Het bewijs: de ruimte kan trillen

Vandaag wordt het sluitstuk verwacht van de relativiteitstheorie van Einstein. Met nieuwe apparatuur is bewezen dat de ruimte kan trillen als een plumpudding.

Het gonst in de wetenschap al weken van de geruchten, maar vanmiddag komt het hoge woord eruit. Dan maken naar verluidt wetenschappers simultaan in Washington D.C. en in het Italiaanse Cascina bekend dat ze rimpelingen in de ruimte hebben waargenomen, precies honderd jaar nadat Albert Einstein het bestaan van deze zogeheten zwaartekrachtgolven had voorspeld.

Het zou een nieuwe triomf zijn voor de algemene relativiteitstheorie, het bouwwerk waarmee Einstein in 1915 de klassieke theorie van de zwaartekracht opzij zette.

Massa's - of het nu mensen zijn op aarde of planeten om een ster - trekken elkaar aan, niet door een onzichtbare kracht, zoals Isaac Newton had geleerd. Nee, zei Einstein, massa's krommen de ruimte. De zon is als een loden bal die een deuk maakt in een trampolinedoek, zodat planeten er wel naar toe moeten rollen. Of als een steilewandrijder er rondjes omheen draaien.

Een jaar na de publicatie zag Einstein in dat die gekromde ruimte ook kon trillen. Bij een heftige gebeurtenis - botsende sterren - zou de verandering in de kromming als een schokgolf door de ruimte gaan. Net als de golfjes in een vijver, nadat er een steen in is geworpen.

Het is een minieme verandering. Als een zwaartekrachtgolf voorbijkomt, krimpt de ruimte een fractie of dijt ze een heel klein beetje uit. Om een indruk te geven: als een kilometer de maatstaf is, maakt zo'n golf die kilometer een fractie van een atoomkern korter of langer. In astronomische verhoudingen: wetenschappers moeten kunnen zien dat de afstand tot de meest nabije ster - ruim veertig biljoen kilometer - een haardikte is gewijzigd.

Dat was lange tijd niet te meten. Ook niet door LIGO en Virgo, installaties van buizen en spiegels die tien jaar vergeefs op zo'n golf hebben gewacht (zie kader). In 2012 kreeg LIGO een update en afgelopen september gingen de metingen weer van start. En was het - volgens de geruchten - meteen bingo.

Naar verluidt hebben de fysici het effect gezien van twee zwarte gaten, beide zo'n dertig zonnen zwaar, die om elkaar heen draaiden tot ze samensmolten. Bij die klap is de energie van enkele zonnemassa's de ruimte in geslingerd. De ruimte trilde als een plumpudding en na duizenden of miljoenen jaren - de geruchten vermelden niet waar de botsing plaatsvond - bereikte de zwaartekrachtgolf de aarde.

"Als dat resultaat vanmiddag wordt bevestigd, is het een mijlpaal voor de wetenschap", zegt Chris van den Broeck van onderzoeksinstituut Nikhef in Amsterdam. Het is de definitieve bevestiging van de algemene relativiteitstheorie. En het opent een nieuw venster op het heelal. "Tot nu toe hadden we alleen licht, of andere vormen van elektromagnetische straling. Zwaartekrachtgolven zijn van een andere orde. Alsof iemand ineens het geluid heeft aangezet."

Zo zouden deze metingen de eerste directe waarneming van een zwart gat zijn. Hoewel niemand aan hun bestaan twijfelt, zijn ze nooit gezien. Er kan immers geen licht van een zwart gat ontsnappen. Met zwaartekrachtgolven zijn botsende zwarte gaten wel waar te nemen.

"Vergeet de oerknal niet", zegt Van den Broeck. "We kunnen nu niet verder terugkijken dan tot 300.000 jaar na de oerknal. Toen was er pas het eerste licht. Die zogeheten kosmische achtergrondstraling zien we nu overal. Stel je voor dat we ooit op vergelijkbare wijze de zwaartekrachtgolf van de oerknal zelf zouden waarnemen - dat is de heilige graal in ons vak."

Kilometerslange buis

De eerste LIGO-installatie staat in Hanford, in de staat Washington en werd in 2002 in gebruik genomen. In 2005 kwam eenzelfde installatie in Livingston, Louisiana in bedrijf.

Beide installaties bestaan uit twee buizen van vier kilometer lengte, die haaks op elkaar staan. Een laserstraal wordt met een halfdoorlatende spiegel (A) in tweeën gesplitst en elk deel gaat met hulp van spiegels 400 keer in een buis op en neer vóór ze elkaar weer ontmoeten (B).

De spiegels zijn zo afgesteld dat de stralen elkaar uitdoven - ze zijn 'uit fase'. Komt er een zwaartekrachtgolf voorbij, dan verandert de weglengte en zijn de laserstralen niet meer uit fase. En ziet de detector een lichtsignaal (C).

Een typisch signaal van een zwaartekrachtgolf duurt enkele tienden van een seconde.

Behalve de twee installaties in de Verenigde Staten, is er sinds kort ook één in Italië: Virgo, in de buurt van Pisa.

Het voordeel van meerdere stations is dat wetenschappers beter kunnen herleiden waar de bron was van een zwaartekrachtgolf.

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden