Georges Lemaître werd op 17 juli 1894 geboren in Charleroi als oudste van vier kinderen van Joseph Lemaître en Marguerite, geboren Lannoy. Zijn vader bezat een glasfabriek in Charleroi. Lemaître studeerde aan de Katholieke Universiteit Leuven ingenieurswetenschappen, wiskunde, fysica en filosofie. In 1923 werd hij gewijd tot priester van het aartsbisdom Mechelen, waarbij kardinaal Désiré-Joseph Mercier zijn wetenschappelijk werk aanmoedigde en steunde.
In 1923–1924 werkte Lemaître met astrofysicus Arthur Eddington aan de Universiteit van Cambridge en in 1924–1925 met Harlow Shapley aan het Harvard College Observatory en MIT. Vanaf 1927 was hij hoogleraar fysica in Leuven, een functie die hij uitoefende tot 1964. Hij stelde dat de terugtrekking van sterrenstelsels bewijs is voor een uitdijend heelal en verbond de waargenomen Hubble–Lemaître-wet met een oplossing van de Einstein-veldvergelijkingen voor een homogeen en isotroop heelal. Ook pleitte hij voor de opname van een positieve kosmologische constante en toonde samen met Manuel Sandoval Vallarta aan dat kosmische straling door het aardmagnetisch veld wordt afgebogen en elektrische lading draagt. In 1935 werd hij erekanunnik van de Sint-Romboutskathedraal en in 1953 ontving hij de eerste Eddington Medal. In 1960 benoemde paus Johannes XXIII hem tot huisprelaat en werd hij voorzitter van de Pauselijke Academie van Wetenschappen, een ambt dat hij tot zijn dood behield. Hij bleef seculier priester van het aartsbisdom Mechelen-Brussel tot aan zijn overlijden.
- Hoe ontwikkelde Georges Lemaître zijn wetenschappelijke loopbaan en welke belangrijke ideeën stelde hij voor?
- Hoe verliepen Georges Lemaître’s jeugd, studies en oorlogservaringen?
- Hoe combineerde Georges Lemaître zijn religieuze roeping met zijn wetenschappelijke vorming en vroege onderzoek?
- Hoe kwam Georges Lemaître in de jaren 1920 tot zijn idee dat het heelal niet statisch is?
- Hoe keek Georges Lemaître aan tegen de relatie tussen kosmologie, religie en de kosmologische constante?
- Hoe werkte Georges Lemaître aan kosmische straling en wiskundige berekeningen?
- Hoe verliepen de laatste jaren van Georges Lemaître aan de universiteit?
- Welke onderscheidingen en academische functies kreeg Georges Lemaître later in zijn loopbaan?
Wetenschappelijke loopbaan en inzichten
Georges Lemaître, geboren op 17 juli 1894, was een Belgische katholieke priester, theoretisch fysicus en wiskundige. Hij studeerde ingenieurswetenschappen, wiskunde, natuurkunde en filosofie aan de Katholieke Universiteit van Leuven. In 1923 werd hij gewijd tot priester van het aartsbisdom Mechelen. Kardinaal Désiré-Joseph Mercier moedigde zijn wetenschappelijke werk aan en steunde het ook.
In 1923 en 1924 werkte Lemaître samen met de astrofysicus Arthur Eddington aan de Universiteit van Cambridge. Daarna, in 1924 en 1925, werkte hij met Harlow Shapley aan het Harvard College Observatory en aan MIT. Vanaf 1927 was hij hoogleraar fysica in Leuven, een functie die hij behield tot 1964.
Lemaître verbond de waarnemingswet van Hubble-Lemaître met de oplossing van de veldvergelijkingen van Einstein in de algemene relativiteit voor een homogeen en isotroop heelal. Hij stelde dat het terugwijken van melkwegstelsels een aanwijzing is voor een uitdijend heelal. Ook verdedigde hij het opnemen van een positieve kosmologische constante in de veldvergelijkingen van Einstein. Daarnaast formuleerde hij de hypothese van het oerelement, die nu wordt beschouwd als de eerste formulering van de oerknaltheorie.
Met Manuel Sandoval Vallarta toonde hij aan dat kosmische straling wordt afgebogen door het magnetisch veld van de aarde en elektrische lading draagt. In 1953 ontving hij de eerste Eddington Medal van de Royal Astronomical Society.
