Zou hij het zijn? De bekendste Belg als het over sterrenkunde gaat. Hij was een katholieke priester, kosmoloog, wiskundige en natuurkundige. Zijn belangrijkste wetenschappelijke bijdragen leverde hij aan de algemene relativiteitstheorie en aan de kosmologie door zijn hypothese van het uitdijende heelal en als grondlegger van de oerknaltheorie. Hij was een pionier in het toepassen van de algemene relativiteitstheorie op kosmologie. In dit artikel over Belgen in de sterrenkunde gaat het over Lemaître, George Lemaître. Na dit artikel zal wel duidelijk zijn dat Lemaître misschien toch wel aanspraak mag maken op de titel 'Grootste sterrenkundige Belg'.
Personalia
Georges Henri Joseph Edouard Lemaître is in Charleroi geboren en zou er ook overleden zijn, maar sommige bronnen houden het op Leuven. Hij zag het levenslicht op 17 juli 1894 en overleed op 20 juni 1966. Hij is begraven in het familiegraf op de begraafplaats van Marcinelle. Hij was de oudste van vier broers. Ter gelegenheid van zijn honderdste geboorteverjaardag werd een postzegel uitgegeven.
Opleiding
Zijn basisonderwijs in de richting Grieks-Latijn, kreeg hij aan de jesuïetenschool (Collège du Sacré-Coeur, Charleroi). In 1911 vatte hij burgerlijke ingenieursstudies aan (richting mijnbouw), aan de Katholieke Universiteit Leuven. De Eerste Wereldoorlog was hij artillerieofficier, een rol waarvoor hij gedecoreerd werd met het Oorlogskruis met palmen (1921). Hij zette in 1919 zijn studies verder en behaalde een diploma in de wiskunde en natuurkunde in 1920. Zijn doctoraat was getiteld “l'Approximation des fonctions de plusieurs variables réelles” en maakte hij onder de hoede van Charles de la Vallée-Poussin. Hij vatte in oktober 1920 studies in het seminarie van Mechelen aan en werd priester gewijd in september 1923. Sindsdien werd vaak naar hem verwezen als Abbé Lemaître. In oktober 1922 werd hij lid van de Société scientifique de Bruxelles.
Hij trok in oktober 1923 voor een jaar naar Cambridge in Engeland en bestudeerde er onder andere zonnefysica. Hij werkte met Arthur S. Eddington (1882 - 1944) en volgde les bij onder andere Ernest Rutherford. Na een kort verblijf in België en Canada trok hij voor een jaar naar de Verenigde Staten van Amerika. Hij reisde er veel, maar was vooral te vinden in Harvard University (werkte met Harlow Shapley - variabele sterren) en het Massachusetts Institute of Technology. Hij woonde een lezing van Edwin P. Hubble (1889 - 1953) bij en onthield dat het Andromedastelsel veel verder stond dan voordien aangenomen en dat het Melkwegstelsel niet het enige sterrenstelsel was. Aan het MIT ontmoette hij Hubble ook. Zijn dissertatie (1927) werd gedeeltelijk aan het MIT voorbereid. Het bevatte ideeën in verband met relativiteit en kosmologie, die hij de tien volgende jaren uitwerkte en publiceerde. Op het California Institute of Technology ontmoette hij Robert Millikan, pionier in onderzoek van de kosmische straling. Aan het Lowell Observatory in Flagstaff (Arizona) ontmoette hij Vesto Slipher, die roodverschuiving (Guidestar september 2010) vaststelde in de spectra van vele sterrenstelsels.
Werk en leven
Na zijn reis in de VS keerde hij in 1925 naar Leuven terug en ging er deeltijds onderwijzen. Hij werkte er ondertussen aan het opstellen van zijn hypothese van het dynamische en uitdijende heelal.
In 1927 publiceerde hij in de annalen van de Société Scientifique de Bruxelles zijn vermaarde artikel “Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extra-galactiques” over de uitdijing van het heelal, de Hubbleconstante en de Hubblewet (toenemende afstand is toenemende vluchtsnelheid). Lemaître kende het werk over heelalmodellen van Alexander Friedmann (1922) niet (Guidestar januari 2011). Eveneens in 1927 keerde hij naar het MIT terug om zijn doctoraatsthesis over gravitatie en de relativiteitstheorie voor te leggen. Hij werd bij zijn terugkeer in België in Leuven tot hoogleraar benoemd.
