De interpretatie van de roodverschuiving

Verreweg de meeste sterrenkundigen stellen dat het dopplereffect de enige verklaring is
van de roodverschuiving. Dat leidt regelrecht tot de inflatietheorie:
het heelal zou uitdijen en de leeftijd van het heelal is eindig.
Ter inleiding van de roodverschuiving is er een uitleg over de aard van het verschijnsel.
Als je ermee vertrouwd bent, ga dan naar de paragraaf met de titel "Voorlopige samenvatting".

De gasontladingsbuis
Een gasontladingsbuis is een glazen buis, gevuld met een bepaald soort gas of damp,
meestal bij lage druk. In het glas zijn bij de twee uiteinden metalen contacten aangebracht,
zodanig, dat er niets in of uit kan lekken.
Als je op die twee elektroden een potentiaalverschil zet van enige kilovolts,
dan kunnen er vonken overspringen, een gasontlading.
Meestal blijft het dan doorvonken en het gas in het buisje blijft zwak licht uitstralen.
Je moet de kamer soms verduisteren om het goed te kunnen zien.
De elektrische spanning die tenminste nodig is, hangt af van de soort gas en de druk ervan.
Elk gas vertoont licht met zijn eigen specifieke kleur.

De tl- en neonbuis
tl staat voor tube light. Dat betekent buislicht.
Als je tl-buis zegt, dan zeg je eigenlijk buislichtbuis.
Ondanks deze ingeburgerde foute benaming blijven we de tl-buis gebruiken,
zowel in onze taal als in de te verlichten ruimte.
Deze buis is een voorbeeld van een gasontladingsbuis, net als de neonreclameverlichting.

Hoogspanningsbron
Als spanningbron kun je een elektrische ‘voeding’ gebruiken of een elektriseermachine:
een vandergraaffgenerator of een wimshurst. De eerste elektriseermachine is uitgevonden
door Otto von Guericke, die vooral bekend werd door de Maagdenburger halve bollen.
Alle elektriseermachines berusten op scheiding van positieve en negatieve lading
door middel van wrijving.



Het lijnenspectrum
Als je het licht uit een gasontladingsbuisje via een spleet door een prisma laat lopen,
ontstaat er een lijnenspectrum. Dat bestaat uit een aantal evenwijdige, gekleurde lijnen.
De diverse posities van de lijn in het spectrum bepalen specifieke kleuren.
Ze zijn kenmerkend voor het gas, dat het licht uitstraalt.
Elk gas vertoont zijn eigen lijnen- of kleurenpatroon.

Als je hetzelfde licht door een doorlaattralie (= rooster) laat lopen,
krijg je ook een spectrum, dat dezelfde gekleurde lijnen vertoont.
Sommige kermisbrilletjes zijn daarop gebaseerd.
Ook met een reflectietralie kun je een spectrum ontwerpen.
Denk maar eens aan een muziek-cd.

Waterstof in een buisje
Laten we elektrische vonken slaan door een buisje, gevuld met waterstof,
dan dissocieert (= splitst) een deel van de waterstofmoleculen zich in twee losse atomen.
De niet gesplitste moleculen geven dankzij de energie van het elektrische veld
tussen de twee elektroden voor mensen onzichtbare infraroodstraling af.
Waarnemen lukt alleen met geschikte detectoren.
De losse waterstofatomen geven onder andere zichtbare straling af.
Die is zichtbaar als de kamer verduisterd is.
Die zichtbare lijnen in het waterstofspectrum vormen de zogenaamde Balmerreeks,
de ‘vingerafdruk’ van atomair waterstof.
Van elke kleur kan de golflengte extreem nauwkeurig gemeten worden.



Waterstof op een ster
Als men het licht van een ster door een sterrenkijker of telescoop laat vallen,
wordt een brede bundel sterlicht versmald van een aantal m2 tot een aantal mm2.
De lichtversterking is dan ongeveer een miljoen dankzij de ‘trechterwerking’.
Je heb zo vaak meer dan genoeg licht om een spectrum te ontwerpen.
In het spectrum van hoegenaamd alle sterren worden de Balmerkleuren helder teruggevonden.
De conclusie van deze ‘spectraalanalyse’ is, dat op al die sterren flink wat atomaire
waterstof aanwezig moet zijn.
Toch wordt er een fundamenteel belangrijk verschil waargenomen met het licht
uit een waterstofbuisje.
In de meeste gevallen zijn de kleuren verschoven in de richting van het rode uiteinde
van het spectrum. Dat betekent, dat de golflengtes van de diverse kleuren wat groter zijn geworden.
Die verandering heet de ‘roodverschuiving’, in het Engels ‘red shift’.
Bij relatief zeer weinig sterren wordt ook een verschuiving in de richting van de violette
rand van het spectrum waargenomen. Dat heet een violetverschuiving.