Jeugd, opleiding en oorlogsjaren
Georges Lemaître werd geboren in Charleroi, België, als de oudste van vier kinderen van Joseph Lemaître en Marguerite, geboren Lannoy. Zijn vader bezat in Charleroi een glasfabriek, en zijn moeder was de dochter van een brouwer. Lemaître kreeg zijn opleiding aan een grammaticaschool in Charleroi die door de jezuïeten werd geleid. In 1910 verhuisde het gezin naar Brussel, nadat een brand de glasfabriek had verwoest. Joseph Lemaître vond daar een nieuwe functie als manager bij de Franse bank Societe Generale. In Brussel werd Georges Lemaître leerling aan St. Michael’s College, een jezuietenschool.
Zijn vader overtuigde hem om eerst aan de universiteit te studeren en zich te vormen tot mijningenieur, voordat hij een religieuze roeping zou volgen. In 1911 begon Lemaître ingenieurswetenschappen te studeren aan de Katholieke Universiteit Leuven. Na het uitbreken van de Eerste Wereldoorlog in 1914 onderbrak hij zijn studies om zich vrijwillig aan te melden bij het Belgische leger. Hij nam deel aan de Slag aan de IJzer. Later werd hij overgeplaatst van de infanterie naar de artillerie, waar hij een cursus ballistiek volgde. Toen hij in het officiële artilleriehandboek een wiskundige fout aanstipte, kreeg hij een aantekening voor insubordinatie en werd hij niet bevorderd tot officier. Op het einde van de oorlog ontving hij uit handen van koning Albert I het Belgische Oorlogskruis met bronzen palm.
Van priesterroeping naar wetenschappelijk onderzoek
Georges Lemaître toonde al vroeg belangstelling voor de Franse katholieke schrijver Léon Bloy. Tijdens een verlof uit zijn militaire dienst bezocht hij Bloy in Bourg-la-Reine, nabij Parijs, en deelde hij met hem zijn essay Les trois premières paroles de Dieu. In dat essay probeerde hij het scheppingsverhaal uit Genesis te verzoenen met de moderne wetenschap. Bloy raadde hem aan zich meer vertrouwd te maken met de werken van de Kerkvaders.
Na de Eerste Wereldoorlog liet Lemaître de ingenieursstudie achter zich en koos hij voor de studie van fysica en wiskunde. In 1919 volgde hij een cursus aan het Hoger Instituut voor Wijsbegeerte, opgericht door kardinaal Désiré-Joseph Mercier. Een jaar later behaalde hij zijn doctoraat in de wetenschappen met de verhandeling La theorie de la relativite et la mecanique quantique, geschreven onder leiding van de wiskundige Charles de la Vallee-Poussin. Hij overwoog toen om zich bij de jezuieten of de benedictijnen aan te sluiten, maar besloot zich voor te bereiden op het diocesane priesterschap.
Tussen 1920 en 1923 was hij student aan het seminarie voor late roepingen van het aartsbisdom Mechelen. In die periode leerde hij in zijn vrije tijd de algemene relativiteitstheorie kennen. Hij sloot zich ook aan bij de Priesterbroederschap van de Vrienden van Jezus, waarin hij geloften aflegde van kuisheid, armoede en gehoorzaamheid, samen met een bijzondere gelofte van immolatie. Daarnaast maakte hij stille retraites in het huis Queen of Peace in Schilde, nabij Antwerpen, en hij zette zich in voor vertalingen van mystieke werken van Jan van Ruusbroec.
In 1922 diende Lemaître bij het Belgisch Ministerie van Wetenschappen en Kunsten een aanvraag in voor een reisbeurs. Hij overhandigde daarbij een thesis over de astronomische gevolgen van de algemene relativiteit, met inbegrip van de cosmologische constante, waarvoor de jury hem 8.000 Belgische frank toekende. Kardinaal Mercier steunde zijn wetenschappelijk werk en hielp om financiële steun te verkrijgen voor een tweejarig verblijf in Groot-Brittannië en de Verenigde Staten.
