Verandering: Einde der tijden

Blog datum:
Roterend zwart gat met schijf

De zon gaat bijna onder; de lucht kleurt dieprood. Carla, Man, Peter en Ferdinand zitten rond het kampvuur. Over een kwartier zal het avondmaal klaar zijn.

“Gisteravond hadden wij het over het ontstaan van ons heelal. Hoe zal de zon en onze aarde eindigen?”, zegt Ferdinand.

“In een boek over kosmologie heb ik gelezen dat de zon ongeveer 5 miljard jaren geleden is ontstaan uit een enorme waterstof nevel, die onder invloed van de onderlinge zwaartekracht van de deeltjes in de loop van een half miljard jaren is samengebald tot een kern. Door deze geconcentreerde grote hoeveelheid massa van de deeltjes is de druk en de temperatuur zo hoog opgelopen dat in de kern van de zon een voortdurende kernfusie is gaan plaatsvinden, waarbij Waterstofkernen worden omgezet in Heliumkernen. Dit proces van kernfusie in het binnenste van de zon blijft ongeveer 10 miljard jaren stabiel; de zon is nu op de helft van deze stabiele fase.

Tijdens de kernfusie in de zon wordt een klein deel van de massa van de waterstofkernen omgezet in straling, waarvan wij het licht en de warmtestraling vandaag op aarde zien en voelen. Door het zonnelicht en deze warmte is leven op aarde mogelijk; anders zou het aardoppervlak veel te koud zijn voor het leven van mensen en dieren.

Door het voortdurende verlies van massa tijdens de kernfusie, neemt de zwaartekracht in het binnenste van de zon steeds iets verder af, waardoor de kern van de zon langzaam gaat zwellen, omdat de druk door de kernfusie ongeveer gelijk blijft en de samen persing onder invloed van de zwaartekracht steeds verder afneemt.

Na 10 miljard jaren is de meeste Waterstof in de kern als brandstof verbruikt en daardoor zal deze manier van kernfusie gaan stoppen. In het binnenste van de zon neemt dan de stralingsdruk door de kernfusie af en de zwaartekracht zorgt ervoor dat de kern voor een groot deel instort waardoor de temperatuur in de kern enorm toeneemt. In de laag rond de kern is nog niet alle Waterstof verbruikt en de kernreactie gaat in de buitenste delen van de zon nog verder. Door de snelle instorting van de kern is de temperatuur in de lagen rond de kern veel hoger dan in de oorspronkelijke kern en deze buitenlagen zwellen enorm op – de diameter van de zon wordt wel 200 keer groter – en daarbij neemt de zonnestraling vele malen toe. Door het veel grotere oppervlak van de zon wordt het zonlicht rood van kleur: de zon wordt een rode reus [1]. De omvang van de zon wordt zo groot dat de planeten Mercurius en Venus worden opgeslokt; het rekenmodel is onzeker wat er met de Aarde zal gaan gebeuren, maar de zonnestraling is zo intens dat leven op aarde onmogelijk wordt.

Zon op weg naar rode reus

[2]

Deze enorme straling over een periode van 2,5 miljard jaren – na 10 miljard jaren – veroorzaakt een massaverlies van een zeer aanmerkelijk deel van de buitenste lagen. Na 2,5 miljard jaren zal de kern verder krimpen – de diameter van de zon krimpt in deze periode van 200 keer groter naar 100 keer kleiner dan de hedendaagse diameter – en de temperatuur in de kern neemt zodanig toe dat de zon zeer fel gaat schijnen: de zon is veranderd in een witte dwerg [3] die zo’n 10 miljard jaren zal blijven bestaan. Hierna zal de zon waarschijnlijk gaan afkoelen en uitdoven en de zon verandert in een zwarte dwerg [4]”, zegt Peter.

“Dit voorspelt een gewelddadig en verzengend einde van ons aardse leven. Wij moeten eerst nog zien of ons aardse leven meer dan 5 miljard jaren kan blijven bestaan, voordat de zon zal gaan veranderen in een rode reus. Ik verwacht dat ons leven in deze 5 miljard jaren eerst nog een aantal andere grote bedreigingen zal tegenkomen, zoals inslagen van grote meteorieten die waarschijnlijk de aanzet zijn geweest voor het uitsterven de dinosaurussen [5] of de mensheid veroorzaakt een kernoorlog op wereldschaal die ons bestaan in menselijke vorm vernietigt”, zegt Ferdinand.

“Het is ook goed mogelijk dat de aarde in deze 5 miljard jaren door de zwaartekracht van een groot passerend hemellichaam uit haar baan om de zon wordt getrokken. Als dit gebeurt dan zal de aarde in de lege ruimte afkoelen tot bijna het absolute nulpunt”, zegt Carla.

