Huisgenoot

Die ontdekking van die oerknal se eggo

’n Halfeeu gelede het twee wetenskapl­ikes per ongeluk op die bewys afgekom dat die oerknal werklik gebeur het. Hier is hul uitsonderl­ike verhaal

- © MARCUS CHOWN / THE SUNDAY TIMES MAGAZINE / NEWS LICENSING

DIE grootste ontdekking in die geskiedeni­s van die wetenskap is dat daar ’ n dag sonder ’ n gister was. Die heelal het nie vir altyd bestaan nie; dis gebore. Amper 14 miljard jaar gelede het alle materie, energie, ruimte – en selfs tyd – in ’n titaniese vuurbal uitgebars. Dit word die oerknal genoem.

Die vuurbal het uitgesit, en toe die brokstukke daarvan eindelik afkoel, het dit sterrestel­sels gevorm; groot eilande sterre waarvan ons Melkweg een van ’n geraamde 2 biljoen is. Dit is die oerknalteo­rie in ’n neutedop.

Die idee dat die heelal skielik uit niks te voorskyn gekom het, klink stapelgek. Dit laat dadelik die vraag ontstaan: Wat het vooraf gebeur? Hoofsaakli­k omdat niemand die ongemaklik­e kwessie wou aanroer nie, moes die meeste wetenskapl­ikes die idee van die oerknal langtand aanvaar. Want die bewyse daarvoor het hulle geen keuse gelaat nie. En daardie bewyse is letterlik in die lug om ons.

Maar daarvan het twee jong sterrekund­iges by die navorsings maatskappy Bell Labs in New Jersey, Amerika, vroeg in 1965 nog nie die vaagste benul gehad nie. Pleks daarvan was hulle radeloos oor die aanhoudend­e gesis van radiosteur­ing wat skynbaar van oral in die lug kom. Dit het toe al ses maande lank hul planne in die wiele gery om waarneming­s oor die heelal te maak.

Die vooruitsig om ’ n reuseradio“horing” vir hul navorsing oor die sterrekund­e te gebruik het Arno Penzias en Robert Wilson na Bell Labs, wat deel is van die reuse foon maatskappy AT&T, gelok. Dié horing, so groot soos ’n treinwa, het op Crawfordhe­uwel naby die dorpie Holmdel gestaan. Radiogolwe het dit by die opening van sy bek van 6 m binnegedri­ng en is dan soos in ’n tregter afgelei tot by ’n ontvangsto­estel in ’n houtkajuit wat aan die spits punt van die horing vasgegespe was.

Die horing is in 1959 gebou om die tegnologie te help bevorder om radioseine na die eerste kommunikas­ie satelliete te stuur wat in ’n wentelbaan om die aarde geplaas is, en dit ook daarvan te ontvang. Die eerste toets is uitgevoer met Echo 1, ’n soort Steentydpe­rk satelliet wat deur Nasa gelanseer is. In wese was dit ’n versilwerd­e opblaasbar­e strandbal met ’n deursnee van 30 m wat radiogolwe vanaf die horing kon terugbons en opvang. (’n Radiohorin­g kan radiogolwe stuur én ontvang.)

Echo 1 is gevolg deur Telstar, die eerste moderne kommunikas­ie satelliet. Tel star het nie net die radiogolwe teruggebon­s wat van die grond af gestuur is nie; dit het die golwe ook versterk voor dit oorgesein is. Dit was ’n wêreldwye sensasie. In 1962 is die eerste televisieb­eelde deur middel van Telstar tussen Amerika en Europa uitgesaai.

Die AT&T-toetse was ’n groot sukses en het die era van kommunikas­iesatellie­te ingelui. Teen 1963 het die ingenieurs nie meer die horing op Crawfordhe­uwel nodig gehad nie.

Die maatskappy het toe besluit om radio sterrekund­iges in dienste neem. Dit was immers deel van hul werk om dowwe radioseine in die lug te bespeur;

daarom was dit vir AT&T voordelig om die ongebruikt­e horing aan teoretiese wetenskap af te staan.

Arno, ’n dinamiese New Yorker wie se familie uit Nazi-Duitsland na Amerika gevlug het, het in 1962 as 29-jarige in Holmdel aangekom. Robert, ’n teruggetro­kke 28-jarige, het vroeg in 1964 van die Kalifornie­se Instituut vir Tegnologie daar ingeval. Daardie somer het dié twee begin saamwerk.

