De plasmatheorie voor het ontstaan van sterrenstelsels, sterren en planeten

Samenvatting: De gebruikelijke hypothese over het ontstaan van het heelal, de Big Bang-hypothese, is eigenlijk onhoudbaar geworden. Waarom is die dan nog niet vervangen door een betere? Daarvoor zijn vele redenen aan te voeren, maar één ervan heeft te maken met de manier van werken in de wetenschap: je gooit geen oude schoenen weg voordat je nieuwe hebt. En alternatieve hypothesen voor het ontstaan van de kosmos zijn schaars. Er is er echter één die veelbelovend is, en die gaan we hier bekijken, nl. de plasmatheorie. In dit artikel gaan we kijken welke mogelijkheden deze biedt binnen een Bijbels kader. En uiteraard volgen we Barry Setterfield op zijn zoektocht door dit gebied.

Deeltjes en ‘deeltjes’, afmetingen in de natuurkunde

Wie niet thuis is in de wereld van de natuurkunde, raakt gemakkelijk de draad kwijt tussen al die ‘deeltjes’, waaruit onze werkelijkheid bestaat. Om een beetje inzicht te geven: de deeltjesparen waaruit het nulpuntsveld bestaat hebben alle afmetingen, groter dan de Planck-lengte en overeenkomstige energieën. En ze zijn ‘virtueel’: ze zijn normaal niet merkbaar, pas als ze even ‘reëel’ worden, manifesteren ze zich. De deeltjes waaruit de materie bestaat (moleculen, atomen, elektronen, neutronen, protonen, etc.) zijn altijd reëel en enkelvoudig, ze treden niet in paren op. Materie is een buitengewoon ijle zaak. Het is meer dan 99% ‘niets’ en minder dan 1% ‘iets’. Materialisten hebben niet veel in handen, als je je dit realiseert. In de Big Bang-theorie is er het probleem – veroorzaakt door QED – dat er alleen reële deeltjes zijn en dat de verwachte grote aantallen deeltjes en antideeltjes onvindbaar zijn. Dat komt omdat in QED het ZPF in feite niet bestaat; virtuele deeltjesparen manifesteren zich plotseling en zijn even plotseling weer in het niets verdwenen. Men noemt dat daar kwantum-onzekerheid.

Als we nu naar afmetingen kijken en we gaan van de afmeting van atomen naar de afmeting van de zon bijvoorbeeld, dan bevat die een onvoorstelbaar grote hoeveelheid atomen. De zon is zoveel groter dan een atoom, dat we geen echte voorstelling van die verhouding kunnen maken. Maar in verhouding tot de afmeting van een sterrenstelsel is ook de zon nietig. Als we een puntje met een scherp geslepen potlood zetten, dat de zon voorstelt, dan is de naastbijgelegen ster een ongeveer even groot puntje op 7 kilometer afstand! Ook het heelal is grotendeels leeg! En rond dat ene nietige sterretje draait dan – als één van een serie – een middelmatig grote planeet. Op deze schijnbaar onbeduidende plek ergens in het onmetelijke heelal concentreert zich de aandacht van de Schepper van dit alles. Hier vindt het grote drama plaats waarbij de hele kosmos betrokken is. Gebeurtenissen hier bepalen het lot van de hele schepping. Wat een adembenemende gedachte.