Voorlopige samenvatting
De roodverschuiving is in de sterrenkunde geen theoretisch verzinsel.
Het is een experimenteel meetgegeven, dat de kleuren van de spectrale lijnen van verreweg
de meeste sterren zijn verschoven in de richting van de rode rand van het spectrum.
Spiraalnevels vertonen zonder uitzondering roodverschuiving.
Daar kunnen we niet omheen.

Meerdere verklaringen
De roodverschuiving kan op vier totaal verschillende fysische manieren uitgelegd worden:
1. met het dopplereffect, een uitleg met golfverschijnselen',
2. met het comptoneffect, een uitleg met botsingen en
3. met het arpeffect. De leeftijdgebonden uitleg van Arp is nog omstreden.
4. met het einsteineffect.
Ze worden stuk voor stuk besproken.

Het dopplereffect
Verreweg de meest gebruikte verklaring van de iets grotere golflengte is het dopplereffect,
dat bij alle soorten golven bestaat, zoals bij geluid, licht en watergolven.
Als de trillingsbron en de waarnemer zich van elkaar af bewegen, dan worden de golven uitgerekt.
Geluid hoor je zo met een lagere toon dan wanneer de geluidsbron stilstaat.
Bij licht verschuiven alle kleuren zo naar de rode kant.
Hoe groter de snelheid ten opzichte van de metende kijker, hoe sterker de verschuiving van de spectraallijnen.
Dit verschijnsel is vernoemd naar de Oostenrijkse fysicus en hoogleraar Christian Doppler.

Uitdijend heelal
De roodverschuiving van het sterrenlicht kán worden verklaard als al die sterren van ons af bewegen.
Dat geeft het idee van het uitdijende heelal.
Het kan zijn, dat het heelal groeit als gevolg van een oerexplosie, de big bang.
De uitdijing wordt tegengewerkt door de gravitatiekracht, die tussen alle materie aanwezig is.

De wet van Hubble
In ons uitdijend gedachte heelal zien we de sterrenstelsels in alle richtingen
zich van ons verwijderen. De wet van Hubble geeft het verband weer tussen de snelheid van een object
ten opzichte van de aarde en de afstand van de waarnemer tot het object:
afstand is snelheid maal de hubbletijd. Als de snelheid een aantal m/s is en de afstand een aantal meter,
is de hubbletijd 5,62 × 1017 seconden = 0,562 triljoen seconden = 17,8 miljard jaar.
Let op, dat dit niet de leeftijd van het heelal voorstelt, hoewel de orde van grootte wel in die richting zit.
De laatste jaren is de waarde van de hubbletijd tengevolge van diverse opvattingen zeer discutabel geworden.
Nu geldt dus

afstand in m = snelheid in m/s × 5,62 × 1017 s .

Volgens het kosmologisch beginsel geldt de wet van Hubble voor elke waarnemer in het heelal en
de min of meer constante hubbletijd heeft in alle kijkrichtingen dezelfde waarde.
De wet van Hubble is een eigenschap is van de ruimtetijd.
Een afhankelijkheid van de constante van de tijd is toegestaan.

Het is mogelijk om grote afstanden in het heelal indirect te meten
onder andere met behulp van een bepaald soort variabele sterren,
de zogenaamde delta-Cepheïden en met behulp van supernovae.

Snelheden zijn tot het jaar 2013 alleen 'gemeten' door de roodverschuiving geheel en uitsluitend
toe te schrijven aan het dopplereffect.

Het effect van de vermeende uitdijing op ons zonnestelsel
Als Neptunus, de zon en Pluto precies op één lijn staan, in die volgorde,
dan hebben we de grootste afstand in ons zonnestelsel.
Die is (30 + 49) × de afstand van de aarde tot de zon = 79 × 149 miljoen km =
12 biljoen meter.
Vullen we dat in in de wet van Hubble, dan kunnen we berekenen dat Neptunus en Pluto
zich tengevolge van de uitdijing met 21 micrometer per seconde van elkaar verwijderen.
Dat blijft onmeetbaar klein. Binnen ons zonnestelsel stelt de inflatie dus niets voor.

Het comptoneffect
Licht is te beschrijven als een golfverschijnsel, maar evengoed als een bundel
deeltjesachtige objecten, de zogenaamde fotonen. Ze bewegen alle met de lichtsnelheid.
Als een foton op een één of ander materiedeeltje botst, bijvoorbeeld op een elektron,
verliest het foton een klein deel van zijn energie.
Dat betekent onmiddellijk, dat de kleur ook een beetje verandert en
altijd in de richting van het rood. Dat is het comptoneffect.

