KIJK De Theorie van Alles - 2023 - Inkijkexemplaar

Hoe werkt
zwaartekracht?
Het verhaal van
het universum
Quantumfysica in
8 belangrijke vragen
Genetische manipulatie;
waar ligt de grens?
Wat gebeurt er
in onze cellen?
Het mysterie van
leven ontrafeld
De evolutie van de
evolutietheorie
Zoektocht naar die
ongrijpbare donkere materie

COLOFON
De Theorie van (bijna) Alles
Dit is een speciale uitgave van Roularta Media
Group, tot stand gekomen onder licentie van
BBC Science Focus en Immediate Media.
Redactieadres: Redactie KIJK, Postbus 22693,
1100 DD Amsterdam, 020-210 5350,
info@kijkmagazine.nl, www.kijkmagazine.nl
Hoofdredactie en projectcoördinatie:
André Kesseler
Vertaling: Margot Reesink
Eindredactie: Jean-Paul Keulen, Berry Overvelde
Redactie: Laurien Onderwater, Tim Tomassen,
Naomi Vreeburg, Lysette Dammers
Coverontwerp: Ilse Bekker
Vormgeving: Arnold Ritter, Studio Naft
Uitgever Nederland en België: Roularta Media
Group, Léon Bouwman
Beeldmateriaal (back)cover: EzumeImages,
iStock, Getty Images Plus
Marketing: Arjan van Rijn
Sales: advertising@roularta.nl
Druk: Roularta Printing
Distributie losse verkoop: Aldipress B.V.,
De Meern, telefoon 030 – 666 06 11
KIJK is een uitgave van
Roularta Media Group.
© 2023 Roularta Media Group. Onder
voorbehoud van alle rechten. Niets uit deze
uitgave mag geheel of gedeeltelijk, worden
verveelvoudigd, opgeslagen in een
geautomatiseerd gegevensbestand of openbaar
worden gemaakt op welke wijze dan ook,
zonder schriftelijke toestemming van de
uitgever. De uitgever sluit iedere
aansprakelijkheid voor schade als gevolg van
druk- en zetfouten uit.
De Theorie van Alles
Je kent het wel. Feestje, blokkie kaas, biertje, wijntje… En dan
die onvermijdelijke discussie waarin iemand dingen beweert
waarvan je vrijwel zeker weet dat het onzin is. Op dat moment
zou je willen dat je de basisprincipes van de wetenschap wat
beter in je hoofd had. Daar is deze special voor.
We nemen je mee langs de belangrijkste wetenschappelijke
ontdekkingen. Van de oerknal en hoe het heelal zich daarna
vormde tot de briljante onderzoekers die de geheimen van ons
DNA blootlegden. En van de mensen die Darwin hielpen bij het
bedenken van de evolutietheorie tot het raadselachtige, maar
oh zo belangrijke fenomeen dat quantummechanica heet.
In het laatste deel van deze special kijken we naar de toekomst.
Aan welke ontwikkelingen wordt nu gewerkt en wat zijn de
volgende grote stappen op het gebied van onder meer genetica
en de sterrenkunde? Want één ding is zeker. Wetenschap is
nooit af; er valt altijd iets nieuws te ontdekken.
Veel plezier met de Theorie van (bijna) Alles.
Redactie KIJK
Service en informatie: nieuwe abonnementen:
ga voor alle aanbiedingen naar kijkmagazine.nl/
abonneren of bel (+31) (0)20-894 5666
(ma t/m vr 9.00-17.00 uur).
Privacy: Roularta Media Group, de uitgever van
deze KIJK-special, legt van haar abonnees en
klanten in het kader van haar dienstverlening
gegevens vast. Deze persoonsgegevens
worden verwerkt in overeenstemming met de
toepasselijke wet- en regelgeving, waaronder de
Algemene Verordening Gegevensbescherming
(AVG). Kijk voor het privacybeleid van Roularta
Media op roularta.nl/privacyvoorwaarden.
GETTY
DE THEORIE VAN (BIJNA) ALLES 3

INHOUD
32
Deze Oude Griek zette de eerste stappen richting
een atoomtheorie van het universum.
8Het verhaal van het universum,
van de oerknal tot nu
DE BASIS VAN DE
NATUURKUNDE
8 De geschiedenis van het heelal
16 De samenstelling van de sterren
22 De snelheid van het licht
28 Alles over zwaartekracht
32 De structuur van atomen
38 Het periodiek systeem
42 Quantummechanica
DE BASIS VAN
HET LEVEN
50 De oorsprong van het leven
56 De structuur van DNA
62 Waaruit bestaan onze cellen?
68 De evolutietheorie
74 De geschiedenis van het
hersenonderzoek
DE VOLGENDE
GROTE STAPPEN
80 Genetica
83 Synthetische biologie
86 Donkere materie
90 De geheimen van zwarte gaten
96 Het einde van alles
4 DE THEORIE VAN (BIJNA) ALLES