“Peter, jouw beschrijving van het einde van ons zonnestelsel doet mij denken aan het einde der tijden in het boeddhistisch vraagstuk “Aeonic Fire” of “Eeuwig/Oneindig Vuur”:

“Wanneer aan het einde der tijden een vuur woedt waarin het gehele universum wordt vernietigd, wordt dit dan ook vernietigd?”
Een leraar antwoordde: “Vernietigd, want dit gaat met alles ten onder”.
Een andere leraar antwoordde: “Niet vernietigd”
“Waarom wordt dit niet vernietigd?”
De andere leraar antwoordde: “Omdat dit hetzelfde is als ons universum”.
[6]

Carla, jij hebt gisteren uitgelegd dat ons universum vanuit één punt volledig gelijkmatig is uitgedijd met in het begin kleine kwantummechanische onregelmatigheden die later door samenballing van materie tot planeten en sterren hebben geleid. Hierdoor bevindt het middelpunt van ons heelal zich overal en nergens; of anders gezegd, iedere plaats is het middelpunt van ons heelal.

Wanneer alles verandert, verandert het middelpunt van ons heelal dan ook? En verandert – verdwijnt – aan het einder der tijden het middelpunt van ons heelal ? Wat denken jullie?”, vraagt Man.

“Een heel goede vraag met een belangrijke kern. Ik denk dat ons avondmaal klaar is. Zullen wij eerst gaan eten voordat ik mijn licht laat schijnen op deze vraag?”, zegt Carla.

“Jij hebt gelijk: ons avondmaal is belangrijker dan de vragen over het ontstaan en de ondergang van ons universum [7]. Laat ons genieten van het eten dat is bereid door onze kok”, zegt Man.

Carla, Ferdinand, Peter en Man gaan naar de medereizigers voor hun avondeten. Na de maaltijd helpen zij bij de afwas en het opruimen van de eetplaats; en zij maken koffie voor de hele groep. Daarna gaan zij met verse koffie bij het nog smeulende kampvuur zitten dat door Peter weer opnieuw wordt opgestookt.

“Welke belangrijke kern zag jij in mijn vraag over het veranderen van middelpunt?”, vraagt Man aan Carla.

“Voordat ik hierop wil ingaan, lijkt het mij goed oom eerst het levenseinde van de verschillende soorten sterren te belicht.

Op hoofdlijnen wordt de manier waarop een ster uitdooft, bepaald door de massa – of de energie – van de ster. Sterren met een massa tot 1,4 keer de massa van de zon [8], zullen aan het einde van hun leven net als de zon op eenzelfde manier opzwellen als rode reus, inkrimpen als een witte dwergster en vervolgens uitdoven als een zwarte dwerg, omdat 1,4 keer de massa van de zon het maximum is waarbij witte dwergsterren stabiel zijn.

Sterren met een grotere massa dan deze kritische massa kunnen – afhankelijk van hun massa en samenstelling – verschillende wegen bewandelen op weg naar hun einde als ster. Ik noem alleen een drietal van deze verschillende wegen:

  1. Sterren met een massa rond de kritische massa van 1,4 keer de massa van de zon zullen tegen het einde van hun stabiele bestaan zeer snel imploderen waarbij in de kern door kernfusie zoveel druk en energie optreedt, dat de samenballende zwaartekracht volledig wordt overwonnen: de beginnende witte dwerg zal volledig exploderen en aan de sterrenhemel te zien zijn als een supernova [9];
  2. Sterren met een massa van meer dan 8 keer de massa van de zon kunnen – na een enorme explosie tijdens hun korte leven als supernova waarbij het grootste deel van de kernmassa de ruimte in wordt weggeblazen – eindigen als neutronensterren met een massa van tussen 1,4 en 3 keer de massa van de zon en een diameter van ongeveer 10 kilometer [10]. De massadichtheid van deze neutronensterren is zeer groot en bestaat geheel uit neutronen, doordat de protonen in de kern versmelten met de elektronen: de kern lijkt op één gigantische atoomkern van neutronen die wordt bijeengehouden door de zwaartekracht. Er kan nog wel degelijk straling in de vorm van neutronen en radiogolven aan de zwaartekracht ontsnappen. Door de straling van neutronen met hoge energie, koelt een neutronenster binnen enkele jaren af van 10¹² K naar 106 K. De elektromagnetische straling wordt meestal waargenomen als pulserende radiogolven door het sterk magnetisch veld terwijl de neutronenster snel om haar as draait: dit type neutronenster wordt pulsar genoemd. Een standaardwerk over Kosmologie zegt vrij vertaald over deze pulserende neutronensterren: “De ster is dood! Lang leve de ster! Uit de as van de oorspronkelijke ster is een pulserende neutronenster ontstaan die haar straling uitzendt tot aan het einder van ons heelal; totdat na een miljoen jaren haar rotatie energie opraakt”.[11]
  3. Sterren met een massa van ongeveer meer dan 15 tot 20 keer de massa van de zon kunnen – na een enorme explosie tijdens hun korte periode als supernova – eindigen als een zogenaamd zwart gat wanneer hun restmassa na de explosie meer dan 3 tot 4 keer de massa van de zon [12] bedraagt. De zwaartekracht van deze restmassa is zo groot dat de kern verder wordt samengebald tot een zwart gat waaruit niets – dus ook geen straling en geen licht – kan ontsnappen. Rond het zwarte gat is een denkbeeldig oppervlak dat de waarnemingshorizon wordt genoemd. Vlak buiten deze waarnemingshorizon kan licht nog net aan de zwaartekracht van het zwarte gat ontsnappen; voorbij deze horizon wordt alles – dus ook licht – onherroepelijk in het zwarte gat gezogen. Zwarte gaten zijn er in verschillende maten en soorten die afhankelijk is van de massa van de kern van het zwarte gat en de diameter van de kern. De dimensies variëren van minder dan een millimeter tot 1000 km doorsnede en van 10 keer tot 10? keer de massa van de zon [13]. Er zijn ook snel roterende zwarte gaten met een platte schijf van gas/materie buiten de waarnemingshorizon. Deze roterende schijf kan materie en plasma loodrecht uit de schijf de ruimte in slingeren. Het binnenste van de schijf – uiteraard buiten de waarnemingshorizon – kan zo heet zijn dat de helderheid 100 tot 1000 keer groter is dan alle sterren in de nabijheid en bovendien kan het binnenste van de schijf – ook weer buiten de waarnemingshorizon van het zwarte gat – röntgenstraling uitzenden [14].

