De Belgische monseigneur Georges Lemaître is de wat vergeten ontdekker van wat later bekend werd als de grote oerknal: het model dat het best verklaart hoe het heelal ontstond.
Misschien was het de oorlog die de jonge Georges Lemaître de kerk indreef. Maar niets wees erop dat hij voorbestemd was tot een zoektocht naar het licht aan het begin van de wereld.
Georges Lemaître werd op 7 juli 1894 in Charleroi geboren, in een welstellend gezin van industriële glasblazers. De familie bleef echter berooid achter, toen een vooruitstrevende nieuwe techniek de fabriek in lichterlaaie zette.
Niet dat de jonge Georges dat aan zijn hart liet komen. Al in zijn scholierentijd gaf hij blijk van een sterke aanleg voor wiskunde. Hij las wiskundige tractaten als waren het stationsromannetjes. Zijn vader stimuleerde hem tot het aanvatten van ingenieursstudies, waaraan hij met weinig enthousiasme begon: hij werkte zich zonder glans door zijn eerste academische jaren. Een genie wordt niet op de schoolbanken gevormd.
Dan volgde de Eerste Wereldoorlog. Lemaître en zijn jongere broer Jacques, die heel zijn leven lang zijn boezemvriend zou blijven, sloten zich aan bij het vijfde korps van vrijwilligers. Lang liep dat de Duitsers niet voor de voeten: in feite deed het weinig anders dan vluchten. In oktober 1914 werden de twee broers samen ondergebracht bij de artillerie, waar Lemaître op de fiets fungeerde als boodschappenjongen tussen de linies en het bevel ver van het front. Een positie die hij waarschijnlijk had “verdiend” doordat hij zich de woede van een officier op de hals had gehaald. Lemaître had namelijk gewezen op enkele flagrante wiskundige fouten in de cursus ballistiek. Tijdens zijn opdrachten trok hij zich meermaals met zijn fiets in de berm terug, en zat daar wat berekeningen te maken. Desondanks kreeg hij na de oorlog een aantal eretekens wegens moed en andere verdiensten opgespeld.
NAAR EEN CENTRUM VOOR LATE ROEPINGEN
Na de oorlog besloot Lemaître om alsnog priester te worden, samen met enkele frontgenoten. Hij werd in Mechelen opgenomen in het Sint-Romboutshuis: een centrum voor late roepingen. Lemaître besloot zich toe te spitsen op wat hij altijd als zijn stokpaardje had beschouwd: de fundamentele wetenschap, en meer bepaald de natuurkunde. Hij liet zich onder meer opmerken door een uitgebreid werk over de fysica van Albert Einstein, die enkele jaren eerder zijn algemene relativiteitstheorie bekend had gemaakt. Ter ondersteuning van een aanvraag voor een wetenschappelijke reisbeurs schreef Lemaître, naar verluidt bijna voor de vuist weg, een 131 getypte bladzijden lange tekst vol wiskundige analysen van Einsteins natuurkunde. Het werkstuk werd integraal afgedrukt in een boek naar aanleiding van een symposium dat de Université Catholique de Louvain (UCL) in 1994 organiseerde om haar honderdste verjaardag te vieren.
Lemaître kreeg zijn beurs en trok naar de universiteit van het Britse Cambridge. Daar volgde hij les bij enkele notoire namen die belangrijk zouden zijn voor zijn latere visies, zoals de astronoom Arthur Eddington, de bekendste sterrenkundige uit zijn tijd, en Ernest Rutherford, die hem onder meer heel wat zou leren over helium, een scheikundig element dat een grote rol zou spelen in zijn latere interpretaties van de oorsprong van het heelal. Uit die tijd dateert een van de anekdotes, die Lemaîtres gevoel voor humor illustreren. Op Rutherfords vraag wat deze priester ertoe dreef om zijn lessen te komen volgen, zou Lemaître geantwoord hebben: de hoop zijn Engels te kunnen verbeteren.