Robert het vermoed ons Melkwegste­lsel, wat baie soos ’n plat CD gevorm is, is moontlik in ’n sfeervormi­ge ligkrans van uiters koue waterstofg­as ingebed. As dit die geval was, sou baie dowwe radiogolwe die gas laat gloei. Dit

‘Die vuurbal het uitgesit, en toe die brokstukke daarvan eindelik afkoel, het dit sterrestel­sels gevorm

het later geblyk radiogolwe laat alles gloei – bome, geboue, die lug, mense en so meer – en dit verdring die soort dowwe seine waarna Robert op soek was.

’n Unieke kenmerk van die horing by Holmdel was dat wanneer sy bek van 6 m na enige plek in die lug gerig is radiogolwe van al die onegte bronne moeilik daarby kon inkom. Robert se dowwe sein – in wese ’n gesis van radiosteur­ing – is dus nie deur ander radio golwe oorweldig nie.

Met die horing wou hulle radiogolwe van ’n frekwensie probeer opvang waarteen hulle na verwagting die gloed van die sterrestel­sel se ligkrans sou kon bespeur. Maar eers het Arno en Robert besluit om hul eksperimen­tele raamwerk te toets deur radiogolwe waar te neem van ’n frekwensie waarteen hulle geen gloed verwag het nie. As die sein wat hulle opvang presies zero was, sou hulle op die regte spoor wees.

Maar toe die twee sterrekund­iges die horing na ’n kol leë lug mik, het die aanhoudend­e gesis van radiosteur­ing oral voorgekom pleks van geen sein nie. Dit was wat ’n voorwerp op sowat -270 °C, oftewel drie grade bo absolute zero (-273 °C), sou uitstraal – die laagste temperatuu­r wat bereik kan word.

Eers het hulle gedink die gesis van radiosteur­ing kom dalk van New York net anderkant die horison. Maar toe hulle hul horing van daardie rigting wegdraai, was die sein steeds daar.

Daarna het hulle gedink dit kom dalk van ’n bron in die sonnestels­el; die son en Jupiter pomp albei radiogolwe uit. Maar namate die maande verloop terwyl die aarde in sy wentelbaan om die son draai, sou die ligging van so ’n bron verander. Tog het die radiosteur­ing hardnekkig daar gebly.

Arno en Robert het gewonder of ’n kernbomtoe­ts wat ’n paar jaar tevore baie hoog bo seevlak uitgevoer is die bron van die radiosteur­ing is. Met dié toets is elektrone in die buitenste lae van die aarde se atmosfeer ingespuit en sulke partikels sou radiogolwe kon uitstraal. Maar as die radiosteur­ing met die bomontplof­fing te doen gehad het, sou dit mettertyd afgeneem het, wat nie die geval was nie.

Eindelik is Arno en Robert se aandag gevestig op twee duiwe wat in die spitspunt van die horing nesgemaak het. Dit klink dalk na ’n dom plek om ’n tuiste te skep – hulle moes immers hul nes oorbou elke keer wanneer die horing op ’n ander deel van die lug gerig word. Maar die winters in New Jersey is baie koud en die spitspunt van die horing, waar die duiwe se nes was, was langs die yskas wat die elektronik­a van die radioontva­nger afkoel. Enigeen wat al aan die agterkant van ’n yskas was, weet dis warm daar. Die twee duiwe het dus ’n lekker warm plekkie gekies om hul gesin groot te maak.

In die proses het hulle die horing van binne oortrek met wat die twee wetenskapl­ikes as ’n “wit diëlektrie­se materiaal” beskryf het, maar wat gewone sterflinge as duifmis ken. Voëlmis straal nes alle ander dinge radiogolwe uit. Kon dit die bron wees van die irriterend­e gesis van radiosteur­ing wat Arno en Robert al maande lank gekeer het om hulle in die sterrekund­e te verdiep?

Die sterrekund­iges het ’n diervriend­elike vanghok by ’n ysterwarew­inkel daar naby gekoop en die twee duiwe met kos binnetoe gelok. Hulle het hulle toe na ’n ander AT&T-perseel by Whippany, sowat 60 km daarvandaa­n, gepos. Daarna het hulle hul stewels en oorpakke aangetrek en met besems by die radiohorin­g ingeklim.

Ywerig het hulle al die wit aanpaksel binne afgeskuur. Daarby het hulle al die klinknaels wat die horing se metaalplat­e aanmekaarh­eg met aluminiumb­and bedek, ingeval dit tot die radiogesis bydra.

Terug in hul gewone klere en vol hoop dat hulle eindelik die probleem opgelos het, het Arno en Robert weer die bek van die horing na die hemel gedraai. Maar tot hul ontstelten­is was die gesis steeds daar.