Roterend zwart gat met schijf

[15]

Dit is een kleine rondgang over het kerkhof van de sterren binnen ons heelal als opmaat naar een beschouwing van jouw vraag over het veranderen – en het mogelijke einde – van middelpunt van ons heelal.
Zullen wij eerst  een biertje pakken voordat ik hiermee begin?”, zegt Carla.

“Met jouw rondgang over de begraafplaats van sterren, begin ik een eerste indruk te krijgen van de uitspraak van een natuurkundige: “Het lege firmament de zetel is van de meest gewelddadige natuurkunde” [16]”, zegt Ferdinand.

Peter gaat vier pilsjes halen en hij geeft de flesjes aan Carla, Ferdinand en Man. Zij drinken een paar slokken.

“Hoe kunnen wij zwarte gaten waarnemen wanneer deze gaten geen informatie over hun bestaan kunnen uitzenden?”, vraagt Man aan Carla.

“Tegen het einde van de achttiende eeuw werd al gespeculeerd over het bestaan van een groot aantal zwarte sterren – of zwarte gaten – binnen ons heelal [17] en in 1915 werd door de astrofysicus Karl Schwarzschild aan de hand van de algemene relativiteitstheorie van Einstein de randvoorwaarden voor niet draaiende zwarte gaten voorspeld: zijn berekeningen voorspelden de mogelijkheid van een zwaartekrachtveld ten gevolge van een puntmassa met een waarnemingshorizon. Maar Albert Einstein en Arthur Eddington – de gerenommeerde experts op het gebied van algemene relativiteit en zwaartekracht gedurende de jaren 20 en 30 – vonden intuïtief zwarte gaten niet passen binnen hun theoretische denkkaders [18].

De Indiase astrofysicus Subrahmanyan Chandrasekhar [19] heeft de maximale stabiele massa van witte dwergen als 19-jarige jonge man op zijn bootreis naar Engeland – om daar zijn studie en loopbaan te gaan vervolgen – uitgerekend [20]. In Engeland had niemand interesse in zijn berekeningen, of zijn berekeningen werden niet geaccepteerd en daarbij was Arthur Eddington een opponent van formaat, die in 1935 zijn – achteraf onjuiste – zienswijze presenteerde, opdat sterren met een aanmerkelijk grotere massa dan de zon het noodlot van een einde als zwart gat bespaard bleef. Tot ver na 1960 bleef de zienswijze van Arthur Eddington gangbaar in de sterrenkundige wereld. Subrahmanyan Chandrasekhar zag zich gedwongen om zijn aandacht op andere terreinen te richten [21].

In 1939 voorspelden Robert Oppenheimer [22] en anderen aan de hand van de zogenaamde “Tolman–Oppenheimer–Volkoff–limiet” dat neutronensterren met meer dan 3 keer de massa van de zon zouden kunnen samenballen tot zwarte gaten. De Tweede Wereldoorlog en de kernwapenwetloop zorgde voor een intermezzo in de theorievorming over het levenseinde van sterren. Met de ontwikkeling van kernbommen waren de natuurkundigen bezig met de dreigingen voor het levenseinde van vijanden van de staat.

In de jaren 50 kwam de theorievorming over de levensloop sterren weer op gang; in 1967 werd de naam Zwart Gat in de kring rond de natuurkundige John Archibald Wheeler [23] geïntroduceerd en vervolgens algemeen geaccepteerd. In 1964 werd Cygnus X-1 [24] voor het eerst waargenomen en het is een van de sterkst stralende bronnen van röntgenstraling die te zien is vanaf de aarde. Rond 1971 werd vermoed dat de kern van Cygnus X-1 een zwart gat bevat en in 1990 is dit indirecte bewijs van het bestaan van een zwart gat algemeen geaccepteerd [25].