Lemaître begon aan een wetenschappelijke zwerftocht langs een aantal belangrijke onderzoeksinstellingen in de wereld. Stilaan rijpte in zijn hoofd de idee, die uiteindelijk het werk zou worden waarmee hij wereldbekendheid verwierf. Hij had de finesses van Einsteins relativiteitstheorieën perfect in de vingers – Einstein zou hem ooit zeggen dat hij een van de weinige mensen was die zijn werk tot in de details beheersten. En ook luisterde Lemaître met grote interesse naar de waarnemingen van astronomen die naar de sterren keken – zelf zou hij veel te weinig geduld kunnen opbrengen voor een leven als waarnemer.
In juli 1925 zag hij eindelijk het licht. Op een congres in Cambridge hoorde hij de astronoom Edwin Hubble zijn waarnemingen over de roodverschuiving toelichten. Hubble had opgemerkt dat hoe verder sterrenstelsels van de aarde verwijderd waren, hoe sneller ze zich van ons weg leken te bewegen.
Dat kon alleen verklaard worden vanuit de stelling dat het heelal expandeerde. In feite had een jonge Rus, Alexander Friedman, dat al in 1923 aangetoond, zij het strikt op mathematische gronden. De Russen beschouwen Friedman nu nog als de ontdekker van de grote oerknal. De bekendheid van Lemaître ebt trouwens weg. Op de website van de Nasa over de grote oerknal stond Lemaître tot voor kort nog als een Duitser beschreven. Blijkbaar brengen de Amerikanen alles wat met de ruimte te maken heeft, spontaan met onze oosterburen in verband.
Lemaître was echter de eerste die verder ging dan de theorie. Hij verzoende de algemene relativiteitstheorie van Einstein met de roodverschuiving van Hubble. En hij besloot daaruit onder meer dat er een begin aan de kosmische tijd was geweest. Die gedachte betekende een revolutie in het toenmalige denken, want zelfs Einstein had een “kosmologische constante” in zijn formules ingevoerd, die impliceerde dat het heelal statisch was, en dus zeker niet expandeerde.
EEN RIT IN EEN TAXI MET EINSTEIN
De jonge Lemaître had moeite om zijn ideeën ingang te doen vinden. Hij publiceerde ze in 1927 eerst in het Belgische vakblad Annales de la Société Scientifique de Bruxelles (volume 47A, pagina’s 49-59), onder de titel: “Un univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extra-galactiques”. Hij zond een kopie van zijn werk naar onder meer Eddington, maar die reageerde niet. In oktober 1927 ontmoette hij voor de eerste keer Einstein, die als spreker was uitgenodigd op het vijfde Solvay-congres over fysica in Brussel. Tijdens een korte taxirit naar een laboratorium legde Lemaître in het kort zijn model aan de meester uit, maar die reageerde verbolgen: de wiskunde zag er goed uit, maar van natuurkunde had Lemaître volstrekt geen kaas gegeten. De Belgische priester had natuurlijk aangetoond dat Einstein met zijn stationaire heelal ver naast de realiteit zat.
De jonge wetenschapper liet echter niet begaan, en verzamelde hoe langer hoe meer feiten die zijn model steunden. En de erkenning volgde. Met vele jaren vertraging reageerde Eddington op zijn oorspronkelijke tekst. In 1931 liet hij in het vakblad Monthly Notices of the Royal Astronomical Society een Engelse samenvatting van Lemaîtres oorspronkelijke artikel verschijnen. Nog een samenvatting daarvan verscheen in hetzelfde jaar in het topvakblad Nature, onder de titel: “The beginning of the world from the point of view of quantum theory”. De ultieme erkenning kwam er in 1933, toen Einstein hemzelve Lemaître uitnodigde om een lezing te komen geven in het gerenommeerde Caltech Instituut in Los Angeles. Hij leidde de Belgische geestelijke zelf in, met de olijke woorden: “Can you explain, professor Lemaître, in simple terms and without too many mathematical symbols, the important features of your theory”. Dat kon hij. Einstein draaide bij, en gaf uiteindelijk zijn kosmologische constante op, hoewel hij tot en met hun laatste ontmoeting bleef volhouden dat Lemaîtres werk hem te veel aan een “schepping” deed denken.
