In maart van dit jaar kondigden onderzoekers van het BICEP-project aan dat de BICEP-telescoop mogelijk  voor het eerst zwaartekrachtsgolven had waargenomen. Als de waarneming bevestigd zou worden, zou dit grote gevolgen hebben voor ons begrip van het vroege heelal. Inflatie - het heel snel groeien van het jonge heelal - zou hiermee aangetoond zijn, en het resultaat zou een eerste blik werpen op de rol van quantumzwaartekracht in het heelal. Zie ons artikel hier en de links daarin voor een uitgebreidere beschrijving van de resultaten uit maart.

Helaas blijken de resultaten van het onderzoek een half jaar later veel minder hoopgevend dan oorspronkelijk werd gedacht. Uit nieuwe resultaten van het Planck-team blijkt dat de metingen van BICEP waarschijnlijk grotendeels veroorzaakt worden door stof in de Melkweg, en dus niet zoals oorspronkelijk verwacht door gravitatiegolven. De kurk kan dus voorlopig weer even terug op de champagnefles; zwaartekrachtsgolven zijn nog altijd niet duidelijk waargenomen. De onderzoekers van beide teams speuren verder naar signalen die wel van zwaartekrachtsgolven afkomstig kunnen zijn.

Links

Een artikel uit de Volkskrant van 22 september 2014 over de nieuwe Planck-metingen.

Onderzoekers verbonden aan het BICEP-project (een afkorting voor Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) hebben op 17 maart 2014 bekendgemaakt dat de BICEP-telescoop op de Zuidpool voor het eerst direct gravitatiegolven uit het vroege heelal heeft waargenomen. Als de waarnemingen juist blijken te zijn, gaat het hier om een grote doorbraak in het onderzoek naar de gebeurtenissen vlak na het ontstaan van het heelal.

Afbeelding 1. BICEPFoto: Steffen Richter (Harvard University)

Zwaartekrachtsgolven

Wat zijn zwaartekrachtsgolven precies? Golven kennen we natuurlijk uit het dagelijks leven: denk aan de golven op het water die ontstaan als je een steen in het water gooit. Licht is een ander bekend golfverschijnsel: verschillende kleuren licht zijn golven van verschillende golflengtes. Maar wat golft er eigenlijk als we een lichtgolf zien? James Clerk Maxwell gaf in de 19e eeuw het antwoord: licht is niets anders dan een golf in het elektromagnetische veld - het "krachtveld" dat de elektromagnetische kracht overbrengt.

Volgens de relativiteitstheorie van Einstein is ook de zwaartekracht een kracht die door een dergelijk "krachtveld" wordt overgebracht. In het geval van de zwaartekracht is dit veld niets anders dan de kromming van de ruimtetijd zelf - wie daarover meer wil weten kan het dossier over de relativiteitstheorie lezen dat binnenkort op deze website verschijnt.

In het voorbeeld van het licht weten we dus dat er bij een kracht (daar: de elektromagnetische kracht) ook een golfverschijnsel hoort - in dat geval: de lichtgolven. De vraag ligt nu voor de hand of het zwaartekrachtsveld ook dergelijke golven met zich mee kan dragen. Wiskundig kan uit de vergelijkingen van de relativiteitstheorie vrij eenvoudig aangetoond worden dat het antwoord "ja" zou moeten zijn, maar doordat de zwaartekracht zo'n extreem zwakke kracht is was het nog nooit gelukt om dergelijke zwaartekrachtsgolven ook direct waar te nemen.

Indirect bewijs voor het bestaan van zwaartekrachtsgolven was er al wel. Zo ontdekten Russell Hulse en Joseph Taylor in 1974 bijvoorbeeld een pulsar (een snel pulserend stelsel van twee sterren) waarvan de energie langzaam afneemt. De grootte van die afname kan precies verklaard worden door een te nemen dat de pulsar gravitatiegolven uitzendt. Hulse en Taylor kregen in 1993 de Nobelprijs voor deze ontdekking.

De onderzoekers van het BICEP-project claimen nu om als eerste er ook in geslaagd te zijn te zwaartekrachtsgolven direct waar te nemen. Ook dit "directe" waarnemen is overigens nog een proces van twee stappen: de zwaartekrachtsgolven "duwen en trekken" aan het gewone licht dat ze tegenkomen, waardoor dit gepolariseerd wordt. Die polarisatie is vervolgens wat wij op aarde kunnen waarnemen.

De zwaartekrachtsgolven die we op deze manier kunnen zien, hebben een zeer interessante oorsprong. Het gepolariseerde licht dat nu gemeten is, is namelijk het licht van de kosmische achtergrondstraling: het alleroudste licht dat we uit het heelal opvangen. Het is ontstaan kort na het ontstaan van het heelal zelf, in de zogenaamde oerknal. Daarmee vertellen de nu waargenomen zwaartekrachtsgolven ons dus van alles over de periode vlak na het ontstaan van het heelal. In het bijzonder kunnen we aan deze golven zien of er in die periode een enorm snelle uitdijing van het heelal - de zogenaamde inflatie - heeft plaatsgevonden.