Cygnus X-1

[26]

In 1975 publiceerde de Engelse natuurkundige Stephen Hawking [27] berekeningen waaruit zou blijken dat zwarte gaten straling uitzenden met een temperatuur net boven het absolute nulpunt. Door deze straling verliest het zwarte gat energie en wordt dus lichter van gewicht wanneer er meer materie verdampt dan er nieuwe materie – buiten de waarnemingshorizon – het zwarte gat wordt ingetrokken. Theoretisch zou het zwarte gat door deze straling volledig kunnen verdampen, maar gedurende de gehele leeftijd van het heelal zal op deze manier slechts een zeer kleine hoeveelheid energie uit het zwarte gat weglekken [28]. Deze “Hawking straling” wordt veroorzaakt doordat aan de absolute buitenste grens van de waarnemingshorizon door het kwantummechanische onzekerheidsbeginsel materie/energie binnen de grens net buiten de grens komt te vallen. Deze materie/energie net buiten de grens straalt met een temperatuur net boven het absolute nulpunt.

Zwart gat waarin melkwegstelsel verdwijnt

[29]

In 1981 ontstond er een debat tussen Stephen Hawking aan de ene zijde en Gerard ’t Hooft en Leonard Susskind aan de andere zijde over de vraag of de informatie die in een zwart gat verdwijnt, voor altijd verloren gaat [30]. Gerard ’t Hooft [31] en Leonard Susskind [32] waren van mening dat informatie niet verloren gaat in een zwart gat. Eén reden waarom beiden het met Stephen Hawking oneens zijn, is dat door het verloren gaan van informatie in ons heelal – dat met het gelijkmatig uitdijen na de grote knal moet worden gezien als een gesloten systeem – de entropie [33] afneemt: dit is een grove schending van de tweede wet van de Thermodynamica die stelt dat de entropie [34] van een gesloten systeem alleen maar kan toenemen [35].

Ik zal dit beginsel van toename van entropie eenvoudig uitleggen: vers geklopte slagroom is bijna geheel uniform, heeft een lage entropie en bevat weinig informatie, want de slagroom is overal gelijk en kan eigenlijk maar op één manier geordend worden. Na verloop van tijd gaat de homogeniteit van slagroom steeds verder verloren en op een bepaald moment schift slagroom: de wijze waarop slagroom na schifting geordend kan worden, neemt steeds meer toe en daarmee neemt de entropie ook steeds verder toe. Of heel vrij weergegeven: orde verandert in chaos en een schone kamer verandert na verloop van tijd in een stoffige vuile kamer. En binnen ons heelal: in het begin was de entropie zeer laag, want alles was nagenoeg homogeen en alles kon maar uiterst beperkt geordend worden. In de loop der tijd ontstonden deeltjes, clusters van gaswolken, melkwegstelsels met sterren en zonnestelsels; en enige tijd kwamen er kerkhoven van sterren en zonnestelsel bij: kortom de entropie neemt steeds verder toe.

Voor deze drie natuurkundigen was dit verschil van inzicht van een fundamenteel belang, vergelijkbaar met de fundamenteel verschillen van inzicht over het hiernamaals binnen het Christelijk geloof voor, tijdens en na de Reformatie [36].

Het verlies van alle informatie bij het passeren van de waarnemingshorizon van een zwart gat houdt voor Gerard ’t Hooft en Leonard Susskind in, dat alle energie die gemoeid is met deze informatie ook verloren zou moeten gaan. Of anders gezegd: alle energie – lees: E = mc² – verbonden met de massa van deze informatie gaat bij het passeren van de waarnemingshorizon volledig verloren. Dit is niet toegestaan op basis van de natuurkundige wet van behoud van energie [37]. Wanneer alle informatie verloren zou gaan, dan zou – op basis van de wet van behoud van energie – alle energie van deze informatie/massa bij het passeren van de waarnemingshorizon volledig moeten annihileren [38]. Dergelijke enorme energie pulsen/straling – of restanten ervan – door het volledig annihileren van informatie/massa zijn bij zwarte gaten binnen ons heelal tot op heden nog niet waargenomen. Volgens Gerard ’t Hooft en Leonard Susskind gaat deze informatie niet verloren aan de waarnemingshorizon en/of binnen een zwart gat. Ik denk dat deze informatie alleen verloren kan gaan als ons heelal geen gesloten systeem is: deze energie zou dan naar andere dimensies – dus een ander universum – moeten weglekken [39]. Tot op heden is binnen ons heelal geen toename van energie vanuit een ander universum waargenomen.