Tien dagen na zijn priesterwijding op 22 september 1923 door kardinaal Mercier verliet Lemaître België om zich te vestigen in St Edmund’s House in Cambridge. Daar was hij onderzoeksassistent in de astronomie aan de Universiteit van Cambridge en werkte hij samen met de astrofysicus Arthur Eddington. Eddington maakte hem vertrouwd met de moderne kosmologie, de sterrenastronomie en de numerieke analyse. Later bracht Lemaître ook een jaar door aan het Harvard College Observatory in Cambridge, Massachusetts, waar hij samenwerkte met Harlow Shapley. Vervolgens schreef hij zich in voor het doctoraatsprogramma in de wetenschappen aan het Massachusetts Institute of Technology, met Paul Heymans als promotor.
Doorbraak in Louvain en het uitdijende heelal
In 1925 werd Georges Lemaître deeltijds docent aan de Katholieke Universiteit van Louvain in België. Twee jaar later werkte hij aan een rapport dat in 1927 verscheen in de Annals of the Scientific Society of Brussels. Dat stuk kreeg de titel A homogeneous Universe of constant mass and growing radius accounting for the radial velocity of extragalactic nebulae. In dat rapport ontwikkelde Lemaître het argument dat Einsteins algemene relativiteitstheorie impliceerde dat het heelal niet statisch is. Hij verbond die voorspelling aan een evenredigheid tussen de terugtrekkingssnelheid van sterrenstelsels en hun afstand tot de aarde. In zijn paper nam hij een heelal met een positieve kosmologische constante aan.
Dat denkwerk leidde tot discussie met Albert Einstein. Einstein hield in 1927 vol dat alleen een statisch heelal met een precieze waarde voor de kosmologische constante fysisch aanvaardbaar was. Tegen Lemaître zei hij: your calculations are correct, but your physics is abominable. Later dat jaar keerde Lemaître terug naar MIT om zijn doctoraatsthesis te verdedigen, met als titel The gravitational field in a fluid sphere of uniform invariant density according to the theory of relativity. Na het behalen van zijn tweede doctoraat werd hij benoemd tot gewoon hoogleraar aan de Katholieke Universiteit van Louvain.
In 1929 publiceerde Edwin Hubble in de Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America een artikel waaruit bleek dat sterrenstelsels zich van de waarnemer verwijderen met snelheden die evenredig zijn met hun afstand. Hubble interpreteerde dat resultaat niet als een uitdijend heelal, maar zijn werk overtuigde veel deskundigen, onder wie Einstein, ervan dat het heelal niet statisch is. De relatie tussen afstand en terugtrekkingssnelheid werd algemeen bekend als de wet van Hubble. In 2018 nam de Internationale Astronomische Unie een resolutie aan om die wet voortaan de wet van Hubble-Lemaître te noemen.
Kosmologie, concordisme en de kosmologische constante
Georges Lemaître begon met een duidelijke steun voor concordisme. In 1917 probeerde hij de scheppingsverhaal van Genesis 1 te bewijzen, meer bepaald het idee van ex nihilo nihil fit. Daarbij redeneerde hij dat lichamen straling uitzenden volgens de theorie van zwarte lichamen, en dat absolute duisternis nietsheid is. Hij stelde dat er voor Fiat lux geen licht was en dus niets bestond. Later liet hij deze studies over licht achter zich en richtte hij zich op de relativiteit.
In een artikel in de New York Times uit 1933 verklaarde Lemaître dat er geen conflict is tussen religie en wetenschap dat verzoend moet worden. Toch vreesde hij dat het vermengen van kosmologie en religie als concordisme de wetenschappelijke aanvaarding zou belemmeren en het geloof verkeerd zou voorstellen. Volgens berichten was hij zelfs ontzet door de tussenkomst van de paus over uitspraken rond kosmologie. Met hulp van pater Daniel O’Connell overtuigde hij de paus om geen verdere publieke uitspraken te doen over religieuze of filosofische interpretaties van de fysische kosmologie.