83
THE NATURE OF GRAVITY
Doorbraken in de synthetische
biologie die de wereld veranderen
56Wie ontrafelden
de structuur van DNA?
NASA, GETTY X2, SCIENCE PHOTO LIBRARY, CORBIS
68
Hoe Darwin én anderen
evolutie op het spoor kwamen
22
Hoe meet je de
snelheid van het licht?
74
De geheimen van
ons brein ontrafeld
De jacht op
donkere materie
86
DE THEORIE VAN (BIJNA) ALLES 5

De detector CMS is ontworpen
om een breed bereik aan
deeltjes en fenomenen te zien
die optreden bij botsingen in de
deeltjesversneller LHC.
CERN
6 DE THEORIE VAN (BIJNA) ALLES

DE BASIS VAN DE
NATUURKUNDE
De geschiedenis van het HEELAL
De samenstelling van de STERREN
Hoe snel gaat het LICHT?
De aard van de ZWAARTEKRACHT
De structuur van het ATOOM
Alles over het PERIODIEK SYSTEEM
8 vragen over QUANTUMFYSICA
8
16
22
28
32
38
42
7

DE BASIS VAN DE NATUURKUNDE
ALLES STAAT OF VALT MET DE
ZWAARTEKRACHT
Wat omhooggaat, komt ook weer naar beneden. Maar waar dat door komt,
is een raadsel waar veel knappe koppen zich eeuwenlang het hoofd over
hebben gebroken. En we weten nog steeds niet alles van de zwaartekracht.
TEKST: BRIAN CLEGG
Er zijn vier fundamentele natuurkrachten
actief in het universum:
de sterke kernkracht, de zwakke
kernkracht, de elektromagnetische
kracht en de zwaartekracht. Die laatste is
het makkelijkst te zien, maar bleek lastig
om te ontrafelen.
De oude Grieken zagen de zwaartekracht
als onderdeel van de elementen.
Aristoteles beschreef in de vierde eeuw
voor Christus hoe aarde en water zwaartekracht
hadden, en dat beweging meestal
richting het centrum van het heelal
ging – oftewel: richting aardkern. De Indiase
wiskundige Brahmagupta speelde
in de zevende eeuw na Christus een
tijdje met het idee dat de zwaarte kracht
ongeveer werkte als een magneet, de
islamitische wetenschapper Al-Biruni
deed dat driehonderd jaar later nog eens
dunnetjes over. Maar de theorie van
Aristoteles werd pas na tweeduizend
jaar aan het wanke len gebracht, toen
Newton besefte dat
de zwaartekracht
ervoor zorgde dat de
planeten in hun baan
bleven en niet de
kosmos in suisden
Coper nicus en Galileo in de zestiende en
de zeventiende eeuw radicaal de bestaande
ideeën over het zonnestelsel omgooiden.
Als zij gelijk hadden en de aarde
draaide om de zon, dan had Aristoteles
afgedaan. In zijn model, dat was gebaseerd
op logisch redeneren in plaats van
op waarnemingen en experimenten,
moest de aarde het middelpunt van het
heelal zijn. Als de zon dat was, zou alles
wat gewicht had de ruimte in moeten
vliegen.
Bovendien vielen zware voorwerpen
volgens Aristoteles sneller dan lichte;
doordat ze uit meer materie bestonden,
zouden ze zich sterker aangetrokken
voelen en daardoor vlugger bewegen.
Galileo haalde die aanname onderuit.
Hij vroeg zich af wat er zou gebeuren als
je een zwaar en een licht voorwerp aan
elkaar zou vinden. Volgens Aristoteles
zou het zware voorwerp sneller willen
vallen dan het lichte, dat daardoor sneller
zou gaan, maar het lichte voorwerp
zou het zware vertragen, en dus zouden
ze vallen met een snelheid tussen beide
uitersten in. Aan de andere kant: beide
voorwerpen bij elkaar waren zwaarder
dan elk voorwerp afzonderlijk, dus
zouden ze samen juist sneller moeten
vallen. Dat sloeg nergens op.
Het verhaal dat Galileo gewichten van
de toren van Pisa liet vallen en er zo
achter kwam dat ze allemaal binnen
dezelfde tijd landden, is (jammer genoeg)
vrijwel zeker niet waar. Wel bouwde hij
slingers met gewichten van kurk en lood,
de een “meer dan honderd keer zwaarder”
dan de ander. Vervolgens toonde hij
aan dat ze even snel slingerden. Verder
rolde hij ballen door schuin aflopende
geulen om de zwaartekracht te meten.
Met Isaac Newton werd de zwaartekracht
echt voer voor wiskundigen en
natuurwetenschappers. Het verhaal is
hier dat hij door een vallende appel werd
geïnspireerd. De appel viel in elk geval
niet op zijn hoofd, maar of hij er überhaupt
die ene briljante ingeving door
kreeg, kunnen we niet meer achterhalen.
Newton vertelde het wel zo. In een gesprek
met natuurkundige en archeoloog
William Stukeley in april 1726 zei hij dat
hij de appel zag vallen en dacht: “Waarom
moet een appel altijd recht naar beneden
vallen?”
Volgens Stukeley zei Newton dat de
appel door een ‘aantrekkingskracht’ naar
de aarde wordt getrokken en dat die
kracht evenredig moet zijn aan de hoeveelheid
appel. De appel trekt aan de
aarde en de aarde trekt aan de appel.
Maar Newton ging nog een stap verder en
kwam met het begrip universele zwaartekracht.
Hij paste dezelfde kracht toe in
het hele universum en be sefte dat de
zwaarte kracht ervoor zorgde dat de planeten
in hun baan bleven en niet in een 5
GETTY IMAGES
28 DE THEORIE VAN (BIJNA) ALLES