Meer informatie

De resultaten van het BICEP-team zien er veelbelovend uit, maar de komende weken, maanden of zelfs jaren zullen moeten uitwijzen of de door de onderzoekers gepresenteerde conclusies juist zijn. Andere onderzoekers zullen de resulaten in de komende tijd grondig onder de loep nemen, en zien of zij de conclusie van de BICEP-onderzoekers kunnen bevestigen. Voor wie op de hoogte wil blijven van de stand van zaken verzamelen we in de komende periode hieronder een lijst van links met informatie over de BICEP-resultaten.

Nieuws

• De website van het BICEP-project. De wetenschappelijke publicatie over de resultaten is ook op deze website terug te vinden. (Toegevoegd: 17 maart 2014.)
• Het persbericht van Harvard University over de bekendmaking.
• Het NOS-interview met Jan Pieter van der Schaar en Ralph Wijers. (Toegevoegd: 17 maart 2014.)
• Een item van RTL Nieuws over het onderwerp, met dezelfde wetenschappers. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)
• YouTube-filmpje waarin Andrei Linde de resultaten van BICEP2 te horen krijgt. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)

Populairwetenschappelijke artikelen (Nederlandstalig)

• Een populairwetenschappelijk artikel van Kennislink over de resultaten. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)
• Een populairwetenschappelijk artikel van Kijk over de resultaten. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)

Populairwetenschappelijke artikelen (Engelstalig)

• Een populairwetenschappelijk artikel op de Science Magazine (AAAS)-website over de resultaten. (Toegevoegd: 17 maart 2014.)
• Een populairwetenschappelijk artikel op de New Scientist-website over de resultaten. (Toegevoegd: 17 maart 2014.)
• Een populairwetenschappelijk artikel van Space.io9.com over de resultaten. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)
• Een populairwetenschappelijk artikel van Wired over de resultaten. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)
• Een infographic van Space.com over gravitatiegolven. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)
• Een populairwetenschappelijk artikel van Max Tegmark voor de Huffington Post over de resultaten. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)
• Een populairwetenschappelijk artikel in The Guardian over de resultaten. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)
• De Nature Special over het onderwerp. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)
• Een populairwetenschappelijk artikel van Scientific American over de resultaten. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)
• Een populairwetenschappelijk artikel van BBC News over de resultaten. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)
• Een populairwetenschappelijk artikel op de Caltech-website over de resultaten. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)
• Youtube-filmpje van Minute Physics over de resultaten. (Toegevoegd: 20 maart 2014.)

Speculaties vooraf

• Blogpost op phys.org. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)
• Blogpost van Sean Carroll. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)
• Artikel in The Guardian. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)

Gerelateerd

• Video van een mini-conferentie in februari 2014 waarin diverse wetenschappers over de kosmische achtergrondstraling en de oerknal spreken. (Toegevoegd: 18 maart 2014.)

Met dank aan Jacqueline de Vree voor het verzamelen van een groot deel van de links. Suggesties voor aanvullingen zijn welkom! U kunt ze mailen naar info-at-quantumuniverse-punt-nl.

Op maandag 10 december werd op het Science Park de openingsbijeenkomst gehouden van de driedaagse masterclass "The Quantum Universe". Deze masterclass voor leerlingen uit 5 en 6 VWO is de eerste activiteit in een outreachprogramma dat UvA-hoogleraar Erik Verlinde heeft opgezet in het kader van de NWO Spinozapremie die hij in 2011 won. Het doel van de masterclass is om de leerlingen een indruk te geven van de onderzoeksonderwerpen die centraal staan in het huidige onderzoek in de theoretische fysica.

Masterclass Quantum UniverseErik Verlinde legt tijdens de masterclass uit hoe uit zijn nieuwe ideeën de eeuwenoude zwaartekrachtwet van Newton kunnen worden afgeleid.

De openingsdag bestond uit drie mini-colleges: Marcel Vonk vertelde over quantumfysica; Jan Pieter van der Schaar gaf een lezing over de relativiteitstheorie en Erik Verlinde legde uit hoe deze twee onderwerpen bij elkaar komen in zijn huidige onderzoek aan de zogeheten entropische zwaartekracht.

In het nieuwe examenprogramma voor de natuurkunde, waarmee de eerste leerlingen in 2013 te maken krijgen, gaat de quantumfysica ook een belangrijkere rol  spelen. De openingsdag was daarom ook toegankelijk voor belangstellende docenten. Zowel leerlingen als docenten waren na afloop erg enthousiast over deze gelegenheid om een kijkje te krijgen in de "natuurkunde voorbij de middelbare school". De masterclass wordt vervolgd op 19 december met een computerpracticum, en wordt op 19 januari afgesloten met diverse presentaties.