TEEN dié tyd was dit al die lente van 1965 en het hulle as wetenskapl­ikes nog niks uitgevoer sedert hulle die vorige somer begin saamwerk het nie. Maar net toe hulle moedeloos raak, bel Arno toevallig ’n fisikusvri­end van hom, Bernie Burke. Die oproep was oor iets heel anders, maar aan die einde van die gesprek kon hy nie help om te kla oor die irriterend­e gesis van radiosteur­ing wat hulle by Crawfordhe­uwel waarneem nie.

Bennie het dadelik regop gesit. Hy was kort tevore by ’n praatjie deur ’n navorser aan die Princeton-universite­it genaamd Jim Peebles. Wat hy daarvan onthou het, is dat Jim se baas, Bob Dicke, toesig hou oor die bou van ’ n radioteles­koop waarmee na radiogolwe gesoek sal word wat uit ’n moontlike warm, digte fase van die vroeë heelal oorleef het.

Arno het dadelik Princeton toe gebel. Bob en sy span was besig om kospakkies in sy kantoor te eet. Hulle het ’n kort, tegniese gesprek gevoer, en toe Bob die foon neersit, het hy rondgekyk. “Ouens,” het hy ernstig gesê, “ons is voorgespri­ng.”

Die volgende dag het Bob se groep na Holmdel, net 50 km van Princeton, gery. Nadat hulle die radiohorin­g ondersoek en vlugtig met Arno en Robert gepraat het, het Bob besef die twee wetenskapl­ikes van Bell Labs het afgekom op pre-

Kon voëlmis die bron van die irriterend­e gesis van radiosteur­ing wees?

sies waarna waarnadieP­rincetonsp­anwousoek die Princetons­pan wou soek.

Anders as die hitte van byvoorbeel­d die vuurbal van ’n kernontplo­ffing wat in sy omgewing uitgestraa­l word en dan verdwyn, het die hitte van die oerknalvuu­rbal nêrens gehad om heen te gaan nie. Dit is in die heelal vasgekeer, wat per definisie al is wat daar bestaan.

Gevolglik is die hitte-“nagloed” van die oerknal vandag nog hier. Die uitsetting van die heelal in die afgelope 13,82 miljard jaar het dit wel drasties laat afkoel. En dit verskyn nie as sigbare lig nie, maar as onsigbare radiogolwe.

Wanneer jy ’n ou analoogtel­evisiestel tussen die stasies instel, is 1% van die “radiosteur­ing” op die skerm van die oerknal afkomstig. Voor jou televisiea­ntenna dit onderskep, het dit meer as 13 miljard jaar lank deur die ruimte gereis. En die laaste ding waaraan dit geraak het, was die vuurbal van die oerknal.

Merkwaardi­g genoeg word 99,9% van alle ligpartike­ls, of fotone, in die heelal met die nagloed van die oerknal verbind en straal die sterre en sterrestel­sels ’n skamele 0,1% daarvan uit. (Hier beteken “lig” sigbare lig sowel as onsigbare radiogolwe.) As jy die radiogolwe met die blote oog sou kon sien, sou dit gelyk het of die heelal ’n skitterwit gloed het. Dit D sou gevoel het asof jy binne-in ’n reusegloei­lamp re is.

Die nagloed van die oerknal is die treffendst­e tr kenmerk van ons heelal. En tog het Arno en Robert dit eers in 1965 1 ontdek – en dit per ongeluk. (Een (E van die redes daarvoor is dat dit ook o die koudste ding op enige plek in die d heelal is.)

Die “kosmiese agtergrond­straling” kom k uit ’ n tyd toe die heelal net 380 3 000 jaar oud was. Dit is werklik die d oudste fossiel in die skepping. Daarop D is ’n “babafoto” van die heelal afgedruk afg op ’n beslissend­e oomblik toe swaartekra­g materie van die afkoelende oerknal laat saamkoek het. Daardie proses het op die geboorte van sterrestel­sels uitgeloop soos die een waarin jy nou leef.

Dit blyk dat daardie babafoto ’n goudmyn van wetenskapl­ike inligting bevat. Elke kosmiese parameter waarvan jy al gehoor het – soos dat die heelal 13,82 miljard jaar oud is – kom uit die kosmiese agtergrond. En kosmoloë ontgin steeds inligting daarvan. Gravitasie­golwe is skynbaar daarop ingeprent; dit verwys na rimpelings in die stof waarvan ruimtetyd gemaak is van die eerste breukdeel van ’n sekonde van die oerknal. Dit sal amper beslis Einstein se teorie van swaartekra­g verkeerd bewys en die weg vir ’n nuwe fisika baan.

Bisar genoeg het dit later geblyk die kosmiese agtergrond­straling is eintlik reeds voorspel en ontdek.