Stephen Hawking is van mening dat de zwaartekracht van een zwart gat zo groot is dat er niets – geen licht, geen straling, geen massa – uit de waarnemingshorizon kan ontsnappen. De zwaartekracht binnen een zwart gat is zo groot dat alle materie volledig in de kern is samengeperst in de kleinst mogelijke ordening en vorm: een niet roterend zwart gat zal de vorm van een volledig samengeperste bol of punt aannemen. Hierdoor is de kern volledig homogeen geordend en de kern heeft een lage entropie waarin de oorspronkelijk informatie volledig verdwijnt: dus volgens Stephen Hawking gaat de informatie van materie die in het zwarte gat terechtkomt, voorgoed verloren.

In de loop van de vele discussies over dit verschil van inzicht, heeft Leonard Susskind (mede op basis van werk van Gerard van ’t Hooft) het idee uitgewerkt – en met behulp van de snaartheorie [40] aangetoond – dat de informatie van de verdwijnende materie als een hologram [41] aan de waarnemingshorizon van het zwarte gat achterblijft.

Ik zal dit idee van een hologram van informatie aan de waarnemingshorizon van een zwart gat eenvoudig proberen te vertellen. Volgens de algemene relativiteitstheorie verloopt de tijd in de nabijheid van een zeer zware massa – bijvoorbeeld aan het oppervlak van een uiterst zware planeet – trager dan in de vrije ruimte [42]. Of nauwkeuriger gezegd: een waarnemer die op een vaste afstand van een planeet in de vrije ruimte zweeft, ziet de klok die op een zware planeet staat, trager tikken dan zijn eigen klok. Grote zwarte gaten bevatten ontstellend veel meer massa dan een zware planeet. De volledig samengebalde massa van een groot zwart gat veroorzaakt dat een – in op enige afstand in de vrije ruimte – zwevende waarnemer, de veranderingen en bewegingen van een tweede waarnemer die de waarnemingshorizon van een – niet roterend – zwart gat nadert, volledig tot stilstand ziet komen. De in de vrije ruimte zwevende waarnemer ziet de tijd van de tweede waarnemer bijna tot stilstand komen; op het moment dat de tweede waarnemer door de waarnemingshorizon van het zwarte gat gaat, zal de zwevende waarnemer de tweede waarnemer niet meer zien veranderen: deze tweede waarnemer blijft voor altijd aan de waarnemingshorizon zichtbaar [43]. Voor de zwevende waarnemer in de vrije ruimte staat de tijd aan de waarnemingshorizon van het grote zwarte gat voor altijd stil. De informatie van de massa die in een zwart gat valt blijft dus volgens Gerard ’t Hooft en Leonard Susskind voor altijd aanwezig aan de waarnemingshorizon.  

Dit verschil van inzicht is beëindigd met de publicatie van Stephen Hawking in juli 2004, waarin hij vermeldt dat de informatie die is verdwenen in een zwart gat, tezamen met het verdampen van de massa/energie weer uit het zwarte gat tevoorschijn zal komen.

Nadat ik de uitkomsten van het verschil van inzicht had gelezen, betwijfel ik of beide standpunten fundamenteel nader tot elkaar zijn gekomen. Daarnaast heb ik mijn twijfels bij de twee modelleringen. Ik kom hierop een andere keer terug, Peter. Misschien wanneer ik jouw vraag over kwantummechanica belicht”, zegt Carla.

“Aan het begin van jouw inleiding begreep ik niet goed waarom jij eerst het levenseinde van de verschillende soorten sterren nader hebt belicht, om daarna het vraagstuk van behoud van informatie/energie van materie/energie aan de orde te stellen bij het passeren van de waarnemingsgrens van zwarte gaten.

Ook tijdens jouw toelichting op de zoektocht naar antwoorden voor dit vraagstuk, krijg ik weer de indruk dat de mensheid voor haar wetenschap en levensbeschouwing slechts kan beschikken over beperkt aantal mythen voor duiding van ons bestaan in brede zin.

Nu mijn levenseinde nadert, bereid ik mij voor op het passeren van de waarnemingsgrens tussen mijn leven op aarde en een leven na de dood. De mensheid heeft voor het geven van duiding aan deze onherroepelijke verandering een beperkt aantal mythen ontwikkeld. De verschillende wereldreligies maken gebruik van deze mythen en zij hebben deze religieuze ideeën ieder op een andere wijze geordend, maar de oorspronkelijk ideeën vertonen grote gelijkenissen [44].

Daarbij herken ik twee ideeën zeer duidelijk. Na het overlijden van mijn tante heb ik zorg mogen en moeten dragen voor het afhandelen van haar erfenis of – in beeldspraak – een hologram van mijn tante bij de waarnemingsgrens tussen leven en dood. In haar erfenis herkende ik haar volkomen zoals zij was in mijn recente herinnering. Vele jaren later bekeek ik foto’s van haar opnieuw; mijn wereld was veranderd en zij bleef op de foto’s onveranderd: zij stond stil in de tijd.

Laten wij verder gaan met onze beschouwing van het heelal. Carla, wat gebeurt er volgens de theoretisch natuurkunde met een waarnemer bij het passeren van de waarnemingsgrens van een zwart gat?”, zegt Man.