Ook in zijn kosmologische werk verdedigde Lemaître een positieve kosmologische constante in de veldvergelijkingen van Einstein. Zijn redenering daarvoor steunde op zowel theoretische als empirische overwegingen. In 1958 stelde hij dat de overtollige Lambda-term welkom moest zijn voor uitbreidingen van de relativiteit naar een ruimer veld. Hij meende bovendien dat de versnellende uitdijing van het heelal, veroorzaakt door de Lambda-term, de leeftijd van het heelal kon verzoenen met de leeftijden van de oudste sterren en de abundantie van radionucliden. Lemaître pleitte hiervoor zowel in druk als in briefwisseling met Einstein. De Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen schreef hem ook toe dat het idee van een versnellende expansie wordt aangedreven door vacuümenergie die donkere energie wordt genoemd.
Wiskunde, berekeningen en kosmische straling
Georges Lemaître hield zich niet alleen bezig met theoretische kosmologie, maar ook met specifieke vraagstukken in de fysica en de wiskunde. Samen met Manuel Sandoval Vallarta werkte hij aan een theorie van primaire kosmische straling. In hun berekeningen gebruikten zij de differentiaalanalyzercomputer van MIT, ontwikkeld door Vannevar Bush. Lemaître toonde aan dat de intensiteit van kosmische straling varieert met de breedtegraad, omdat geladen deeltjes worden afgebogen door het magnetisch veld van de aarde. Daarmee weerlegde hij ook de opvatting dat kosmische straling uit hoogenergetische fotonen bestond.
Naast dit werk onderzocht Lemaître ook de invloed van het magnetisch veld van de zon in dezelfde onderzoekscontext. In de jaren 1930 gebruikte hij voor numerieke berekeningen de mechanische Mercedes-Euklid-rekenmachine. Hij werkte bovendien mee aan de numerieke berekening van de energieniveaus van monodeuteroethyleen in de fysische chemie.
Zijn belangstelling voor wiskundige problemen bleef verder reiken. In 1933 vond hij een inhomogene oplossing van de veldvergelijkingen van Einstein die een sferische stofwolk beschrijft, later bekend als de Lema tre-Tolman metriek. Hij werkte ook aan het drie-lichamenprobleem en voerde een regularisatiemethode in om singulariteiten door twee-lichaam-botsingen te vermijden. In de jaren 1950 werkte hij een vroege versie van de snelle Fouriertransformatie uit. Daarnaast ontwikkelde hij de quaternions vanuit eerste beginselen, geinspireerd door het Erlangenprogramma, en publiceerde hij in 1948 een mathematisch essay met als titel Quaternions and elliptic space.
Laatste jaren aan de universiteit
In de jaren 1950 verminderde Georges Lemaître geleidelijk zijn lesopdracht. In 1960 werd hij door paus Johannes XXIII benoemd tot huisprelaat en kreeg hij de behandeling van monseigneur. Lemaître verzette zich sterk tegen de beweging van het ‘Vlaamse Leuven’ aan de Katholieke Universiteit Leuven. Samen met Gérard Garitte richtte hij in 1962 ACAPSUL op, een vereniging die het voortgezette gebruik van het Frans aan de Universiteit van Louvain verdedigde. In 1964 legde hij zijn onderwijsopdracht volledig neer toen hij emeritaat kreeg. Hij overleed vóór de opsplitsing van de universiteit in KU Leuven en UCLouvain.
Erkenningen en academische functies
Op 27 juli 1935 werd Georges Lemaître door kardinaal Jozef-Ernest van Roey benoemd tot erekanunnik van de Sint-Romboutskathedraal. Een jaar later, in 1936, werd hij lid van de Pauselijke Academie van Wetenschappen. Voor dat lidmaatschap waren Albert Einstein, Charles de la Vallée-Poussin en Alexandre de Hemptinne de voordragers. De internationale jury bestond uit Eddington, Langevin, Théophile de Donder en Marcel Dehalu.
In hetzelfde jaar 1936 ontving Lemaître ook de Mendel Medal van Villanova University en de Prix Jules Janssen, de hoogste onderscheiding van de Société astronomique de France. Later kende de Belgische regering hem in 1950 de tienjaarlijkse prijs voor toegepaste wetenschappen toe voor de periode 1933-1942. In 1953 kreeg hij van de Royal Astronomical Society de eerste Eddington Medal.
Vanaf maart 1960 was Lemaître voorzitter van de Pauselijke Academie van Wetenschappen, een functie die hij bleef vervullen tot aan zijn dood.