Eddington heeft in 1930 een uitgebreid commentaar (twintig bladzijden) geschreven over Lemaître’s werk in de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society en noemde het een schitterende oplossing voor de openstaande kosmologische problemen. Eddington zorgde zo voor bekendheid voor Lemaître’s werk in wetenschappelijke kringen. Hij werd naar Londen uitgenodigd, voor een bijeenkomst over de relatie tussen het heelal en spiritualiteit. Lemaître stelde toen het oeratoom voor. Er verscheen een artikel over in Nature in 1931 (The Beginning of the World from the Point of View of Quantum Theory). Tijdgenoten hadden het moeilijk met het idee van Lemaître over een oeratoom en een oerknal. Ook Einstein dacht dat het niet kon gecontroleerd worden, maar stelde Lemaître voor oplossingen te zoeken in theorieën over niet-isotropische expansie.
Tussen 1927 en 1934 was hij bijzonder productief in het uitwerken en opperen van nieuwe inzichten. Hij toonde onder meer aan dat het statisch heelal van Einstein onstabiel was en op den duur moest inkrimpen of uitzetten. Hij gebruikte de roodverschuivingen van Slipher in zijn vergelijkingen in 1927 en kwam op een hubbleconstante (toen nog niet zo genoemd) van 600 km/s/Mpc. Moderne waarden liggen tussen 55 en 70 km/s/Mpc. Hij gebruikte de kosmologische constante, ondanks het feit dat het door zijn uitvinder Einstein en de hele wetenschappelijke wereld was verlaten na 1929. Met de Mexicaan Manuel Sandova S. Vallarta stelde hij in 1932 dat kosmische straling een overblijfsel was van de oerknal, maar dat bleek later verkeerd. Kosmische straling ontstaat in het Melkwegstelsel.
Wereldfaam verwierf hij met de publicatie in 1933 van een gedetailleerde versie van de expansie van het heelal in dezelfde annalen. Rond de wereld werd hij beschreven als de beroemde Belgische wetenschapper en de pionier van de nieuwe kosmologische modellen.
In een artikel uit 1934 geeft Lemaître een natuurkundige betekenis aan de kosmologische constante door ze te interpreteren als de energie van het vacuüm. Vanaf 1935 bleef hij een autoriteit in de kosmologie, maar legde zich meer toe op hemelmechanica en de beweging van geladen deeltjes in magnetische velden. Voor zijn berekeningen zorgde hij voor computers in Leuven, de eerste was een Burroughs E101 in 1958, en hij zorgde zelf voor de verwerkingsalgoritmen.
Lemaître hoorde van zijn opvolger in Leuven dat Arno A. Penzias en Robert W. Wilson kosmische achtergrondstraling ontdekten, met een temperatuur van 3 K, dat wél een restant is van de oerknal.
In 1936 werd hij toegelaten tot de Pauselijke wetenschapsacademie, was voorzitter van maart 1960 tot zijn dood in 1966, en werd aangesproken als Monseigneur. Hij werd naar Rome geroepen om te zetelen in een commissie over contraceptie, maar kon door een hartaanval in december 1964 niet afreizen. Hij maakte ook bezwaar om op deze vraag in te gaan.
Hij maakte altijd heel goed het onderscheid tussen de kosmoloog en de priester in hem en trok dat onderscheid ook door in zijn werk.
De oerknaltheorie werd na 1946 vooral door George A. Gamow (1904 - 1968) uitgewerkt. In de jaren 1980 zorgden Alan Guth en Andrei Linde voor het toevoegen van een inflatieperiode, de inflatiehypothese.
Het onderwijzen begon hij in de jaren 1950 af te bouwen en stopte hij helemaal met zijn emeritaat in 1964.
De laatste jaren legde hij zich toe op onder meer het drielichamenprobleem, rekenmethodes, algoritmes (onder andere de snelle Fouriertransformatie), computers en programmeertalen.
Oeratoom
Eddington was niet zo zeker als Lemaître dat het heelal ook een beginpunt moest hebben. Daarop werkte Lemaître verder en in 1931 brengt hij, tegen de toenmalige wetenschappelijke opvattingen in, als eerste de stelling naar voren dat het heelal ooit als een superdichte massa, een oeratoom begon. Lemaître schatte dat de leeftijd van het heelal tussen de 10 en 20 miljard jaar moest bedragen. Een schatting die goed overeenkomt met de moderne inzichten (13,7 miljard jaar).
Einstein
Albert Einstein (1879 - 1955) is misschien wel de bekendste wetenschapper ooit, niet alleen voor zijn warrig kapsel en de beroemde formule e = mc². Einstein stelde ook de (speciale en algemene) relativiteitstheorie op. Hij wou niet geloven wat Lemaître voorstelde: dat het heelal uitdijde. Einstein noemde zijn ongeloof later "de grootste blunder van zijn carrière".
Lemaître benaderde Einstein in 1927 op de beroemde Solvay-conferentie in Brussel. Einstein ontkende eerst de resultaten van Friedmann en Lemaître (roodverschuiving als gevolg van uitdijing), maar steunde het en zorgde voor erkenning na het werk van Hubble (1929).