De ruimte tussen de sterren, de interstellaire ruimte, en vooral tussen de sterrenstelsels,
de extragalactische ruimte, is extreem leeg.
Toch zijn er wel enige deeltjes per km3 en als een foton soms duizenden of miljoenen jaren
door de ruimte beweegt en dus evenveel lichtjaren aflegt,
dan is de kans op een botsing ruwweg evenredig met de reistijd:
hoe groter de afgelegde afstand, hoe sterker de roodverschuiving.

Het arpeffect
Halton Arp, een nog niet zo bekende Amerikaans-Duitse astronoom,
interpreteert de roodverschuiving als een maat voor de leeftijd van een ster:
hoe jonger, des te hoger de roodverschuiving.
Enige aanleidingen voor Arp
De Amerikaanse astronoom William Campbell ontdekte circa het jaar 2000
dat de roodverschuiving van jonge sterren in ons eigen Melkwegstelsel
in de Grote Magelhaense Wolk systematisch iets hoger is dan gemiddeld.
Dat is nog steeds niet goed begrepen.
Arp's ideeën zouden hier uitkomst kunnen bieden.
Uit de sterrenkundige waarnemingen van de Schotten Bruce Guthrie en
Bill Napier blijkt dat de roodverschuivingen van sterrenstelsels
en quasars bepaalde voorkeurswaarden vertonen:
de sterrenstelsels zouden zich in grote 'schillen' bevinden met ons
eigen Melkwegstelsel in het middelpunt.
Als de roodverschuiving verklaard wordt met het dopplereffect,
is dat volstrekt onbegrijpelijk.
Conclusie
Louter op grond van de vermeende uitdijing ten gevolge van de oerknal heeft men een schatting
van de leeftijd en van de afstand tot de verst waarneembare objecten gemaakt.
De overige uitlegmogelijkheden van de roodverschuiving maken die schattingen volstrekt onbepaald en
daarmee onbetrouwbaar.
Enkele astronomen erkennen die mogelijkheden, zoals de Britse, bejaarde, opstandige en
wereldberoemde astronome Margaret Burbidge, maar de meeste sterrenkundigen vinden het
maar moeilijk om toe te geven, dat hun heelalmodel, dat al vele tientallen jaren oud is
en waarop veel veronderstellingen gebaseerd zijn, wellicht niet deugt.

Enige problemen
Volgens de oerknaltheorie zou het heelal circa elf miljard jaar oud zin.
De leeftijd van de oudst sterren, voor zover bekend, is omstreeks zestien miljard jaar.
Die twee resultaten zijn strijdig met elkaar.
Een kind kan niet ouder zijn dan zijn vader of moeder.

Het overgrote deel van de sterrenkundigen gelooft eigenlijk alleen maar
in de verklaring van de gevolgen van de big bang en het dopplereffect.
De andere verklaringen van de roodverschuiving zijn niettemin zeer wel mogelijk.
Maar daar wordt nauwelijks of geen aandacht aan besteed.

Arp wordt behoorlijk genegeerd door zijn vakgenoten.
Hij publiceerde daarom zijn bevindingen zelf in zijn boek:
Quasars, redshifts and controversies.
Hierin geeft hij nogal wat voorbeelden van objecten met totaal verschillende
roodverschuivingen, die toch met elkaar verbonden lijken te zijn door ijle gasslierten.
Dat kan natuurlijk niet als de objecten op heel verschillende afstanden staan.
Het kleine aantal commentatoren wijten het aan gezichtsbedrog en toevallige schijnbare
samenstanden maar dat is wel erg kort door de bocht.

Andere problemen
Volgens de uitdijing vertonen de meest verre objecten, supernova, een herkenbare roodverschuiving,
Het universum zou na haar ontstaan nog steeds vertraagd uitdijen tengevolge van de gravitatie,
Perlmutter, leider van het Supernova Cosmology Project in Californië, beweert het tegenovergestelde.
Na vijftien jaar onderzoek aan het eind van de twintigste eeuw, ontdekte hij, samen met Schmidt,
door het bestuderen bij veertig supernovae, dat ze systematisch een lage roodverschuiving
toonden. Het meeste licht in de verte is de langste route en daarmee de oudste geweest.
Saul Perlmutter kreeg de Nobelprijs voor de astronomie in 2011.

Bezwaar
De auteur van deze website is het niet eens met de conclusie van Perlmutter.
Vlak na het begin van het heelal zijn uitbreidende snelheid was maximaal.
Na het het begin van het heelal ging de uitbreiding vertraagd als gevolg van gravitatie.
Als vandaag astronomen het licht van die begintijd zien met enorme roodverschuiving,
geeft het de indruk dat het heelal versneld uitdijt. Dus de versnelling is een illusie.
Dus een verzonnen afstotende kracht is volledig overbodig.

4 Het Einstein effect is relativistische.
Dit effect is niet relevant voor extreem grote afstanden.


Astronomie
Wetenschappen