Nieuwsbrief 40

Het mysterie van zwarte gaten

In de jaren dat ik natuur-, wis- en sterrenkunde studeerde begonnen sterrenkundigen te geloven in de mogelijkheid van zwarte gaten, gebieden in de ruimtetijd die door ineenstorting van sterren een dermate groot zwaartekrachtsveld hebben dat licht er niet aan kan ontsnappen. De wiskundige Roger Penrose had halverwege de jaren zestig van de vorige eeuw bewezen dat zwaartekrachtsinstorting in het centrum van een zwart gat tot een singulariteit, een punt met oneindige massadichtheid of oneindige kromming leidt.

Een zwart gat heeft een waarnemingshorizon waar gezien vanuit een waarnemer buiten die horizon de tijd stilstaat. Maar een waarnemer die zich in de richting van een zwart gat beweegt ervaart tijd anders. Het is alsof de verdere geschiedenis van het heelal aan hem voorbijvliegt. Zonder problemen passeert hij de waarnemingshorizon en wordt door de sterke zwaartekrachtsvelden uiteengerukt. In een niet roterend zwart gat wordt hij in het midden waar de singulariteit zich bevindt tot een punt wordt samengedrukt.

Geen wonder dat sterrenkundigen aarzelden om zwarte gaten in hun repertoire op te nemen. Het was te heftig wat daar gebeurde. Het geloof onder sterrenkundigen was dat de natuur wel een manier zou hebben bedacht om de ineenstorting tot een singulariteit te vermijden. Omdat de quantumfysica in de berekeningen van Penrose geen rol speelde, was het inderdaad de vraag of het allemaal wel klopte.

Een zwart gat volgens de sf-film Interstellar.

Toen ik ging studeren, was ik mij van al die vragen niet bewust. Bovendien werd mijn aandacht afgeleid door het onbewuste dat zich in het eerste jaar van mijn studie begon te manifesteren. Ik moest leren in twee werelden te leven, in een wereld van natuurwetten en in een wereld waarin een machtige inhoud van het onbewuste zich ook buiten mij in een onverwacht onweer kon manifesteren. Dat viel natuurlijk niet mee.

Mijn hoop was al die tijd gevestigd op de quantumfysica omdat deze tak van de natuurkunde geen aanschouwelijk beeld van atomen geeft. De quantumfysica gaf ruimte aan archetypische inhouden om zich in uiterlijke gebeurtenissen te manifesteren. Dat had Jung synchroniciteit genoemd als westers equivalent van het Chinese Dao. In 1989 kwam ik door archiefonderzoek erachter dat theoretisch fysicus Wolfgang Pauli in de jaren vijftig van de vorige eeuw de relatie tussen quantumfysica en synchroniciteit had onderzocht. In een fantasieverhaal uit oktober 1953 had hij beschreven dat een Chinese dame de wereld der verschijnselen via pianospel voortbracht. Muziek was voor hem een metafoor voor synchroniciteit. Natuurkundigen waren in de Pianoles geleerden die de wereld probeerden te begrijpen zonder naar het pianospel te luisteren.

Het kwam niet in mij op om de inzichten van Pauli en Jung  ook naar de kosmos uit te breiden. Zij golden in eerste instantie voor het leven hier op aarde, ver weg van stralende sterren, witte dwergen en zwarte gaten.* Toen ik mijn sprookje over Joël schreef, hoefde ik hem geen reis door het heelal te laten maken. Hij draagt een ring bij zich waardoor hij voorbestemd is om meer magie en liefde in de wereld te brengen. Waarom zou hij zich om de sterrenhemel bekommeren?

Opvallend genoeg is de kosmos toch in mijn leven teruggekeerd. In Australië ken ik Maureen Roberts, een Keltische sjamane die met schizofrene patiënten werkt en in Adelaide gepromoveerd is op een Jungiaanse analyse van het werk van de Engelse dichter W.B. Yeats. In november 2015 begon ze mij berichten uit de kosmos toe te sturen die zij toen nog orakels noemde. Zij had er moeite mee om zichzelf als orakel te zien. Volgens deze boodschappen zou de kosmos gebaseerd zijn op liefde en synchroniciteit. Als dat waar was, zou Pauli niet alleen gelijk hebben gehad in relatie tot de quantumfysica, maar ook ten opzichte van de kosmologie.

Volgens Roberts komt er een nieuwe wetenschap gebaseerd op liefde. Wezens uit de kosmos gaan ons helpen ‘om de zin en betekenis van wetenschap te transmuteren en op één lijn te brengen met wat een van jullie wijzen (Jung) synchroniciteit noemde, de grondslag van alle zinvolle heelheid, coïncidentie en gemeenschappelijkheid binnenin jullie en tussen alle wezens van de kosmos.’

