‘Begrip van de werking van het universum kan helpen om beter zorg te dragen voor onze planeet’

Zou het niet leuk zijn om te weten hoe het Universum op het fundamentele niveau werkt? Om te weten waaruit het Universum is gemaakt en hoe het is gevormd? Goed nieuws. Dat is mogelijk door het ijverige werk van talloze wetenschappers in de afgelopen eeuwen. Vele van deze inzichten zijn echter zo recent dat zij hun weg nog niet hebben gevonden naar het onderwijs. Daarom legt Drs. Maja Verstraeten voor de Universiteit Van Vlaanderen graag aan u uit hoe atomen zijn gevormd uit de kleinste bouwstenen van het Universum.

Het universum als blokkendoos

Dat verhaal blijkt verrassend eenvoudig te zijn. Alle materie die we om ons heen kunnen zien – alle planten, dieren, voorwerpen, sterren en planeten – is opgebouwd uit slechts zeventien verschillende soorten ingrediënten. Die ingrediënten noemen we elementaire deeltjes. De elementaire deeltjes zijn ondeelbaar. Er bestaat niets kleiners. En met slechts vijf verschillende soorten van die piepkleine deeltjes worden atomen gevormd en zo alle materie.

Na de oerknal werden de elementaire deeltjes in het Universum geslingerd. Dat is een drukte van jewelste, te vergelijken met het eerste wilde feestgewoel na corona. Iedereen danst wild door elkaar, botst tegen elkaar – maakt niet uit, verder dansen! Het Universum is gevuld met een heet plasma van losse, botsende deeltjes. Na een microseconde gaan drie soorten elementaire deeltjes samenklitten. Zij vormen protonen en neutronen die bewegen in een kolkende soep van 100 miljoen °C die nog volledig ondoorzichtig is. Met deze protonen en neutronen kunnen atoomkernen gemaakt worden. Nog eens 300 000 jaar later worden de eerste atomen gevormd, wanneer elektronen aan atoomkernen gebonden blijven. Elektronen zijn ook een soort elementaire deeltjes. Daar heeft u misschien al van gehoord. Wat u waarschijnlijk niet weet, is dat de elektronen aan de atoomkern gebonden worden door een ander soort elementaire deeltjes, die we fotonen noemen. Hoe dat precies in zijn werk gaat, ziet u in dit videocollege: ‘Hoe wordt een atoom gevormd?’.

Niets dan de waarheid

In het college wordt een vernieuwende aanpak gevolgd. Traditioneel volgt men de historische volgorde waarin wetenschappers steeds dieper zijn doorgedrongen in de materie. Dit ging echter gepaard met het telkens weer verwerpen van de oude concepten. Denk maar aan het atoommodel van Thomson, gelijkend op een rozijnenbroodje, dat werd gerevolutioneerd door het model van Rutherford, dat de meesten tekenen wanneer hen naar een atoom wordt gevraagd. Dat laatste werd dan weer omver geworpen werd door het atoommodel van Bohr. Al die oude, achterhaalde concepten leren we nog op school. Maar waarom zouden we?

In het college staan we stil bij wat er werkelijk is, en starten we met de kleinste bouwstenen, de elementaire deeltjes. Daarmee worden grotere structuren gebouwd, alsof het legoblokjes zijn. Je kan gigantische structuren bouwen, zoals een kastanjeboom of de planeet Mercurius. Maar als je goed gaat kijken, zijn al deze dingen slechts enorme lego-bouwsels van heel veel minuscule elementaire deeltjes. De structuur van de materie wordt daarmee overzichtelijker, want ze is te reduceren tot slechts vijf elementaire deeltjes. Met begrip van dat allerkleinste, worden fenomenen op een groter niveau begrijpelijker.

Hoewel dit beeld van elementaire deeltjes als lego-blokken waarachtig is, is het nog steeds slechts een benadering. Wanneer je daarvoor klaar en bereid bent, kan je deze kennis uitdiepen en uitbreiden. Zo kan je op een gegeven moment de nuance maken dat de deeltjes geen scherp afgelijnde objecten zijn, maar kwantummechanische waarschijnlijkheidsgolven. Je kennis wordt als een afbeelding, waarvan je eerst de grote lijnen schets en die je vervolgens met steeds meer detail kan afwerken en inkleuren. Volledige concepten verwerpen, zal je gelukkig niet moeten doen.

De wereld begrijpen om ze te kunnen redden

Wij staan als mensheid voor enorme uitdagingen. We weten dat olie, kolen en gas uiteindelijk opraken. We weten dat het gebruik van deze brandstoffen ons klimaat verstoort. Een groter probleem dan de energievoorziening en klimaat is moeilijk voor te stellen.

Een fundamenteel begrip van ons Universum kan mensen verwondering geven voor onze prachtige wereld en ervoor zorgen dat we beter zorg dragen voor onze planeet. Deze kennis, zelfs op het niveau van de schets, kan u voorzien van een meer doordachte, onderbouwde mening ten aanzien van politieke beslissingen. Het feit dat naar schatting 4 op 10 Belgen niet weten dat uit de koeltoren van een kerncentrale gewoon waterdamp komt, zoals uit je kookpot, en dat 42 % van de jongeren verkeerdelijk denkt dat de CO₂ uitstoot zal dalen door een kernuitstap is intriest. Aangezien wij met zijn allen invloed hebben op de politieke besluitvorming, is enige algemene kennis over de fysische basisprincipes van groot belang.

Steeds meer ontwikkelingen en toepassingen vereisen een wetenschappelijke aanpak. Ook voor duurzame energie moet er nieuwe technologie gevonden worden. Daarvoor hebben we meer wetenschappers nodig, veel meer wetenschappers. Het is zaak dat onze bekwame studenten weten dat ze inderdaad in de wetenschap thuishoren. Dat de wetenschappelijke wereld plaats heeft voor hen. Dat we hen nodig hebben.

Helaas durven wetenschappen nogal eens intimiderend over te komen. Scholieren worden geconfronteerd met een lijst van genieën, zoals Thomson, Rutherford en Bohr. Dit schrikt hen af van wetenschappen omdat zij zichzelf niet goed genoeg achten het volgende genie in het rijtje te zijn. Nochtans is deze overpeinzing onnodig en gebaseerd op een romantisering. Wetenschap gaat over samenwerking. Experimenten als in CERN, ITER of IceCube worden gedragen door het werk van velen. Als jonge wetenschappers zichzelf waarmaken, zullen ze het geweldig doen.