Lemaître en Einstein hebben elkaar enkele keren ontmoet en reisden in januari 1933 samen naar Californië voor enkele seminaries. Na de uiteenzetting van Lemaître over de oerknaltheorie en kosmische straling zou Einstein hem een staande ovatie gegeven hebben. Kosmische straling is later geen gevolg van de oerknal gebleken. Lemaître stierf kort nadat hij vernam dat de kosmische microgolfachtergrondstraling was ontdekt, en dat is wél een gevolg van de oerknal.
Prijzen en naamdragers
Lemaître kreeg heel wat prijzen en eerbewijzen. Hij werd voor zijn onderzoek in 1934 beloond met de prestigieuze Francquiprijs. Hij ontving hem op 17 maart 1934 uit handen van koning Leopold III en werd ervoor voorgedragen door Einstein, Charles de la Vallée-Poussin en Alexandre de Hemptinne. In de internationale jury zaten verder Eddington, Paul Langevin, Théophile de Donder en Marcel Dehalu. Eerder dat jaar kreeg hij al de Mendel Medal van de Villanova University in Pennsylvania. In mei 1935 kreeg hij de titel van Doctor Honoris Causa van de McGill University in Montréal. In 1936 kreeg hij de Prix Janssen van de Société Astronomique de France. In 1950 ontving hij van de Belgische regering de tienjaarlijkse prijs voor toegepaste wetenschappen voor de periode 1933 - 1942. In 1953 ontving hij de eerste Eddington Medal, uitgereikt door de Royal Astronomical Society in Londen. De Nobelprijs kreeg hij niet.
Veel zaken zijn naar hem genoemd. In de ruimte: de planetoïde Lemaître (nummer 1565), de vijfde en laatste ATV (een bevoorradingsschip voor het internationaal ruimtestation, die wordt gelanceerd in 2014), een maankrater van maar liefst 91 km (op de achterzijde van de Maan en daardoor niet of niet goed bekend - sinds 1970), drie secundaire maankraters (sinds 2006). Op Aarde: enkele kosmologische theorieën en begrippen zoals het Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker universum, het Institut d’Astronomie et de Geophysique Georges Lemaître en de Avenue Georges Lemaître in Charleroi.
De naam big bang (oerknal) bedacht hij niet! Deze ontsproot aan het brein van Fred Hoyle (1915 - 2001), als spotnaam. Hoyle was immers voorvechter van een ander kosmologisch model van die tijd: de continue-creatietheorie (Eng. steady-state theory).
Grootste Belg
Bij de verkiezing van Grootste Belg, eindigde hij op de 61e plaats in de Vlaamse editie en op de 78e plaats in de Waalse editie. Deze verkiezingen werden in 2005 gehouden. In de korte biografische beschrijvingen van de kandidaten voor de Vlaamse editie werd hij samengevat als: 'Waar mijn kennis ophoudt, begin ik te geloven in God.'
Literatuur
Lemaître schreef enkele boeken, waaronder Discussion sur l'évolution de l'univers (1933) en L'Hypothèse de l'atome primitif (1946). De laatste werd in vele talen vertaald.
In bijna elke boek waar de (geschiedenis van de) sterrenkunde of kosmologie aan bod komt en ook op talloze websites, wordt hij genoemd of besproken. In de Biographical Encyclopedia of Astronomers (Springer, 2007), een lijvig werk waarin op 1.300 bladzijden de biografieën van honderden sterrenkundigen worden beschreven wordt aan hem en zijn werk ruim een bladzijde en een afbeelding gespendeerd.
Er zijn boeken verschenen die volledig aan hem, zijn werk en zijn betekenis zijn gewijd. Werken verschenen van onder andere A. Berger (1984), O. Godart en M. Heller (1985), V. De Rath (1994), de Koninklijke Academie van België (1995), Jean-Pierre Luminet en A. Grib (1997) en John Farrell (2005). De laatste schreef het boek ‘The day without yesterday’ (de dag zonder gisteren) over Lemaître, Einstein en de moderne kosmologie. De titel is een verwijzing naar het feit dat er vóór de oerknal geen tijd bestond. Het artikel over hem in het (Belgische) Nationaal Biografisch Woordenboek (2009) is van de hand van Hans Rombaut en Christoffel Waelkens.
In Sky & Telescope van februari 2012 stond een klein stukje ‘Expanding Universe: Credit Where Due’ (Uitdijend heelal: ere wie ere toekomt). Daarin werd geschreven dat Edwin Hubble in 1929 ontdekte dat sterrenstelsels sneller van ons af bewegen als ze verder van ons staan, maar dat twee jaar eerder Georges Lemaître dezelfde relatie had opgemerkt [de gegevens van Hubble waren echter verfijnd ten opzichte van waarmee Lemaître moest werken].