Als de natuurkunde het raadsel van zwarte gaten had opgelost, had ik Roberts misschien niet geloofd. Maar de natuurkunde tast wat zwarte gaten betreft echt in het duister. Robbert Dijkgraaf, hoofd van het Institute for Advanced Study in Princeton, geeft dat onomwonden toe. In centra van melkwegstelsels bevinden zich supermassieve zwarte gaten. Rond die zwarte gaten met miljoenen tot miljarden zonsmassa’s gedragen sterren zich op een andere wijze dan op grond van de zwaartekrachtstheorieën van Newton en Einstein verwacht mag worden. Maar fysici weten ook niet wat een zwart gat precies is. Het idee van een zwart gat volgt uit Einsteins zwaartekrachtstheorie. Maar dat is een klassieke theorie waarin de quantumfysica geen rol speelt.

Robbert Dijkgraaf in ‘The Mind of the Universe’ (VPRO)

Om een beter beeld van zwarte gaten te krijgen zou je de quantumfysica erbij willen betrekken. Maar het blijkt heel lastig te zijn om de taal van de algemene relativiteitstheorie met die van de quantumfysica in verband te brengen. In de snaartheorie worden pogingen ondernomen om tot een begrip van quantumzwaartekracht te komen. Dijkgraaf zegt erover in de New Scientist van december 2016:

‘In de snaartheorie willen we alles tegelijk doen. We willen de taal van de quantummechanica en de taal van de algemene relativiteitstheorie met elkaar verbinden. Die overkoepelende taal bestaat nog niet, al zien we af en toe fragmenten, schimmen, die gevangen zitten in een eigen wiskundige taal.’ De grote uitdaging is volgens Dijkgraaf het zwarte gat: ‘Wanneer we zwarte gaten echt doorgronden, ontdekken we (…) misschien de nieuwe wiskundige laag waar we zo nadrukkelijk naar zoeken… Maar één ding is wel zeker. De volgende stap in de voortdurende mathematisering van de werkelijkheid zal onze blik op het universum tot in de allerdiepste kern veranderen.’

Helaas weten de natuurkundigen niet dat Pauli al tot de slotsom is gekomen dat de quantumfysica onvolledig is. Misschien gaat het erom de taal van synchroniciteit en de taal van de algemene relativiteitstheorie met elkaar te verbinden. Hoe dat zou moeten is al even onvoorstelbaar. In de algemene relativiteitstheorie wordt zwaartekracht beschreven als kromming van ruimtetijd. Het is een schitterende theorie waarover Dijkgraaf niettemin opmerkt: ‘Het zwarte gat is de meest krankzinnige voorspelling van Einstein. Het is het onderdeel van zijn theorie waarin die theorie zelf niet meer lijkt te werken.’

Vandaar dat er in science fiction films en metafysische literatuur voorstellingen van een zwart gat zijn te vinden die niet zonder meer opzij geschoven kunnen worden. In Kosmos van de ziel van Patricia Cori wordt over de ineenstorting van een ster gesteld: ‘Wanneer de fase van totale ineenstorting is bereikt, is er helemaal geen tijd meer. Wij menen dat multidimensionaliteit begint waar lineaire tijd ophoudt, want jullie weten dat de dood niets anders is dan een doorgang naar andere zijnstoestanden, en elk einde is een nieuw begin.’

De verbinding tussen algemene relativiteitstheorie en synchroniciteit ligt bij het fenomeen tijd. In de algemene relativiteitstheorie is de tijd een meetkundige dimensie: de vierde dimensie. Tijd is bij Einstein gekromd, maar wel lineair. En als tijd op de waarnemingshorizon ophoudt te bestaan, zou synchroniciteit het estafettestokje over kunnen nemen. Einstein en Jung zouden elkaar daar de hand kunnen reiken. Maar dat is niet de visie van natuurkundigen.  Die kunnen zich aan de hand van de vergelijkingen van Einstein toch een voorstelling maken van het inwendige van een zwart gat. Maar vanwege de singulariteit van Penrose is er twijfel aan de geldigheid van deze voorstelling.

Onze angst voor de dood heeft misschien verhinderd om ons de wiskundige instrumenten te leveren die over ruimte en tijd heen reiken. Maureen Roberts ziet het in haar nog niet gepubliceerde manuscript The Erocentric Vision als volgt. Ze spreekt niet over een zwart gat, maar over een zwarte bol: ‘Het oversteken van de gebeurtenishorizon van een zwarte bol kan tot een graalvisioen van zo’n overweldigende gelukzaligheid en helderheid leiden dat de pelgrim nooit terug kan keren om het verhaal erover te vertellen, want hij of zij is gedesintegreerd in extase, hoewel de vervagende restanten van het visioen in een andere kosmos tevoorschijn kunnen komen.’