Iets over de geschiedenis van de plasmatheorie

Barry Setterfield – wiens werk wij in deze serie bespreken – heeft zich vooreerst niet bezig gehouden met de vorming van de ‘inhoud’ van het heelal. Maar sinds enige tijd is daar verandering in gekomen. Een al langer bestaande theorie trok zijn aandacht, nl. de plasmatheorie. Die is al meer dan een eeuw geleden geformuleerd door de Noorse onderzoeker Kristian Birkeland (1867-1917) en later aangevuld door de Zweed Hannes Alfvén (1908-1995), die hun theorieën konden testen aan het in hun landen optredende Noorderlicht. Birkeland was zijn tijd ver vooruit, daarom landden zijn ideeën nauwelijks. Bovendien werd hij tegengewerkt door een gevierd wiskundige, de Brit Sydney Chapman (1888-1970). Ook Hannes Alfvén heeft onder wetenschappers weinig waardering gekend voor zijn werk. Toch heeft hij in 1970 de Nobelprijs voor de natuurkunde ontvangen voor zijn werk aan de plasmatheorie. Maar ook daarna werd het hem onmogelijk gemaakt om in gerenommeerde tijdschriften te publiceren. In de laatste decennia is de belangstelling voor het werk van deze twee mannen echter gegroeid.

Wat is plasma?

Plasma is materie waarvan de elektronen gescheiden zijn van de atoomkernen. Men noemt zulke materie geïoniseerd. De materie in het heelal is voor een groot deel in plasmavorm. Je kunt plasma zien als de vierde aggregatietoestand van materie, in de reeks: vast, vloeibaar, gasvorming, plasma. Plasma bestaat in drie verschijningsvormen, afhankelijk van de temperatuur. Elk daarvan heeft zijn eigen typische karakteristieken. Je hebt plasma in ‘dark mode’, dan is het koud en onzichtbaar, ‘glow mode’ zoals in TL lampen, en ‘arc mode’, zeer heet plasma, zoals in bliksem en de vlamboog bij elektrisch lassen.

Plasma vormt in het heelal zeer lange banen geïoniseerd gas: strengen van positief geladen atoomkernen, en negatief geladen elektronen, die van elkaar gescheiden zijn, en zich over astronomische afstanden kunnen uitstrekken. Deze strengen gedragen zich al als plasma als maar enkele procenten van die materie echt geïoniseerd is. Door dit plasma gaan elektrische stromen van vaak miljarden ampères, soms veelvouden daarvan. Rond deze elektrische stromen vormen zich zeer krachtige magnetische velden. Elektromagnetische krachten zijn duizenden malen sterker dan de zwaartekracht, waarop de Big Bang is gebaseerd.

Het heelal bestaat eigenlijk uit een soort netwerkstructuur van filamenten, zgn. Birkeland strengen, met daartussen grote lege ruimten, zgn. ‘voids’. Deze structuur is in 1963 voorspeld door Hannes Alfvén en in 1991 door waarneming bevestigd. Op deze filamenten zie je allerlei stipjes. Dat zijn sterrenstelsels of clusters van sterrenstelsels. Die zijn aan deze filamenten ‘geregen’ als bedeltjes aan een armband. Het vlak van zulke sterrenstelsels staat loodrecht op het filament. Alle sterrenstelsels zijn ook rond deze ‘filamenten’ ontstaan. Birkeland heeft talloze experimenten gedaan met plasma strengen. Daaruit bleek dat, wanneer je een aantal (twee of meer) strengen parallel laat komen, het geheel onstabiel wordt. Ergens onderweg ontstaat er dan een afknijping, ‘pinch’ genoemd. Rond zo’n pinch vormen zich dan allerlei structuren, die we kennen uit de sterrenkunde: actieve sterrenstelsels, quasars, spiraalvormige sterrenstelsels, en andere vormen, en op kleinere schaal: zon- en planetenstelsels.

Een grote stap voorwaarts was het verschijnen in 2006 van het boek The Electric Sky van de elektrotechnisch ingenieur Donald Scott, en later The Electric Universe van Wallace Thornhill & David Talbott. Maar een enorme bijdrage wordt geleverd door het onderzoek in Los Alamos.

