Wetenschappelijke modellen

Wetenschappelijke modellen spelen een centrale rol in vrijwel alle takken van de wetenschap. Denk aan het Bohr‑model van het atoom, het Lorenz‑model van de atmosfeer, het DNA‑dubbelhelixmodel, de Oerknaltheorie, maar ook aan het statische heelalmodel.

Modellen zijn geen exacte kopieën van de werkelijkheid; ze zijn hulpmiddelen die ons in staat stellen complexe verschijnselen te begrijpen en te voorspellen.

Modellen geven ons inzicht

Een goed wetenschappelijk model:

biedt voorspellende kracht
maakt complexe wiskunde begrijpelijker
beschrijft de werkelijkheid zo eenvoudig mogelijk, zonder onnodige aannames

Wanneer een model herhaaldelijk verkeerde voorspellingen doet of te veel variabele parameters nodig heeft, moet het worden herzien of verworpen. Een model is immers slechts zo sterk als zijn verklarende en voorspellende vermogen.

Welk model voldoet het best?

Wanneer twee modellen hetzelfde verschijnsel beschrijven, verdient het model de voorkeur dat:

het verschijnsel wiskundig het best beschrijft
de meeste en nauwkeurigste voorspellingen oplevert
de minste extra aannames nodig heeft

Dat betekent niet dat de werkelijkheid er precies zo uitziet als het model. Het Bohr‑model is bijvoorbeeld een nuttige vereenvoudiging, maar geen letterlijke weergave van een atoom. Het gaat erom dat een model ons helpt grip te krijgen op de onderliggende wiskunde en fysica.

Het heliocentrische model van Copernicus

Toen Copernicus zijn heliocentrische model introduceerde, had hij nog geen wiskundige onderbouwing. Toch bood zijn model een veel eenvoudigere verklaring voor de lusbewegingen van planeten dan het geocentrische systeem van Ptolemaeus.

Zijn model was aanvankelijk zelfs minder nauwkeurig, omdat hij uitging van perfecte cirkels. Pas toen Kepler aantoonde dat planeten ellipsbanen volgen, en Newton de zwaartekracht formuleerde, werd het heliocentrische model onomstotelijk sterker dan het geocentrische.

Dit laat zien dat een model soms pas later zijn volledige kracht krijgt.

De Oerknaltheorie en het statische heelal

Voor de ontwikkeling van de Oerknaltheorie ging men uit van een statisch heelal: een eeuwig, onveranderlijk universum. Zelfs Einstein probeerde zijn vergelijkingen zo aan te passen dat het heelal statisch bleef, via de kosmologische constante.

Later werd duidelijk dat het heelal uitdijt. Ironisch genoeg is diezelfde kosmologische constante tegenwoordig weer actueel vanwege de waargenomen versnelde uitdijing.

Ontstaan van de Oerknaltheorie

In het begin van de twintigste eeuw ontdekte men dat verre sterrenstelsels een roodverschuiving vertonen, die bovendien toeneemt met afstand. De meest voor de hand liggende interpretatie was dat sterrenstelsels van elkaar weg bewegen.

Daaruit volgde de conclusie dat het heelal in het verleden dichter opeengepakt moet zijn geweest — het idee van een oerknal.

Problemen met de Oerknaltheorie

Hoewel de Oerknaltheorie veel succes heeft, kent zij ook belangrijke uitdagingen:

Veel variabele parameters zijn nodig, zoals inflatie, donkere materie en donkere energie.
Deze entiteiten zijn nooit direct waargenomen, maar worden ingevoerd om het model passend te maken.
Er zijn grote structuren ontdekt die moeilijk te verklaren zijn binnen een heelal van slechts 13,8 miljard jaar oud.
Sommige sterrenstelsels lijken te vroeg, te groot of te volwassen te zijn volgens de standaardtijdlijn.
Er zijn objecten gevonden die extreem helder of extreem massief zijn in een periode waarin dat volgens het model nauwelijks mogelijk is.

Deze observaties worden vaak opgelost door nieuwe aannames toe te voegen, maar dat maakt het model complexer en minder elegant.

Hubble‑constante anders verklaren vraagt verbeeldingskracht

Mijn doel is te laten zien dat het statische heelalmodel op veel punten aantrekkelijker is dan de Oerknaltheorie. Het grote probleem is echter de roodverschuiving van verre sterrenstelsels.

In mijn alternatieve model laat ik zien dat er wel degelijk een andere verklaring mogelijk is voor de Hubble‑constante — een verklaring die niet afhankelijk is van een uitdijend heelal.

Als de roodverschuiving niet veroorzaakt wordt door expansie, dan vervalt de noodzaak van een oerknal en wordt een (bijna) statisch heelal weer een serieuze optie.

Maar het vraagt verbeeldingskracht om buiten de gebaande paden te denken en een alternatief te formuleren dat zowel eenvoudig als voorspellend is.