“Dat is een interessante vraag waarop wij waarschijnlijk het antwoord nooit met zekerheid kunnen krijgen, omdat een waarnemer binnen de kern van een zwart gat ophoudt te bestaan: de waarnemer gaat dan volledig met de kern.  
Laat ik bij mijn bespiegeling uitgaan van het eenvoudigste model [45]:

  • Allereerst gaat dit model uit van een niet-roterend zwart gat, omdat een roterend zwart gat door zijn kleine diameter bijna met de snelheid van het licht ronddraait; hierdoor is de laag net buiten de waarnemingsgrens zeer heet door wrijving [46].
  • Daarnaast gaat de waarnemer loodrecht met de voeten vooruit naar de waarnemershorizon van het zwarte gat, omdat anders de waarnemer waarschijnlijk steeds sneller rond het zwarte gat gaat tollen [47].
  • Laten wij uitgaan van een zeer groot zwart gat met een waarnemingshorizon op een aantal kilometers van de kern, want hierdoor is de overlevingstijd van de waarnemer maximaal [48].  

Op het moment dat een waarnemer door de waarnemingshorizon van een zwart gat valt, ontstaat er een tweedeling tussen binnen en buiten de waarnemingshorizon. Net als in ons dagelijks leven hebben verschillende waarnemers een verschillend en een gefragmenteerd zicht op ons universum [49].

Net heb ik al verteld dat een waarnemer die zich op een veilige afstand van het zwarte gat bevindt, de tweede waarnemer die de waarnemingshorizon gaat naderen,  steeds verder ziet verstillen. Door de enorme zwaartekracht van het zwarte gat vertraagt ziet de waarnemer op afstand de tweede waarnemer bij het passeren van de waarnemingshorizon tot stilstand komen in de tijd. Na het passeren van deze horizon blijft het beeld van de passant aan de waarnemershorizon staan, omdat de tijd er stilstaat. Ruimte, tijd en ruimtetijd kunnen door de waarnemer op veilige afstand niet meer worden waargenomen voorbij deze waarnemingshorizon [50]. Wiskundig gaan oneindig en nul elkaar op de horizon naderen in een singulariteit [51]. Na verloop van tijd vervaagt buiten de waarnemingsgrens het beeld van de waarnemer die deze grens is gepasseerd zeer traag, onder meer onder invloed van nieuwe materie die het zwarte gat nadert en omcirkelt.

De waarnemer die door de waarnemingshorizon gaat, zal bij het naderen van de horizon niets merken van de vertraging in de tijd, omdat alles in zijn haar/hem omgeving even veel vertraagt. Iedere seconde wordt door haar/hem op dezelfde wijze beleeft als eerder op een veilige afstand. Ook zal zij/hij niets bijzonders ervaren bij het passeren van de waarnemingshorizon, want het leven gaat gewoon verder. Zij/hij is nog te ver van de singulariteit van het zwarte gat verwijderd om deze invloed te merken. In haar/zijn tijdsbeleving zal zij/hij nog ongeveer 20 uur gewoon verder leven, maar steeds sneller komt de kern van het zwarte gat naderbij. De laatste seconde voor haar/zijn uiteindelijke dood, wordt het lichaam van de waarnemer door de enorme – bijna puntmassa – van het zwarte gat in de lengte uitgerekt en in de lengterichtlijn samengedrukt; in de laatste honderdsten van seconden overlijdt de waarnemer om daarna volkomen op te gaan in de massa en singulariteit van het zwarte gat.

Ruimtevaarder in de buurt van de kern van een zwart gat
 
[52]

Dan houdt voor haar/hem de ruimte, tijd en ruimtetijd – net als voor de kern van het zwarte gat – op te bestaan [53]: de dimensies van ruimtetijd zijn in een zwart gat weer tot een punt gereduceerd of opgerold net als in ons universum voor de oerknal.

Dit is in mijn ogen een zeer snelle en vredige dood”, zegt Carla.

“Zeker een snelle dood, maar de laatste 20 uur zijn eenzaam”, zegt Man.

“Ik denk dat tegelijkertijd met haar/hem meer materie in het zwarte gat zal verdwijnen. Het zal niet veel materie zijn, omdat het lastig is om van afstand rechtstreeks naar een Zwart gat te reizen. De meeste materie in de richting van het zwarte gat zal een minieme afwijking hebben, waardoor de reis in de ruimte in een afwijkende richting wordt vervolgd. Bij een uiterst minieme afwijking heeft de materie een grote kans om in een baan rond het zwarte gat te cirkelen. Bij een precies juiste koers en zonder afwijkingen in de koers onderweg, zal materie precies naar de waarnemingsgrens van een zwarte gat reizen”, zegt Carla.

“Kan er ook materie en straling uit het zwarte gat tevoorschijn komen?”, vraagt Ferdinand.

“Ik denk dat er zwarte gaten in maten en soorten zijn, net zoals er ook sterren in maten en soorten zijn. Laat ik uitgaan van een zwart gat dat zo compact is dat er geen beweging, geen kernfusie en geen warmteontwikkeling in de kern meer mogelijk is.

