Flickr

Ssst! Een zwaartekrachtgolf

Groot wetenschappelijk nieuws afgelopen week: een tweetal immense detectoren onder de naam LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) heeft voor het eerst direct zwaartekrachtgolven waargenomen. Een ware opluchting voor de natuurkunde, want na bijna een eeuw steggelen over of het wel fundamenteel mogelijk was om dit verschijnsel te zien, begon de tijd wel een beetje te dringen. Niet alleen is dit de zoveelste overwinning voor Einsteins algemene relativiteitstheorie, het belooft bovendien een deur te openen naar nieuwe manieren waarop we ons universum kunnen bestuderen. De natuurkundigen die door de media waren opgetrommeld om het nieuws te duiden deelden dit enthousiasme, maar waren helaas wat guitig met hun metaforen waardoor een verkeerd beeld ontstond.

De eerste voorspelling van zwaartekrachtgolven stamt uit 1916, een jaar na de publicatie van Einsteins algemene relativiteitstheorie. Deze theorie stelt dat massa leidt tot een kromming van de ruimte, wat bijvoorbeeld resulteert in een aantrekkende kracht tussen massa’s die we kennen als de zwaartekracht. Op basis van de relativiteitstheorie zijn een aantal eigenaardige voorspellingen te doen—bijvoorbeeld dat de tijd op het aardoppervlak langzamer loopt dan in een satelliet in een baan om de aarde. Opmerkelijk of niet, ze bleken allemaal te kloppen. Maar tot voor kort bleef tenminste één voorspelling hardnekkig onbevestigd: namelijk dat een massa die versnelt golven in de ruimtetijd creëert. Het penibele was bovendien dat de voorspelde grootte van deze golven zo klein was, dat zelfs Einstein twijfelde of het niet fundamenteel onmogelijk was ze waar te nemen.

Tot voor kort bleef één voorspelling hardnekkig onbevestigd

In 1984 was de kogel echter door de kerk: onder aanvoering van Kip Thorne (die ook bekendheid geniet vanwege zijn betrokkenheid bij de film Interstellar) werd besloten een detector te bouwen die het bestaan van zwaartekrachtgolven moest aantonen: LIGO was geboren. Het principe is verrassend eenvoudig: zwaartekrachtgolven werken in twee richtingen, afwisselend rekken ze in de ruimte in één richting uit of drukken ze haar ineen, en in de richting die daar loodrecht op staat gaat het precies andersom. In de LIGO-detector wordt een zeer nauwkeurige laser in twee loodrechte armen gesplitst, en na heen en weer gereflecteerd te zijn weer gecombineerd. Als één van de twee bundels er langer over doet dan de ander (bijvoorbeeld vanwege een passerende zwaartekrachtgolf) is dit te zien in de intensiteit van de gecombineerde bundels. Het geheel is gevoelig genoeg om op een lengte van twee kilometer lengteverschillen kleiner dan de grootte van een atoom te detecteren. Het hele LIGO-project bestaat uit twee identieke detectoren op 3000 km van elkaar; hierdoor is het mogelijk om omvallende vrachtwagens van zwaartekrachtsgolven te onderscheiden.

Het grote enthousiasme na de eerste detectie van zwaartekrachtgolven was gepast. Het opent immers de weg naar een geheel nieuwe manier om het heelal te bestuderen, en de ervaring leert dat dat gepaard gaat met spectaculaire vondsten. Zo hebben radiotelescopen (telescopen die straling van een veel langere golflengte dan het zichtbare spectrum detecteren) bijvoorbeeld tot de ontdekking van quasars geleid. De eerste meting van LIGO was wat dat betreft ook bijzonder: de betreffende zwaartekrachtgolf was namelijk afkomstig van de samensmelting van twee zwarte gaten. Het bestaan van dit soort gebeurtenissen werd vermoed, maar bevestigingen bleven vooralsnog uit.