Astronaut Cooper zweeft in wat een vierdimensionale kubus moet voorstellen. (Interstellar)

In de sf-film Interstellar loopt het beter af met Joseph Cooper, de astronaut die een zwart gat induikt. Hij komt in de vierde dimensie terecht en wordt zich bewust van de vijfde. Ooit heb ik uitgezocht dat de vijfde dimensie de dimensie van liefde, mededogen en synchroniciteit is. Maar aan een sf-film heb ik niet veel om natuurkundigen te kunnen overtuigen. De regisseur Christopher Nolan heeft zich wel gehouden aan de berekeningen van Kip Thorne, een bekend theoretisch fysicus en inmiddels ook Nobelprijswinnaar. Maar voor het plot van de film was hij op zijn fantasie en de geometrie van een vierdimensionale kubus aangewezen.

Wie heeft er nu gelijk? Het lijkt mij aannemelijk dat er voorbij de waarnemingshorizon een werkelijkheid begint die we niet een, twee, drie kunnen vatten. Toen David Bowie aan leverkanker leed, nam hij een album op dat Blackstar heet. Hier is er een onmiskenbare relatie met de dood. Marie-Louise von Franz onderzocht dromen van stervende mensen en vroeg zich af of de drempel tussen leven en dood vergelijkbaar was met de waarnemingshorizon van zwarte gaten. Zij citeert in Over dromen en de dood een droom van een vrouw. Die bevond zich in de droom op een tuinfeest met veel mensen onder wie Jung:

‘Hij droeg een vreemd pak: jas en broek waren aan de voorkant helder groen en op de rug zwart. Toen zag ze een zwarte muur met een gat van precies de omvang van Jung. Jung ging plotseling in het gat staan en nu zag je alleen nog maar het aaneengesloten zwarte vlak, maar iedereen wist dat hij er nog was. Toen keek de droomster naar zichzelf en ze kwam tot de conclusie dat ze ook zo’n kledingstuk, van voren groen en van achteren zwart, droeg.’

De vrouw werd verwonderd wakker en hoorde via de radio dat Jung was gestorven. Von Franz duidt de droom als een verwijzing naar de drempel tussen het waarnemingsvermogen van levenden en doden. De werelden van levenden en doden zouden elkaars spiegelbeeld zijn. Bij een ster zoals David Bowie kunnen we ons voorstellen dat hij via zijn album Blackstar voort wilde leven. Jung leeft voort in zijn werk, maar ook aan de andere kant die we niet kunnen zien. Een ster die aan het einde van zijn levenscyclus is gekomen kan een witte dwerg, een neutronenster of een zwart gat worden.* Alleen in het laatste geval is de ster een gat in de ruimtetijd geworden.

De supermassieve zwarte gaten in de centra van melkwegstelsels tonen aan dat er meer aan de hand is dan het eindstadium van een ster. Supermassieve zwarte gaten spelen een centrale rol bij de structuur van het heelal. In zo’n gat duikt ruimte met een duizelingwekkende snelheid naar een singulariteit toe. Daardoor kan licht niet meer ontsnappen. Maar het is onlogisch dat deze val in één punt eindigt. Sommige natuurkundigen geloven dat er daarom sprake moet zijn van een wit gat waar de verloren gegane materie weer tevoorschijn komt. Volgens Itzhak Bentov die in 1972 bij een vliegtuigongeluk omkwam vormen zwarte gaten de verbinding tussen twee universa. Dat wordt door Mellen-Thomas Benedict na zijn bijnadood-ervaring bevestigd. Mogelijk vormen zwarte gaten, zoals Roger Penrose al heeft laten zien, de poort naar een parallel heelal. Dan zou nader begrip van zwarte gaten onze blik op het universum inderdaad tot in de allerdiepste kern kunnen veranderen.

Herbert van Erkelens

  • Een witte dwerg is een ster waarin geen kernreacties plaatsvinden en elektronen een druk uitoefenen die de zwaartekracht weerstaat. In een neutronenster zijn die elektronen samen met de aanwezige protonen omgezet in neutronen. Neutronensterren kunnen sterke bronnen van radiostraling vormen.

  • Over de geschiedenis van het idee van zwarte gaten is bij Veen Media een interessant boek verschenen: Marcia Bartusiak: ‘Zwarte gaten. Het idee dat de kosmos veranderde.’ Dit is een Nederlandse vertaling van een Engels boek uit 2015. Ik vond zelf die vertaling wat gebrekkig.


## Reacties

Carolien Balt on 2017-11-12 13:31:58 +0000

Heel interessant allemaal, Herbert! Dank je! Met warme groet, Carolien