Naar de content

Eindeloos groeien

Ruimtelijk inzicht: hoe kan het heelal nog uitdijen?

NASA, ESA, CSA

Hoe kan het heelal uitdijen als het al oneindig groot is? Dat is een stuk minder gek dan het klinkt, omdat het heelal nergens in zit.

Wat is de grootste afmeting die er bestaat? Waarschijnlijk denk je dan aan 'oneindig'. Groter dan dat kan immers niet. Kosmologen nemen aan dat het heelal oneindig groot is. Maar ze hebben ook ontdekt dat het universum razendsnel uitdijt. Hoe kan het heelal nog groeien als het al oneindig groot is? Is dat niet tegenstrijdig met elkaar?

Geen maatbeker

“De doorn zit hem in de vraag”, zegt kosmoloog Rien van de Weijgaert van de Rijksuniversiteit Groningen. “Als je deze vraag stelt, stel je je voor dat het heelal ergens in uitdijt, zoals een ballon die uitdijt in lucht. Maar dat is een verkeerde voorstelling van zaken. Het heelal is niet een object dat groter wordt. Dan zou er ruimte bestaan waarín het heelal groter wordt. En dat is niet zo."

Met andere woorden: het heelal zit nergens in. Buiten het heelal is niets. En dan bedoelen we niet: lege ruimte. Er bestaat geen 'buiten het heelal'. Het heelal is alles wat er is. Door dat gegeven zit er ook geen maximum aan de grootte van het heelal. Zelfs als het oneindig groot is, kan het alsnog groeien. Er zit immers geen oneindig grote maatbeker omheen die nu tot de rand is gevuld met heelalspul.

Ballonoppervlak

Maar als er niets buiten het heelal is, wat betekent het dan dat het universum groeit? “De uitdijing van het heelal is in feite het oprekken van de ruimte zelf. Het is de ruimte tussen alle objecten in die wordt opgerekt. Er komt dus ruimte bij.” Dat is voor veel mensen moeilijk te bevatten. “Ik merk bij colleges ook altijd dat het heel lastig is om te laten bezinken van wat hier in feite gebeurt”, erkent Van de Weijgaert.

Een metafoor biedt wellicht soelaas. Je moet dan alleen wel eerst een dimensie uit het heelal weghalen, want onze driedimensionale ruimte is niet goed voor te stellen. Als je de lucht erbuiten en erbinnen wegdenkt, is de ballon hiervoor toch geschikt. Een tweedimensionaal heelal kun je namelijk zien als het oppervlak van een ballon. "Jij leeft op dat oppervlak. Je kunt alleen over het oppervlak lopen, je kunt alleen over het oppervlak kijken. Die ballon is alles. Er is niks meer dan de ballon", benadrukt Van de Weijgaert.

Stel je nu voor dat er een heleboel stippen op de ballon staan. Dat zijn de verschillende sterrenstelsels in het heelal. Die stippen zitten eerst bijvoorbeeld 1 centimeter uit elkaar. Maar dan wordt de ballon opgeblazen. Alle stippen komen dan 2 centimeter uit elkaar te staan, en later 3 centimeter, enzovoort. "Je ziet dat afstanden groter worden op het oppervlak. Er komt dus ballonvel bij." Dat is ook wat er gebeurt in ons 3D-heelal: de afstanden tussen verafgelegen sterrenstelsels worden steeds groter. Er komt extra ruimte bij tussen de stelsels. Daaruit concluderen astronomen dat het heelal steeds groter wordt.

Opgeblazen paarse ballon met een fijn touwtje eraan tegen een beige achtergrond.
Freepik

Papier

Het is alleen lastig om je een oneindig grote ballon in te beelden. Om die eigenschap van het heelal mee te nemen, kun je je een ander 2D-heelal voorstellen. Stel dat het heelal een vel papier is, met sterren erop die de sterrenstelsels weergeven. Stel je nu voor dat het heelal groeit. Dat effect kun je bijvoorbeeld creëren door een plaatje in Paint te maken met sterren en daarop in te zoomen. Wederom zie je dat alle sterren steeds verder uit elkaar komen te staan. Het maakt dan ook niet uit naar welk deel van het plaatje je kijkt: overal komt meer ruimte tussen de sterren. Ook maakt het niet uit hoe groot je Paint-plaatje in totaal is. “Als je je dan voorstelt dat dat plaatje in drie dimensies eindeloos doorgaat, heb je ongeveer het heelal te pakken”, zegt Van de Weijgaert.

Een wit oppervlak met links een cluster met kleine in zwart getekende sterren en rechts een cluster met grote in zwart getekende sterren.

Als je inzoomt op de sterren links in dit plaatje, dan komen alle sterren verder uit elkaar te staan (zie de rechterkant van de afbeelding). Er ontstaat extra ruimte tussen de sterren.

Yannick Fritschy

Het heelal groeit dus overal in alle richtingen even snel, ook al is het vermoedelijk al oneindig groot. Dat klinkt tegenstrijdig, maar dat is het niet. Het is hooguit onvoorstelbaar. Hadden we maar wat extra ruimte in ons brein…