Sewentien jaar tevore, in 1948, het die Amerikaans­e fisici Ralph Alpher en Robert Herman geraai die hitte van ’ n “warm” oerknal moet steeds iewers in die omtrek wees en hul voorspelli­ng is in die Britse wetenskapt­ydskrif Nature gepublisee­r. Niemand het toe veel aandag aan hul voorspelli­ng geskenk nie.

Nog vroeër, in 1938, het Walter Adams met ’n teleskoop van 2,5 m op die berg Wilson noord van Los Angeles opgemerk buite in die koue ruimte tol piepklein grondboont­jievormige molekules sianogeen vinniger in die rondte as wat dit behoort. Die Kanadese sterrekund­ige Andrew McKellar het gewonder of iets dalk aan hulle stamp. Met die ontdekking van die kosmiese agtergrond­straling wat tot elke stippeltji­e van die heelal deurdring, het dit skielik duidelik geword wat daardie “iets” was.

In sy blitsverko­per The First Three Minutes besin die Nobelprysw­enner Steven Weinberg oor die rede hoekom die kosmiese agtergrond­straling so lank volkome geïgnoreer is. Hy kom tot die slotsom dat wetenskapl­ikes destyds in 1948 eenvoudig nie kon glo iets so gek soos die oerknal kan regtig waar wees nie.

“Fisici se fout,” sê hy, “is nie dat hulle hul teorieë te ernstig opneem nie, maar dat hulle dit nie ernstig genoeg opneem nie.”

IRONIES genoeg was Arno en Robert albei voorstande­rs van die bestendige­toestandte­orie wat die Britse kosmoloog Fred Hoyle en twee van sy kollegas geformulee­r het. Daarvolgen­s het die heelal nog altyd bestaan en het dit geen warm, digte begin gehad nie.

Dus was Arno en Robert nie geneë om dit waarop hulle afgekom het aan die oerknal toe te skryf nie.

Toe skryf hulle ’n referaat waarin hulle die irriterend­e gesis van radiosteur­ing noem en sê die uitslag van hul proefnemin­g sal steek hou, wat ook al gebeur. Maar hulle het alle bespiegeli­ng oor wat presies daardie gesis is, oorgelaat aan ’n meegaande referaat wat deur Bob se span geskryf is.

Twee jaar lank het Arno en Robert nie die feit erken dat die sein wat hulle bespeur het enigiets met die geboorte van die heelal te doen gehad het nie. Tog het hulle in 1978 die Nobelprys vir fisika gekry vir die ontdekking van die oorblywend­e nagloed van die oerknal se vuurbal.

En die duiwe? Wel, hulle het na die Holmdelhor­ing teruggekee­r – hulle was immers posduiwe – en moes ongelukkig geskiet word. Al ligpunt is dat hulle vir die wetenskap gesterf het. Hul mis word gedurig in sterrekund­eboeke genoem. Nog nooit in die geskiedeni­s van die wetenskap is iets so diepsinnig­s vir iets so alledaags aangesien nie.

 ??  ?? Die astrofisic­i Robert Wilson en Arno Penzias was verbyster toe hul reuseradio­horing ’n knaende radiosteur­ing optel. Hulle het aanvanklik gedink duiwe wat in hul toerusting nesgemaak het, was die oorsaak daarvan. Eindelik het hul ondersoeke en waarneming­s tot die bevestigin­g van die oerknalteo­rie gelei.
Die astrofisic­i Robert Wilson en Arno Penzias was verbyster toe hul reuseradio­horing ’n knaende radiosteur­ing optel. Hulle het aanvanklik gedink duiwe wat in hul toerusting nesgemaak het, was die oorsaak daarvan. Eindelik het hul ondersoeke en waarneming­s tot die bevestigin­g van die oerknalteo­rie gelei.
 ??  ?? (Blaai om)
(Blaai om)
 ??  ?? Die reuseradio­horing op Crawfordhe­uwel naby die dorpie Holmdel in New Jersey, Amerika.
Die reuseradio­horing op Crawfordhe­uwel naby die dorpie Holmdel in New Jersey, Amerika.
 ??  ?? BO: BO Binne die Telstar-satellietk­ommunik nikasiedie­nskamer op Andover, Maine. LIN LINKS: Die versilwerd­e ballon wat deur Na Nasa gebruik is om radiogolwe vanaf die ho horing terug te bons en op te vang.
BO: BO Binne die Telstar-satellietk­ommunik nikasiedie­nskamer op Andover, Maine. LIN LINKS: Die versilwerd­e ballon wat deur Na Nasa gebruik is om radiogolwe vanaf die ho horing terug te bons en op te vang.

Newspapers in Afrikaans

Newspapers from South Africa