Lemaître had zijn theorie die van het “primitieve atoom” gedoopt. Ze ging uit van het bestaan van een heelal met een constante massa en een steeds groter wordende straal, die een gevolg is van het wegsnellen van de sterrenstelsels. De theorie toonde aan dat, naarmate iemand steeds verder teruggaat in de tijd, de sterrenstelsels steeds dichter bij elkaar komen te staan, en dat het heelal op zeker ogenblik samengeperst was in één oeratoom, dat ooit ontplofte, en oorzaak was van de expansie van het universum. Het is ironisch dat de naam Big Bang (grote oerknal) de term werd waarmee Lemaîtres model wereldwijde bekendheid verwierf: de term slaat op een sarcastische interpretatie van zijn werk door de Britse astronoom Fred Hoyle. Die lanceerde in 1948 zelf een alternatief heelalmodel: dat van de steady state, die zich baseerde op een continue aanvoer van materie in het heelal; dus geen knal waarin alles ineens gevormd werd, zoals in het model van Lemaître.
DE EERSTE DRIE WOORDEN VAN GOD
Hoyle verweet Lemaître onder meer dat hij als priester streefde naar een wetenschappelijke uitleg voor het scheppingsverhaal. Een volstrekt onterechte aantijging, want heel zijn leven lang hoedde Lemaître zich ervoor om zijn wetenschap en zijn geloof te mengen. In zijn jonge jaren ondervond hij wat moeite met dat conflict. Op 29 juni 1921 schreef hij een werkje waaruit bleek dat hij toen nog worstelde met de relatie tussen wetenschap en geloof. In deze “Les trois premières paroles de Dieu” poogde hij een wetenschappelijke interpretatie te geven aan de eerste woorden uit het boek Genesis. Maar hij stapte daar snel van af, zoals onder meer gedocumenteerd wordt in een essay dat professor Dominique Lambert vorig jaar in de Revue Théologique de Louvain publiceerde onder de titel: “Monseigneur Georges Lemaître et le débat entre la cosmologie et la foi”.
“De hypothese van een natuurlijk begin van de wereld staat lijnrecht tegenover deze van een bovennatuurlijke schepping”, schreef Lemaître ooit. Of nog: “We kunnen over deze gebeurtenis spreken als over een begin. Ik bedoel daarmee niet een schepping. Vanuit natuurkundig oogpunt is dit een begin in de zin dat, als er iets was dat vroeger gebeurde, het geen invloed had op het gedrag van het heelal zoals we het kunnen waarnemen… Alles wat vóór het heelal bestond, heeft een metafysisch karakter. Vanuit natuurkundig oogpunt gebeurt alles alsof het theoretische nulpunt effectief het begin was. De vraag of het gewoon een begin of effectief een schepping was, is een filosofische vraag die niet opgelost kan worden door fysische of astronomische beschouwingen.”
Lemaître beschouwde wetenschap en geloof als twee afzonderlijke wegen om naar de waarheid te zoeken. De wetenschap bracht nooit zijn geloof aan het wankelen, en omgekeerd. Hij kon hard zijn voor wetenschappers, zoals Galileo Galilei, die niet begrepen dat er een onderscheid was tussen godsdienst en geloof. Paulus en Mozes en de bijbelschrijvers konden nog op zijn begrip rekenen: die wisten van niet beter. Lemaître begreep dat een walvis geen mens kon inzwelgen, laat staan dat die dat zou overleven, maar toch had het verhaal van Jonas voor hem een zin. De ware les bestond erin dat geloof en rechtschapenheid een goed mens veiligheid en zaligheid konden verschaffen, onafhankelijk van de tegenslag die hij moest overwinnen. Toch liet hij zich af en toe op een oprisping betrappen, onder meer toen hij de verschijningen van Fatima banaliseerde door erop te wijzen dat er zich in de buurt nooit merkwaardige zonneverschijnselen hadden voorgedaan.