Huidig plasma onderzoek

Er is een toenemend aantal wetenschappers, dat zich bezighoudt met de plasmatheorie. Een van de bekendste is dr. Anthony Peratt, mede-directeur van het ‘Los Alamos National Laboratory’, waar de H-bom is ontwikkeld en men nu werkt aan onderzoek naar praktische mogelijkheden voor kernfusie-reactoren. De Amerikaanse regering steekt veel geld in dit onderzoek. Apparatuur in dit laboratorium wordt ook gebruikt voor onderzoek naar de vorming van kosmische structuren met behulp van hoogspannings-plasma ontladingen.

Peratt is er in geslaagd om in zijn laboratorium met behulp van zeer hoge spanning twee of meer Birkeland-strengen te verenigen tot miniatuur sterrenstelsels. Er ontstaan verschillende typen, afhankelijk van het aantal ‘strengen’ en de grootte van de elektrische spanning. Hier zien we beelden van deze experimenten: Bovenaan een beeld van de ‘Andromedanevel’ (M81), en daaronder enkele beelden van de vorming van een sterrenstelsel in het laboratorium, uit twee Birkeland-strengen. Je moet deze strengen denken als haaks op het papier (of beeldscherm). Er zijn talloze beelden als deze bekend, ook van het werken met meer dan twee Birkeland-strengen. Op deze manier ontstaan alle vormen die wij in het heelal kunnen zien. En het verrassende van deze theorie is, dat experimenten die op kleine schaal in het laboratorium worden gedaan, kunnen worden ‘opgeschaald’ naar kosmische proporties, waarbij echter ook de benodigde tijd wordt opgeschaald, met andere woorden: het duurt dan erg lang, ongeveer in de tijdschaal van de Big Bang. Maar als je in rekening brengt dat het nulpuntsveld in het begin zeer zwak was, betekent het, dat ook de atomaire en fysische processen oneindig veel sneller afliepen. Een zeer veelbelovende hypothese!

Wat is er te zeggen over het Bijbelse bericht over het begin van alles?

In de Big Bang hypothese begint alles met een expansie vanuit één punt, een expansie die nog steeds voortduurt en zelfs versnelt. De elementen die na de plasmafase ontstaan zijn waterstof (H) en volgens verschillende onderzoekers Helium (He). Initieel is de temperatuur buitengewoon hoog en is vandaag gedaald tot ±2,7°K (-270,45°C).

Hoe is dat nu in Setterfield’s opvatting? Ook hier is een enorme expansie, maar niet vanuit één zgn. ‘singulier’ punt, maar door het Woord van God. En die expansie is oneindig veel sneller dan men in de Big Bang hypothese durft te vermoeden. De Bijbel zegt verschillende malen dat God ‘de hemel uitspant als een tentkleed’ (Psalm 104:2) / ‘Hij breidt de hemel uit als een doek’ (Jes. 40:22) / ‘de hemel schiep en uitspande’ (Jes. 42:5) / ‘Ik die de hemel heb uitgespannen’ (Jes. 44:24) / ‘mijn handen hebben de hemelen uitgespannen’ (Jes. 45:12) / ‘Mijn rechterhand heeft de hemelen uitgebreid’ (Jes. 48:13) / ‘…de Here, uw Maker, die de hemel uitspande’ (Jes. 51:13) / ‘Ik, die de hemel uitspan’ (Jes. 51:16) / ‘Hij. . . breidt de hemel uit door zijn verstand’ (Jer. 10:12) / ‘zelfde tekst’ (Jer. 51:15) / ‘…de Here, die de hemel uitspant’ (Zach. 12:1) / ‘Hij spant geheel alleen de hemel uit’(Job 9:8). In de meeste van deze teksten wordt hetzelfde Hebreeuwse woord (nata) gebruikt, wat betekent oprekken, uitbreiden, uitspreiden, vastzetten. Deze expansie duurt niet eeuwig voort, maar is wellicht al aan het einde van de eerste dag of na enkele dagen geëindigd.

