Wanneer we vandaag de dag spreken over de oorsprong van het heelal, denken de meeste mensen aan de oerknal. Toch was dat in de eerste helft van de twintigste eeuw verre van vanzelfsprekend. Gedurende decennia bestond er een serieuze rivaal: de steady-state theorie, ontwikkeld door de natuurkundigen Fred Hoyle, Thomas Gold en Hermann Bondi. Deze theorie bood een alternatief kosmologisch model dat probeerde te verklaren hoe het heelal er op grote schaal uitziet en functioneert, zonder een beginpunt in de tijd. Hoewel de steady-state theorie uiteindelijk door waarnemingen werd weerlegd, heeft zij een belangrijke rol gespeeld in de geschiedenis van de kosmologie.
Achtergrond: uitdijend heelal en de oerknal
Na de ontdekking van de uitdijing van het heelal door Edwin Hubble in 1929 ontstond de vraag hoe dat te interpreteren viel. De oerknaltheorie, zoals voorgesteld door Georges Lemaître en verder uitgewerkt door onder andere George Gamow, ging uit van een kosmisch beginpunt: een extreem heet en dicht moment waarop ruimte, tijd en materie ontstonden. Veel natuurkundigen vonden dit idee echter onbevredigend. Het suggereerde immers dat het heelal een begin had gehad, een concept dat filosofisch en wetenschappelijk lastig lag. Men was gewend te denken aan een eeuwig en onveranderlijk universum. Uit die scepsis groeide de behoefte aan een alternatief model.
De geboorte van de steady-state theorie
In 1948 presenteerden Fred Hoyle, Hermann Bondi en Thomas Gold hun steady-state theorie. Hun uitgangspunt was het “perfecte kosmologische principe”: niet alleen is het heelal op grote schaal homogeen (overal ongeveer hetzelfde) en isotroop (in alle richtingen gelijk), maar dit moet ook in de tijd gelden. Met andere woorden: op de grootste schaal is het heelal altijd hetzelfde geweest en zal het altijd hetzelfde blijven. Maar hoe valt dit te rijmen met het feit dat Hubble had aangetoond dat het heelal uitdijt? Hoyle en zijn collega’s kwamen met een ingenieuze oplossing. Terwijl de ruimte uitdijt, zou er voortdurend nieuwe materie ontstaan om de lege ruimte op te vullen. Hierdoor zou de gemiddelde dichtheid van het heelal gelijk blijven, ook al bewegen sterrenstelsels steeds verder uit elkaar.
Het idee van materiecreatie
De hoeveelheid materie die volgens de steady-state theorie moest ontstaan was extreem klein: ongeveer één waterstofatoom per kubieke meter per miljard jaar. Dat lijkt te verwaarlozen, maar over kosmische tijdschalen en enorme volumes zou dit voldoende zijn om steeds nieuwe sterrenstelsels te vormen. Hoyle stelde zelfs een mechanisme voor: een soort “creatieveld” dat materie voortbracht. Hoewel dit speculatief bleef en nooit experimenteel bevestigd werd, bood het wel een manier om het uitdijende heelal in overeenstemming te brengen met het idee van eeuwigheid en onveranderlijkheid.
Filosofische aantrekkingskracht
De steady-state theorie had grote filosofische aantrekkingskracht. Ze vermeed het probleem van een kosmisch begin, dat voor sommigen te veel leek op religieuze scheppingsverhalen. Fred Hoyle, die zelf atheïst was, vond het idee van een “scheppingsmoment” onwetenschappelijk en verkoos een model waarin het heelal eeuwig kon bestaan. Bovendien was de steady-state theorie elegant in haar eenvoud: het heelal ziet er altijd en overal hetzelfde uit, en verandert niet fundamenteel met de tijd. Voor veel wetenschappers in de jaren 1950 klonk dit aantrekkelijker dan een explosieve oerknal.
Observaties en de eerste scheuren
Vanaf de jaren 1950 werden radiotelescopen steeds krachtiger. Astronomen ontdekten talloze verre radiobronnen en quasars. Wat bleek: het aantal quasars nam sterk toe naarmate men verder het heelal in keek (en dus verder terug in de tijd). Dit wees erop dat het heelal er in vroegere tijden anders uitzag dan nu, precies wat de steady-state theorie ontkende. Ook de verdeling van sterrenstelsels leverde problemen op. Er bleek een duidelijke evolutie plaats te vinden: jonge sterrenstelsels zagen er anders uit dan oude. Daarmee leek het “perfecte kosmologische principe” niet te kloppen.
De genadeklap: kosmische achtergrondstraling
Het beslissende bewijs tegen de steady-state theorie kwam in 1965. Arno Penzias en Robert Wilson ontdekten per toeval een zwakke ruis die uit alle richtingen van de hemel leek te komen. Dit bleek de kosmische microgolfachtergrondstraling te zijn, precies het soort overblijfsel dat de oerknaltheorie voorspelde, maar dat de steady-state theorie onmogelijk kon verklaren. Hoewel Hoyle en anderen nog probeerden alternatieve verklaringen te bieden, was het duidelijk dat de achtergrondstraling de nagloed was van een heet, jong heelal. Daarmee verloor de steady-state theorie vrijwel al haar aanhang.
Moderne varianten
Hoewel de klassieke steady-state theorie niet meer serieus wordt genomen, zijn er moderne varianten ontwikkeld. Sommige kosmologische modellen, zoals het “inflatoire multiversum” of “cyclusmodellen”, hebben overeenkomsten met het idee van een eeuwig heelal waarin lokaal “oerknallen” plaatsvinden. Deze theorieën zijn deels erfgenamen van de filosofische aantrekkingskracht van steady state.