Toch verwacht ik dat dit zeer compacte zwarte gat zal stralen als zwart lichaam. De energie van straling is evenredig met de frequentie van de straling [54]. Omdat alle massa – en dus alle energie via E = mc² – het zwarte gat in wordt gezogen, zal het zwarte gat als zwart lichaam met een uiterst lage oppervlaktetemperatuur stralen. Deze straling heeft een heel lage frequentie;  waarschijnlijk zal maar weinig van deze straling de waarnemingshorizon bereiken. Via kwantummechanische mechanismen zal een klein deel van deze straling/massa buiten de waarnemingshorizon komen, maar deze straling zal zeer weinig informatie bevatten”, zegt Carla.

“Is het mogelijk dat ons universum in een zwart gat zal verdwijnen?”, vraagt Peter.

“Ik weet het niet; ik denk het niet. Het is al laat. Zullen wij een andere keer verder gaan”, zegt Carla.

 
 
[1] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Red_giant

[2] Bron afbeelding: https://en.wikipedia.org/wiki/Red_giant

[3] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/White_dwarf

[4] Bronnen voor deze bijdrage van Peter:

  • Harrison, Edward, Cosmology – The Science of the Universe (2nd Edition). Cambridge: Cambridge University Press: 2013, p. 100 – 104,
  • Thorne, Kip S., Black Holes & Time Warps – Einstein’s outrageous legacy. New York: W.W. Norton & Company: 1994, p. 164 – 178,
  • https://nl.wikipedia.org/wiki/Zon

[5] Zie ook:

[6] Vrije weergave van de koan Dasui’s “Aeonic Fire” in: Cleary, Thomas, Book of Serenity – One Hundred Zen Dialogues. Bosten: Shambhala, 1998 p. 131 – 136

[7] Zie ook: het Boeddhistisch vraagstuk “Yunmen’s Sesambroodje” in Yamada Kôun Roshi, Hekiganroku, Die Niederschrift vom blauen Fels. München: Kösel-Verlag, 2002, p. 236 - 243

[8] Dit is de zgn. “Chandrasekhar limiet”, vernoemd naar de Indiase astrofysicus Subrahmanyan Chandrasekhar. Zijn voornaam is via Sanskriet herleidbaar naar: “Geboorte/Oorsprong uit de goede Brahman) en zijn tweede naam naar: “Top/Kroon of Mooiste Deel van de Maan”. In het Boeddhisme wordt de “maan” wel als metafoor voor het “geloof” of het “Alomvattende Een” gebruikt.

Bronnen:

 [9] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Supernova

Opmerking: een supernova kan ook op een andere manieren ontstaan, bijvoorbeeld uit een witte dwerg in de buurt van een rode reus, waarbij de witte dwerg explodeert en de rode reus uit zijn baan rond de witte dwerg verdwijnt, omdat de zwaartekracht van de witte dwerg zich met de explosie over een enorm ruimte heeft verspreid.

[10] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_star

[11] Bron: Harrison, Edward, Cosmology – The Science of the Universe (2nd Edition). Cambridge: Cambridge University Press: 2013, p. 105

[12] Dit is de zogenaamde “Tolman–Oppenheimer–Volkoff limiet”. Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Tolman%E2%80%93Oppenheimer%E2%80%93Volkoff_limit

[13] Bronnen:

  • https://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole
  • Harrison, Edward, Cosmology – The Science of the Universe (2nd Edition). Cambridge: Cambridge University Press: 2013, p. 246 – 269
  • Thorne, Kip S., Black Holes & Time Warps – Einstein’s outrageous legacy. New York: W.W. Norton & Company: 1994, p. 209 – 258

[14] Bron: Thorne, Kip S., Black Holes & Time Warps – Einstein’s outrageous legacy. New York: W.W. Norton & Company: 1994, p. 351

[15] Impressie van een roterend zwart gat – de waarnemingshorizon is weergegeven als een zwarte bol – met een schijf van gas/materie die rond het zwarte gat wervelt en een wervelstroom loodrecht op de schijf door bijvoorbeeld: a) hete gassen door hitte ten gevolgde van frictie in de binnenring van de draaiende schijf of b) magnetische lijnen ten gevolge van de draaiende schijf die plasma uit de schijf buiten de waarnemingshorizon omhoog laat wervelen.