IN DE CLINCH MET DE FISCUS
De eerste helft van de jaren dertig waren Lemaîtres wetenschappelijke topjaren. Veel inventieve wetenschap wordt door jeugdige denkers en vorsers bedreven. Later borduurde hij nog wel voort op zijn ideeën, maar na de Tweede Wereldoorlog gaf hij dat op, onder meer omdat alternatieve theorieën, zoals de steady state van Hoyle, in wetenschappelijke kringen aantikten.
Lemaître heroriënteerde zich. Hij bleef steeds langer in Leuven, waar hij onder meer mechanica doceerde. Zijn lessen waren, naar verluidt, berucht om hun chaos. Hij woonde op een appartement boven een patisserie aan het Fochplein, en kwam wel eens de les binnen met twee éclairs in zijn handen: zijn ontbijt.
Hij ging geregeld in de clinch met allerhande instanties. Toen hij in 1934 de prestigieuze Francqui-prijs won, en door de belastingadministratie op de vingers werd getikt, omdat hij het bedrag niet had aangegeven, schreef hij naar de toenmalige minister van Financiën om te protesteren. De prijs was een eer, geen extra salaris. Meer dan hem lief was, kreeg Lemaître met gerechtsdeurwaarders af te rekenen omdat hij, al dan niet bewust, vergat zijn belastingen te betalen. De aanmaningen daartoe hing hij op in de gang van zijn appartement.
Hij maakte schriftelijk ruzie met kardinaal Suenens, omdat hij niet naar het “theater” mocht, en voerde een uitgebreide correspondentie over de vraag of een pianist die voor een gesloten gordijn speelde, nu al dan een “spektakel” weggaf. Hij pleitte er ook voor, dit keer met succes, om zijn soutane te mogen vervangen door iets aangepaster, als hij aan sport deed.
En hij boog zich over de toneelschrijver Molière, die hij ervan verdacht een deknaam voor Louis XIV te zijn geweest.
In de tweede helft van zijn loopbaan hield Lemaître zich vooral onledig met zijn andere obsessie: getallen. Hij kocht, deels met eigen middelen, de eerste rekenmachines en de eerste half-computer voor de universiteit; logge gevaartes die een enorm kabaal maakten, maar minder geheugen hadden dan de gemiddelde zakrekenmachine van nu – men kan zich alleen maar inbeelden tot wat Lemaître op de moderne computers in staat zou zijn geweest. Hij ontwikkelde ook een nieuwe rekenkunde, gebaseerd op een combinatie van Arabische cijfers en digitale getallen, die volgens hem veel logischer in het gebruik was dan het klassieke systeem.
De laatste jaren van zijn leven waren een lijdensweg. Onder meer omwille van de perikelen rond de splitsing van de universiteit, die hij verafschuwde. De ramen van zijn flat werden ingegooid door woedende studenten, omdat hij voorzitter was geworden van een vereniging die de belangen van de Franstalige hoogleraren verdedigde – een stap die zijn Vlaamse collega’s hem evenmin in dank afnamen. Daarenboven leed Lemaître aan leukemie. Gelukkig maakte hij nog mee hoe de steady state-theorie van Hoyle werd neergehaald door de waarneming van quasars: sterk stralende sterren heel ver weg in het heelal, waarvan het bestaan alleen door het oerknalmodel kon worden verklaard.
Op zijn ziekbed bracht een assistent hem in 1965 de details van de ontdekking van de achtergrondstraling door twee Amerikaanse vorsers: het eerste echt harde bewijs voor de juistheid van zijn theorie. Op 20 juni 1966 overleed Lemaître aan de gevolgen van zijn ziekte. Dertig jaar na zijn dood doorstaat zijn model nog altijd probleemloos de tand des tijds.
Met dank aan mevrouw Liliane Moens van de Archives Lemaître, Instituut voor Astronomie en Geofysica, UCL.
Dirk Draulans
