtegraadafhankelijkheid van de stralingsintensiteit lieten zien negeerde hij voor het gemak.
In de jaren dertig - en inmiddels hoogleraar aan de Universiteit van Amsterdam - haalde Clay zijn metingen uit de vakantiesfeer, en organiseerde hij enkele expedities voor metingen aan kosmische straling. Deze verbleekten echter bij een ware armada van maar liefst negen expedities die Arthur Compton in deze tijd de wereldzeeën op stuurde. De resultaten van Compton, eveneens Amerikaan en liefhebber van het grote gebaar, bevestigden onomstotelijk Clays waarnemingen en duwden Millikans kosmische optimisme naar de mestvaalt van gesneuvelde kosmologieën. Clays werk raakte ondergesneeuwd onder het Amerikaanse geweld. Het historische belang van zijn waarnemingen was vooral dat ze de deeltjes-hypothese voor kosmische straling in leven hielden op het moment dat alles erop leek te wijzen dat deze elektromagnetisch van aard was. Het is te hopen voor Adam Riess dat hij geen Clay op zijn weg vindt.
Ad Maas
Oh ja, met de metingen van Clay was trouwens ook iets niet in de haak. Meer daarover is te lezen in het artikel 'Kroniek van een onvolkomen ontdekking' in De Gids van januari 2009 (46-69)