In Setterfields model zijn de bouwstenen voor de elementen direct met de schepping gegeven. En hier niet alleen waterstof (H) maar – wonderlijk genoeg – ook zuurstof (O), en wel in dezelfde verhouding als in water, dus 2 atomen waterstof tegen 1 atoom zuurstof. Prof. Ed Boudreaux, chemicus aan de universiteit van New Orleans, heeft berekend dat, als origineel deze twee elementen in deze verhouding aanwezig zijn, binnen een half uur in het gloeiend hete plasma van 10-20 miljard °C alle ons bekende elementen kunnen zijn gevormd. We zien ook nu aan de ‘rand’ van het zichtbare heelal ijzer en vele zwaardere elementen in overvloed aanwezig! Ongeveer halverwege de eerste scheppingsdag beginnen delen van het pure plasma zich tot elementen te verenigen en wordt het heelal ‘doorzichtig’.

Hoe vormen sterrenstelsels rond filamenten?

Tijdens dat hele proces beginnen zich al lange plasmastrengen te vormen. Als twee of meer strengen van dezelfde soort elkaar naderen, beginnen ze aan een interactie, waarin er dan ergens een instabiliteit ontstaat, waardoor deze strengen in elkaar worden geknepen. Deze verenigde strengen noemen we een filament. De afknijping heet een ‘pinch’. Dit start een serie processen die leidt tot de vorming van een of andere vorm van sterrenstelsel. Afhankelijk van het aantal strengen (of stromen), ontstaan twee, drie of meer spiraalarmen. Het vlak van het zo gevormde sterrenstelsel staat haaks op de strengen die het vormden. Verderop treden dan allerlei andere pinches op, waardoor langs die filamenten hele rijen sterrenstelsels ontstaan. In principe is hiermee de vorming van sterrenstelsels beschreven

Hoe vormen planetenstelsels?

De spiraalarmen zijn secundaire filamenten, waarlangs kleinere structuren worden gevormd, nl. zon- en planetenstelsels. Dat gebeurt op dezelfde manier. Maar door de geringere energie in deze filamenten ontstaan er geen sterrenstelsels meer. Een ‘pinch’ geeft nu aanleiding tot de vorming van een stelsel van planeten en een centrale ster. In een filament concentreren zich de zwaarste elementen naar de kern toe. Bij een ‘pinch’ worden de strengen van buiten naar binnen ‘afgehandeld’. De pinch geeft aanleiding tot de vorming van een bolvormig lichaam, waarin allerlei elementen aanwezig zijn. Daarna worden successievelijk de meer naar binnen liggende strengen afgeknepen en ontstaan planeten die meer naar de kern liggen. Tenslotte concentreert zich de materie van de binnenste strengen tot een groter hemellichaam, doorgaans een ster. Typisch is, dat de buitenste planeten de minste zware elementen hebben, en de binnenste planeten de meeste. Mercurius (eerste beeld) bijvoorbeeld, de binnenste planeet, heeft een zeer grote ijzerkern, zodanig dat er bijna geen plaats is voor een mantel, en via Venus, Aarde en Mars wordt die relatief steeds kleiner. De grote buitenplaneten hebben relatief maar een zeer kleine ijzeren of steenachtige kern (zie tweede afbeelding). Ook in de zo ontstane planeten is de materiaalverdeling zodanig, dat de zwaarste (zijn ook de meest radioactieve) elementen in de kern liggen en dat naar buiten toe de lichtere elementen overheersen.

Ook hier worden de structuren gevormd, haaks op de filamenten. Dat kunnen we zelf goed zien, omdat de Melkweg (dat is die heldere lichte band dwars over de hemel, die je in donkere nachten kunt zien) de zijkant is van ons eigen sterrenstelsel, en die Melkweg staat ongeveer haaks op het vlak waarin de planeten om de zon draaien (de ecliptica). Bij dit alles moet bedacht worden dat deze processen zich op deze eerste scheppingsdagen met razende snelheid hebben voltrokken. Pas op de zesde dag, als alle processen in kalmer vaarwater zijn gekomen, is de kosmos geschikt om de mens ten tonele te voeren.