Bronnen:

Bron afbeelding: https://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole

[16] Vrije weergave van een uitspraak die wordt toegewezen aan John Archibald Wheeler; zie: John Harrison, M.  Empty Space – A Haunting. London: Gollancz, 2012, p. 2

[17] Bron: Thorne, Kip S., Black Holes & Time Warps – Einstein’s outrageous legacy. New York: W.W. Norton & Company: 1994, p. 123

[18] Bron: Thorne, Kip S., Black Holes & Time Warps – Einstein’s outrageous legacy. New York: W.W. Norton & Company: 1994, p. 124 – 134

[19] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Subrahmanyan_Chandrasekhar

[20] Bron: https://en.wikipedia.org/wiki/Chandrasekhar_limit

[21] Bron: Thorne, Kip S., Black Holes & Time Warps – Einstein’s outrageous legacy. New York: W.W. Norton & Company: 1994, p. 140 – 163

[22] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/J._Robert_Oppenheimer

[23] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/John_Archibald_Wheeler

[24] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Cygnus_X-1

[25] Bron: Thorne, Kip S., Black Holes & Time Warps – Einstein’s outrageous legacy. New York: W.W. Norton & Company: 1994, p. 314 – 321. Opmerking: In 1990 heeft de Stephen Hawking zijn ongelijk erkend in zijn weddenschap met Kip Thorne.

[26] Opname van röntgenstraling van Cygnus X-1. Bron afbeelding: https://en.wikipedia.org/wiki/Cygnus_X-1

[27] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Stephen_Hawking

[28] Bron: https://en.wikipedia.org/wiki/Hawking_radiation

[29] Simulatie van een zwart gat waarin een melkwegstelsel verdwijnt. De zwaartekracht heeft het effect van een lens die sterk vertekent.

Bron afbeelding: https://en.wikipedia.org/wiki/Hawking_radiation

[30] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole_information_paradox

[31] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Gerard_%27t_Hooft

[32] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Leonard_Susskind

[33] Zie ook:

[34] Entropie is ook een maat voor het aantal mogelijke manieren van ordening van informatie binnen een bepaalde context. Zie ook: Susskind, Leonard, The Black Hole War: My Battle with Stephen Hawking to Make the World Safe for Quantum Mechanics. New York: Little, Brown and Company, 2008  p. 131

[35] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Entropy

[36] Zie ook: Origo, Jan van, Wie ben jij – een verkenning van ons bestaan – deel 2.2 – Intensiteiten en Associaties. Amsterdam: Omnia – Amsterdam Uitgeverij,  2014, p. 100

[37] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Conservation_of_energy

[38] Zie ook: Susskind, Leonard, The Black Hole War: My Battle with Stephen Hawking to Make the World Safe for Quantum Mechanics. New York: Little, Brown and Company, 2008  p. 184

[39] Zie ook: Susskind, Leonard, The Black Hole War: My Battle with Stephen Hawking to Make the World Safe for Quantum Mechanics. New York: Little, Brown and Company, 2008  p. 191

[40] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/String_theory

[41] Zie ook: Susskind, Leonard, The Black Hole War: My Battle with Stephen Hawking to Make the World Safe for Quantum Mechanics. New York: Little, Brown and Company, 2008  p. 290 – 308; en https://en.wikipedia.org/wiki/Holographic_principle

[42] Zie ook:

[43] Uiteraard zal het beeld van de tweede waarnemer aan de waarnemingshorizon voor de in de vrije ruimte zwevende waarnemer veranderen, maar deze verandering vervloeien uiterst traag doordat de tijd (bijna) stilstaat.

[44] Zie bijvoorbeeld: Eliade, Mircea, A History of Religious Ideas, Volume 1,2,3. Chicago: The University of Chicago Press, 1982

[45] Dit is het model voor het zwarte gat van Oppenheimer – Snyder. Zie: Thorne, Kip S., Black Holes & Time Warps – Einstein’s outrageous legacy. New York: W.W. Norton & Company: 1994, p. 211 – 219 en 451

[46] Zie: Thorne, Kip S., Black Holes & Time Warps – Einstein’s outrageous legacy. New York: W.W. Norton & Company: 1994, p. 294 en 346 - 347

[47] Zie: Thorne, Kip S., Black Holes & Time Warps – Einstein’s outrageous legacy. New York: W.W. Norton & Company: 1994, p. 291 - 292

[48] Zie: Thorne, Kip S., Black Holes & Time Warps – Einstein’s outrageous legacy. New York: W.W. Norton & Company: 1994, p. 451

[49] Smolin, Lee, Three roads to Quantum Gravity. New York: Basic Books, 2001, p. 45

[50] Zie: Thorne, Kip S., Black Holes & Time Warps – Einstein’s outrageous legacy. New York: W.W. Norton & Company: 1994, p. 451

[51] Zie ook: https://en.wikipedia.org/wiki/Gravitational_singularity

[52] Bron afbeelding: https://universe-review.ca/I15-61-tidal.jpg

Deze afbeelding geeft de uitrekking in de lengte bij het naderen van de kern van de black hole correct weer, maar in werkelijkheid zullen daarnaast ook de voeten en benen in de richting van de kern worden samengedrukt.

[53] Zie: Thorne, Kip S., Black Holes & Time Warps – Einstein’s outrageous legacy. New York: W.W. Norton & Company: 1994, p. 451

[54]   Zie ook: Susskind, Leonard, The Black Hole War: My Battle with Stephen Hawking to Make the World Safe for Quantum Mechanics. New York: Little, Brown and Company, 2008  p. 155 – 175

 

Soortgelijk

Taxonomy

Zon