IN EEN
NOTENDOP
De oude Grieken dachten dat aarde
en water naar het middelpunt van het
heelal werden getrokken, dat volgens
hen de aarde was. Dankzij Galileo,
Newton en Einstein weten we nu
veel meer over deze
fundamentele kracht dan in
de vierde eeuw voor
Christus.

Elk oog van een libel bestaat uit
duizenden facetten, die
bewegingen kunnen zien tot op
afstanden van 15 meter.
MIROSLAV SWIETEK/SOLENT NEWS
48 DE THEORIE VAN (BIJNA) ALLES

DE BASIS VAN HET
LEVEN
De OORSPRONG VAN HET LEVEN
De structuur van DNA
Waaruit bestaan onze CELLEN?
De evolutie van de EVOLUTIETHEORIE
Geschiedenis van HERSENONDERZOEK
50
56
62
68
74
49

DE VOLGENDE GROTE STAPPEN
6 VRAGEN OVER
HET EINDE VAN ALLES
We weten dat het heelal is ontstaan uit de oerknal.
Maar komt het ook met een klap aan zijn eind?
Of gaat het uit als een nachtkaars?
1
Is het einde van het heelal nabij?
Geen paniek, we hebben nog tijd
genoeg om van onze kosmos te genieten.
De schattingen lopen uiteen van 20 tot
100 miljard jaar.
Dat het heelal niet eeuwig blijft
bestaan is het gevolg van de tweede
hoofdwet van de thermodynamica. Die
stelt, kort door de bocht, dat een systeem
dat aan zijn lot wordt overgelaten de
neiging heeft om in verval te raken.
2
Op welke manier komt het
heelal aan zijn eind?
Het antwoord op die vraag is speculatie
op kosmologisch niveau, maar er zijn vier
scenario’s waar wetenschappers het
meeste in zien. In twee scenario’s blijft
het heelal uitdijen en wordt het steeds
ijler. Het meest conventionele scenario,
de Big Freeze, is eigenlijk de uitkomst van
de standaardthermodynamica: alles
raakt steeds meer verspreid totdat er in
een totaal verstrooid heelal niets meer
gebeurt. Het dramatischere scenario
neemt in aanmerking dat het heelal
steeds sneller uitdijt. Gaat dat door tot in
het extreme, dan eindigen we met een
Big Rip. Dan wordt alles in het heelal, van
sterrenstelsels en planeten tot elementaire
deeltjes en de ruimtetijd zelf, uit
elkaar getrokken terwijl de uitdijing
sneller en sneller gaat.
In de andere twee modellen wordt die
TEKST: BRIAN CLEGG
uitdijing van het universum juist omgekeerd.
Als alles afloopt met een Big
Crunch, wordt alle ontwikkeling tot nu
toe teruggedraaid en komen we uit bij
een oneindig dicht punt: een singulariteit.
Dat kan een nieuwe oerknal en een
nieuw heelal voortbrengen, waarna de
hele cyclus zich kan blijven herhalen.
De Big Bounce is op een subtiele manier
anders. Ook hier krimpt het heelal nadat
het zijn grootste formaat heeft bereikt,
maar wordt het geen singulariteit, doordat
het daarvóór terugveert en weer uitdijt.
Het verschil met de Big Crunch is dat
aspecten van het vorige universum kunnen
meeverhuizen naar het nieuwe. De
Big Crunch creëert een nieuw heelal, bij
de Big Bounce blijft hetzelfde heelal
krimpen en groeien.
3
Wat bepaalt hoe het heelal
eindigt?
Deze vier modellen zijn ontworpen op
basis van het waargenomen gedrag van
het heelal. Daarna zijn er enkele natuurkundige
fundamenten naar de toekomst
geëxtrapoleerd, met name de algemene
relativiteitstheorie. Die theorie wordt
beschouwd als Einsteins meesterwerk:
hij beschrijft de relatie tussen mate- 5
In het Big Bounce-scenario krimpt het universum na een lange periode
van uitdijng. Dan veert het terug om vervolgens opnieuw uit te dijen.
SCIENCE PHOTO LIBRARY
96 DE THEORIE VAN (BIJNA) ALLES

IN EEN
NOTENDOP
Sterrenkundigen zijn het niet eens
over de manier waarop het heelal
over miljarden jaren aan zijn eind
komt. Er zijn vier kansrijke
scenario’s: de Big Rip (geïllustreerd
op deze pagina), de Big Bounce,
de Big Freeze en de Big
Crunch.