Wat betekent dat nu voor Setterfields opvattingen?

Het onderzoek naar de vorming van kosmologische structuren als sterren- en planetenstelsels gaat gewoon verder en levert succes na succes op. Het blijkt een vruchtbare theorie te zijn, die niet lijdt onder de problemen van de huidige Big Bang opvatting. Verder onderzoek zal zeker nog heel wat verrassingen opleveren. Ook de hele structuur van de zon, de energiebron van de zon, de corona, de zonnewind, en de magnetosferen van zon en planeten zijn eenvoudiger verklaarbaar vanuit deze theorie. De verschijnselen rond kometen, die vaak problematisch zijn, laten zich eveneens gemakkelijker begrijpen.

Wat Setterfield betreft, er is één probleem. In het laboratorium kun je op kleine schaal heel snel allerlei structuren laten ontstaan. Plasmaprocessen kun je ‘opschalen’, dat wil zeggen, je kunt ze op grotere schaal herhalen, met meer energie en groter omvang. Maar dan kost het wel evenredig meer tijd. Dat zou dus een probleem kunnen zijn. Ware het niet dat in het prille begin van de kosmos alle processen miljarden malen sneller gingen dan nu, ten gevolge van de hele lage energie van het beginnende zero point field (ZPF). Wat ook betekent dat enorme energieën beschikbaar waren, waardoor alle elementen, van waterstof tot uranium, binnen minder dan een uur zijn ‘ontstaan’. De hele Big Bang omweg om tot zware elementen te komen, is hier overbodig. En er is nog iets opmerkelijks. Hierboven zagen we dat in een planetenstelsel de planeten eerder ontstaan dan de centrale ster. In de Bijbel lezen we dat het licht er was op de eerste dag. De kernen van sterrenstelsels waren er na zeer korte tijd en die straalden een enorm krachtig licht uit, dat echter al snel minder werd. De zon komt dan op de vierde dag. Als je Setterfields model volgt, dan blijkt dat een ster als onze zon inderdaad pas na 3½ dag ‘ontstaat’ en licht begint te geven. Na even nadenken kun je natuurlijk hele series vragen bedenken. Die vragen zijn ook gesteld en op Setterfields website http://www.setterfield.org/ kun je er al heel wat beantwoord zien.

Mogen wij op deze manier omgaan Gods scheppend werk?

Hier spelen natuurlijk vele vragen een rol. Ik wil daar hier niet in detail op ingaan. Mijn opvatting is, dat Gods spreken dat tot onmiddellijk ontstaan leidt, niet wetenschappelijk is te doorgronden. Minstens overal waar in Genesis 1 het werkwoord bara staat, gebeurt iets dat zich aan onze waarneming onttrekt. Hier gebeuren wonderen. En omdat wetenschap zich bezig houdt met natuurlijke processen, vallen wonderen daar dus buiten. De wetenschap komt pas aan bod als het wonder terugtreedt en er geregelde processen aan het werk zijn. Bij de vorming van de kosmos was dat inderdaad het geval. Ook de vorming van ons planetenstelsel, hoewel verklaarbaar vanuit deze theorie, heeft wel zoveel ‘toevalligheden’ in de parameters die leven op aarde mogelijk maken, dat we hier niet alleen met pure natuurkunde te maken hebben, maar met Gods zorgende hand, die deze ‘fijnafstemming’ bewerkte. Na Gods spreken is er de materie in de vorm en de structuur zoals Hij dat wilde. Dat is voor ons een gegeven. Wij mogen uit zien te vinden welke vorm en welke structuur dat was, maar daar achter kunnen wij niet kijken. Dat is geheel en volstrekt Gods geheim. Maar bestaande structuren en geschapen processen staan open voor wetenschappelijk begrijpen en onderzoeken.