In de media werd de ontdekking helaas een beetje opgeblazen en scheef neergezet. Zo kwam Govert Schilling in De Wereld Draait Door met de uitspraak dat het was alsof je jarenlang stokdoof door een jungle loopt en dan plotseling kunt horen. Na de jungle uitsluitend bestudeerd te hebben aan de hand van lichtstraling gaat er een nieuwe wereld aan verschijnselen voor je open. Jo van den Brand meldde aan Kennislink dat ‘[h]et is alsof we jarenlang naar een orkest hebben zitten kijken en het nu opeens kunnen horen.’ Deze laatste is extra ongelukkig omdat kijken naar een orkest zonder het te kunnen horen grenst aan het absurde. Schilling rechtvaardigt zijn metafoor door te zeggen dat we voorheen uitsluitend naar (elektromagnetische) straling uit het heelal konden kijken, en dat we er nu als het ware een zintuig bij hebben. Onze ogen kunnen echter ook geen radiogolven zien, dus radiotelescopen zouden volgens deze logica net zo goed revolutionair zijn geweest. Dit waren ze ook, maar daar ging iedereen nu aan voorbij.

In de media werd de ontdekking helaas een beetje opgeblazen en scheef neergezet

Het is opmerkelijk dat beiden het brengen alsof we er een zintuig bij hebben gekregen. Dat het twee keer de oren betreft die ontstopt worden, is verdacht, zeker na de LIGO-persconferentie van 11 februari. Daar werden de data namelijk niet alleen als plot getoond, maar werden ze bovendien als geluid afgespeeld omdat de frequentie van een zwaartekrachtgolf overeenkomt met het hoorbare spectrum. Het medium waar beide golven door reizen is echter compleet anders (ruimtetijd tegenover lucht), net als hun bronnen en gevolgen, en daardoor is deze ongebruikelijke manier om data te presenteren misleidend. Om het fragment wat langer te laten duren werd de frequentie bovendien verschoven, waardoor het extra gekunsteld was. Dat natuurkundigen het daarnaast consequent over bijvoorbeeld ‘the “sound” […] of two black holes’ hebben, helpt niet. Dit zou weinig uitmaken als het om een nicheonderwerp ging dat niet zo veel aandacht genoot, maar ik ben de eerste muzikant al tegengekomen die zei dat ze het zo gaaf vond dat we nu ook naar het heelal kunnen luisteren.

Een zwaartekrachtgolf veroorzaakt dus net zo veel geluid als dat een gloeilamp naar bloemetjes ruikt, maar door data van een meting van een zwaartekrachtgolf wat te manipuleren is er uiteraard een geluidssignaal van te maken. Dit kan echter met alles wat te meten en te plotten is, zoals bijvoorbeeld de terugtrekkende haarlijn van Mart Smeets (nogal monotoon de laatste jaren), dus wat dat betreft is het geen radicaal nieuwe manier van kijken.  Zwaartekrachtgolven bieden wel mogelijkheden om naar radicaal andere dingen te kijken, op een manier die vergelijkbaar is met de wijze waarop microscopen en metaaldetectoren het onzichtbare zichtbaar maken. Om zwaartekrachtgolven aan te prijzen als nieuwe zintuigen voert dus wat ver, maar dat het een spannende verlenging is van onze reeds bestaande zintuigen staat buiten kijf.

Ik ben de eerste muzikant al tegengekomen die zei dat ze het zo gaaf vond dat we nu ook naar het heelal kunnen luisteren

Richard Feynman omschreef de natuurkunde ooit als een ongelofelijk ingewikkeld schaakspel met vele stukken, waarvan slechts een deel zichtbaar is. Hij omschreef het als de taak van de natuurkundige om door middel van observaties de regels af te leiden. Zwaartekrachtgolven passen hier prachtig in als gereedschap om nieuwe soorten schaakstukken te ontdekken of zelfs een geheel nieuw deel van het bord te onthullen. Deze vorm van beeldspraak is misschien niet sappig genoeg voor de tafel van Matthijs van Nieuwkerk, maar doet des te meer recht aan de aard van de natuurkunde.

Gerelateerde artikelen
Reacties
Nog geen reacties.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Naar boven