Het complete en fascinerende verhaal van zwaartekrachtgolven

‘De sterren staan niet waar ze lijken te staan. Maar niemand hoeft zich zorgen te maken’, schrijft de New York Times op 10 november 1919. Het is een beroemde kop over een ontdekking van de Engelse astronoom Sir Arthur Eddington. Hij en collega’s zagen tijdens een zonsverduistering in 1919 dat licht van de sterren op de achtergrond net naast de zon wordt afgebogen. Ze lijken daardoor op een andere plek te staan. De ontdekking was het eerste overtuigende bewijs van de toen nog jonge speciale en algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein.

Einstein beschrijft in zijn theorie dat de ruimtetijd buigbaar is, zelfs licht wijkt daardoor van zijn normaal gesproken kaarsrechte pad af. Uit datzelfde idee komt hij al snel tot de conclusie dat de ruimtetijd ook golft, als een soort kosmische vijver waar je een steen in gooit. Einstein gelooft overigens niet dat we dit subtiele effect ooit zullen meten. Inmiddels weten we beter. Eind 2015 maten de twee detectoren in de Verenigde Staten een minuscule trilling in de ruimtetijd. Het moest afkomstig zijn van de gewelddadige botsing van twee zwarte gaten op een afstand van zo’n 1,3 miljard lichtjaar.

Het is het begin van een volstrekt nieuw vakgebied in de astronomie. Astronomen hebben opeens een nieuw ‘zintuig’ om het universum en de meest extreme gebeurtenissen daarin te onderzoeken. Het is alsof een dove onderzoeker jarenlang het oerwoud onderzocht, en opeens hoort wat er om zich heen gebeurt. Schrijver en wetenschapsjournalist Govert Schilling schreef een uitgebreid boek dat de geschiedenis van deze ontdekking uit de doeken doet. Doorspekt met anekdotes, reisverslagen, weetjes en goede analogieën is Deining in de ruimtetijd een uiterst leesbaar boek over een van de meest fascinerende ontdekkingsreizen in de wetenschap van de afgelopen honderd jaar.

Minicursus astronomie

Aan het onderwerp zwaartekrachtgolven kun je veel ophangen. Schilling gebruikt het als kapstok voor een minicursus astronomie. Je leest over (het ontstaan van) de relativiteitstheorie, hoe de levenscyclus van sterren eruitziet, wat neutronensterren zijn en hoe radioastronomie werkt. Het leidt allemaal tot de beschrijving van de meest gewelddadige gebeurtenis die we kennen: het botsen van twee zwarte gaten én hoe zij op dat moment krachtige zwaartekrachtgolven produceren. De uitleg is meestal prima te volgen, en gaat toch de diepte in. Zelf een enigszins ervaren wetenschapsjournalist steekt er nog wat van op.

Ook het ontstaan van het Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) in de Verenigde Staten en de Virgo-detector in Italië komen aan bod, de apparaten waarmee we zwaartekrachtgolven meten. Het zijn miljoenenprojecten die in de loop van tientallen jaren werden ontwikkeld en zo blijkt, soms aan een zijden draadje hingen. Het is ook het verhaal van wetenschappers die elkaar (af en toe letterlijk) bevechten, die eigenwijs doorgaan met hun eigen project om als eerste zwaartekrachtgolven te meten, en uiteindelijk falen. Kortom, op en top wetenschap, eindigend met de spectaculaire eerste detectie van vrijwel ongrijpbare golven.

Het boek leest makkelijk en bevat geweldige metaforen. Schilling schrijft over Amerikaanse en Europese gebakjes met verschillend gedraaide slagroomtoefjes als vergelijking voor de polarisatie in de kosmische achtergrondstraling. Of over een keel-, neus- en oorarts die in een voetbalstadion een exotische nies hoort en vervolgonderzoek wil doen en daarom die persoon graag ziet. Een mooie analogie voor de zoektocht naar een zichtbaar signaal van de bronnen van zwaartekrachtgolven.

Fascinerende reis

Het boek is uitgebreid, meer dan driehonderd pagina’s. Hoewel de meer ingevoerde lezer zich waarschijnlijk geen moment verveelt is de gedetailleerde ontstaansgeschiedenis van de grote detectieprojecten misschien niet voor iedereen even interessant.

Naast een lesje natuurkunde en geschiedenis, is het boek een reisverslag. Je kunt je afvragen of er een plek op deze planeet is die Schilling niet heeft bezocht. Hij neemt de lezer mee naar de berg in Chili waar de VLT Survey Telescope speurt naar optische signalen van botsende zwarte gaten, naar Antarctica waar de BICEP2-telescoop naar sporen van zwaartekrachtgolven in de kosmische achtergrondstraling speurt of naar Livingston of Hanford in de Verenigde Staten, waar de gigantische zwaartekrachtgolfdetectoren zijn gevestigd. Ook in eigen land gaat hij op zoek naar curiosa, zoals de vulpen van Einstein waarmee hij waarschijnlijk de relativiteitstheorieën opschreef.